含双馈风力发电场的多机系统暂态功角稳定性分析方法

随着风电装机容量不断增大,风电场的接入对电力系统的暂态稳定造成的影响不容忽视。该文提出一种双馈风力发电机(double-fed induction generator,DFIG)组成的风电场接入的多机系统暂态功角稳定性分析方法。在理论分析风电场有功无功输出对系统暂态稳定性影响方式的基础上,将风电场对外功率特性表示为接地导纳,通过对系统节点导纳矩阵的收缩处理,将接地导纳所包含的有功无功信息糅入同步机群节点导纳矩阵中,风电场对系统功角的影响转化为对同步机之间电气联系的影响,表现为对同步机内电势节点的自导纳和互导纳的影响。利用节点注入功率方程推导各同步机电磁功率的改变量,分析风电场对同步机之间互同步性和系统暂态功角稳定性的影响,解决风电场对系统暂态稳定性影响分析难以量化的问题。针对含有DFIG的3机9节点算例,分析DFIG接入情况下同步机的自导纳和互导纳的变化,并仿真比较发生短路故障时,DFIG采用两种不同低电压穿越方案下系统的暂态稳定性,验证分析方法的正确性。     

基于DFIG的变速风电机组对系统暂态稳定影响

探讨了基于双馈风力发电机组(DFIG)的大规模风电场对电力系统暂态稳定性的影响。首先建立了DFIG的动态数学模型,讨论了DFIG的暂态响应特性;进而将风电场的电磁功率简化等值到同步发电机内节点,并等效为同步发电机"机械"功率,将风电机组暂态过程中机械功率的减小等效为近端同步发电机等值机械功率的线性衰减,利用经典等面积定则分析了DFIG对近端同步发电机暂态稳定影响机理;最后,基于Dig SI-LENT/Power Factory平台搭建仿真系统进一步验证理论分析的有效性,为分析大规模DFIG并网对电力系统暂态稳定的影响提供了一种参考思路。     

大规模双馈型风电场的小扰动稳定分析

探讨了大规模双馈型风电场并网后对电力系统小扰动稳定性的影响。在双馈型风力发电机组(doubly-fed induction generator,DFIG)动态建模中,建立基于定子磁链定向控制策略的双馈风机实用机电暂态模型;在转子侧换流器建模中,引入定子磁链定向控制策略实现定子有功、无功功率的解耦控制;并在此基础上推导了含大型风电场接入的电力系统小扰动稳定特征值分析的状态矩阵;最后以新英格兰10机39节点系统为算例,对大型风电场接入的电力系统小扰动稳定性的影响进行了全面的仿真分析,得出了一些初步的结论。     

大容量风电接入系统对网络暂态能量的影响

用网络暂态能量函数分析大容量双馈感应电机(DFIG)的风电机组接入系统后暂态能量在网络中的分布特性,推导出了含有大容量风电的网络暂态能量函数的表达式。以单机无穷大系统和New England10机39节点系统为例进行了仿真计算,结果表明,系统中接有基于DFIG大容量的风电机组时暂态能量在网络中的分布具有聚积性的特点,并且适当地接入基于DFIG的风电机组可以提高系统的暂态稳定性。最后引入支路稳定性指标定量描述含有风电场的系统暂态稳定性。     

大型风电场对电力系统暂态稳定性的影响

对大型风电场接入后的电力系统暂态稳定性进行了研究.从理论上分析了基于双馈感应电机的风电机组的暂态稳定机理;基于双馈风电机组的动态数学模型,通过仿真计算研究了大型风电场并网对电力系统暂态稳定性的影响,分析比较了在同一接入点接入双馈风电机组与接入同步发电机组对电力系统稳定性的影响,仿真计算进一步验证了理论分析的结果;最后得出结论:基于双馈风电机组的风电场对电力系统暂态稳定性的影响要好于在同一接入点接入相同容量的同步发电机组.     

含DFIG风电场的电网稳定性分析

随着风电场容量在系统中所占比例的增加,新增大容量风力发电机组多数为双馈型风力发电机组。双馈风机的暂态特性给电网的潮流、功角带来影响,因此研究含双馈风机的电网稳定性具有重要意义。基于DFIG风电机组以及系统的动态模型,研究了风电机组接入后出力变化和风速变化对系统产生的影响,然后根据风电机组接入系统后的情况,研究了风电场不同接入容量和发生不同故障情况下对电网稳定性的影响。仿真结果表明,风电场接入不会影响电网小干扰稳定性,且在系统故障期间可为系统提供一定的无功支撑,改善电网暂态稳定性。     

大规模双馈型风电场并网的系统暂态稳定仿真

探讨了大规模双馈型风电场并网后对电力系统暂态稳定性的影响。在双馈型风力发电机组动态建模中,考虑了两质量块轴系模型,并采用一种综合考虑发电机组及换流器联合动态行为的简化模型。在换流器建模方面,网络侧换流器直流母线电压假定恒定不变,转子侧换流器实现有功和无功功率的解耦控制。通过仿真分析,研究比较了电网中同一点接入双馈型风电场和同步发电机组的系统暂态稳定特性,同时考虑了同步发电机组各种动态模型及负荷模型对系统稳定性的影响。最后得出一些初步有意义的结论。     

大型风电机组和电力系统联网及相关问题

为了解决能源供应和二氧化碳排放等问题,实现可持续发展,风能是人类近期最有可能大规模开发和利用的可再生能源。介绍当前主要存在的风力发电机系统及其控制,随着风力发电的迅速发展,大容量的风电场联网运行是必然趋势。以丹麦某计划建设中的海上风电场为例,讨论风电场可能采用的联网方式。以ABB公司所做的德国某海上风电场的联网案例来对比分析直流联网和交流联网的各自特点。分析了风力发电机组联网后与电网间的相互影响的问题,从电力系统的角度而言,如果风能将不再被视为一个“不重要的”能源,那么,就需要考虑风力发电机组对于电力系统稳定性、电能质量和系统建模的影响;从风机保护的角度而言,需要考虑电力系统发生故障时,风力发电机组对电力系统的暂态响应。     

不同风电机组接入电网的暂态电压稳定性研究

在中国,因为特殊的地理环境,风电装机容量在整个电网中的占有率得到激增,风电场一般建设在电力系统输电网的末端,且地区经济不发达,网架结构较弱。但风电的快速发展,使得在短时间内大规模风电场集中接入电网,给电网的有功和无功平衡带来大幅度波动,这种大的扰动严重威胁到电网的暂态电压稳定。因此建立了基于普通异步风力发电机组(AWT)、双馈异步风力发电机组(DFIG)的暂态数学模型,并以新疆北部某一地区作为算例仿真分析了这两种风力发电机组以不同比例接入系统后的暂态电压稳定性。根据仿真得出的临界故障清除时间(CCT)表明,双馈风力发电机组接入系统时的暂态电压比普通异步风力发电机组接入系统更稳定。     

TCSC提高大容量风电接入系统的稳定性及控制策略

大容量风电的接入使得系统的稳定性发生变化。本文推导出了含有大容量风电的网络暂态能量函数的表达式,分析了大容量基于双馈感应电机(DFIG)的风电机组接入系统后暂态能量在网络中的分布特性。根据大容量基于DFIG的风电机组接入系统,暂态能量的分布同样具有聚积性的特点,分析了可控串联补偿装置对系统暂态稳定性的影响,并以网络能量函数为依据提出了仅依赖于支路信息的控制策略。以单机无穷大系统和New England 10机39节点系统为算例进行了仿真计算,结果表明了所提控制策略可以有效提高系统暂态稳定性,并能改善风电场在电网发生故障后电压的恢复。     

双馈风电机组对并网电力系统暂态稳定性的影响模式分析

分析了双馈风电机组(doubly fed induction generator,DFIG)的励磁特性和暂态响应特性,指出由电磁暂态特征主导的DFIG暂态响应过程快速灵活,不具备类似于传统同步发电机组的功角特性,使其与系统内的同步发电机组间无法构成互同步机制,揭示了DFIG与同步发电机在暂态行为上的本质区别。基于此提出了DFIG以类似于非线性功率源功率的方式参与影响系统暂态稳定性的基本模式,其有功功率和无功功率的暂态特性成为其参与影响系统暂态功角稳定性和暂态电压稳定性的基本方式。基于PSCAD/EMTDC的仿真结果验证了上述理论分析的正确性,指出DFIG将改变同步发电机组的暂态有功功率输出并导致系统惯性的缺失,从而影响系统内同步发电机组的功角稳定和振荡模式;另一方面,DFIG的暂态无功功率补偿能力决定了其对系统暂态电压稳定性的影响,同时通过改变同步发电机组的暂态有功功率响应来进一步影响系统暂态功角稳定性。     

双馈风力发电机组系统接入与稳定运行仿真

分析了包含大量异步风力发电机组的风电场并网运行后对电力系统静态和动态稳定性的影响。从系统接入和稳定运行的角度研究了双馈风力发电机组及普遍采用的定子磁链定向矢量控制策略在提高风电系统稳定性方面的优势与不足。以实际机组为例在PSCAD/EMTDC平台上建立了仿真模型，结果表明双馈风力发电机组在风速发生变化时不仅能够以变速恒频方式运行并追踪最大风能，且电网电压也比传统鼠笼式风力发电机组更为稳定。在系统发生最严重的三相接地故障时，风电场具有更好的暂态稳定性。     

Crowbar保护电路参数选择对双馈风电系统低电压穿越的影响

在电网电压严重跌落故障下,通常采用转子侧增设Crowbar保护电路实现双馈风电系统低电压穿越(LVRT)运行,而不同的Crowbar退出时间和阻值对LVRT性能影响较大。针对双馈感应发电机(DFIG)系统机端三相短路故障,从磁链角度推导出转子侧暂态电流及其最大估算值,根据短路电流和直流母线耐受电压,给出Crowbar串联电阻值的整定范围。在MATLAB/Simulink平台进行仿真研究,结果表明,为防止电网电压恢复时Crowbar电路再次动作,可采取故障消除后切除Crowbar电路方案;在约束范围内,Crowbar电路阻值有利于暂态电流加速衰减,提高DFIG系统LVRT能力。     

风电机组对电力系统暂态稳定性影响分析

风电机组作为环境友好型发电的最大来源在电网中的规模日益扩大,必将影响电力系统的稳定性。文章首先对比了恒速异步(CSWT),双馈变速(DFIG)及直驱同步(DDSG)等市场上广为应用的三种风电机组的结构,分析了各个机组的降阶数学模型;通过一款基于Matlab的电力系统分析工具箱PSAT研究了不同故障持续时间下的风电机组暂态稳定性和系统暂态稳定性,对三种机组及其系统的暂态稳定性进行了分析对比;最后讨论了风力发电机组参数对机组暂态稳定性的影响,得知,发电机参数Rr的增加和Xr、Xs的减小有利于恒速风电机组暂态稳定性的提高,Xm、Rs对机组暂态稳定性影响不明显。     

基于Crowbar的双馈机组风电场等值模型与并网仿真分析

针对双馈机组(DFIG)风电场并网中亟须解决的低电压穿越问题,提出了一种基于Crowbar的双馈机组风电场等值方法。通过对DFIG在电网故障情况下的机理分析,给出了电网故障时DFIG转子电流的表达式。根据DFIG转子电流值判别是否投入Crowbar,将DFIG风电场分为投入与不投入Crowbar两组;运用容量加权法计算各组参数,建立DFIG风电场的双机等值模型。算例仿真分析表明,DFIG风电场的双机等值模型能够较准确地反映电网故障期间风电场变化,采用快速无功补偿提高了风电场的低压穿越能力。     

改进的DFIG与VSC-HVDC协调控制改善风电场 低电压穿越能力

经VSC-HVDC并网风电系统在风电场侧故障时,风电机组出口母线电压过低,极易引起风力机脱网。而双馈风力发电机(DFIG)传统的Crowbar技术在故障时将转子侧变流器(RSC)短接,使发电机定子侧失去了为电网提供无功的能力,风力机的低电压穿越能力较低。提出一种改进的DFIG模型,加入了主动式DC-Chopper,与传统的Crowbar相配合,降低Crowbar动作的概率,使得DFIG转子侧变流器可以控制定子侧在故障时期继续提供无功功率。并利用此改进的DFIG与VSC-HVDC协调控制,改善风电场侧母线电压水平。通过算例仿真表明,在严重故障时采用改进式DFIG的Crowbar仍未动作。从而大大降低Crowbar动作的概率,双馈风电机组RSC故障期间可以继续投入运行并为电网提供无功支持。完成故障期间DFIG两侧变流器与VSC-HVDC风电场侧变流器(WFVSC)之间的无功协调,使风电场具有更好的低电压穿越能力(Low Voltage Ride Though, LVRT)。     

基于BPA的大规模风电场接入电力系统稳定性分析

采用BPA软件对含大规模风电场电力系统进行建模,研究系统的暂态稳定性与小干扰稳定性。仿真结果表明,当主要承担风电输送的线路发生故障时,系统节点电压与邻近发电厂有功会发生较大振荡,通过风电场弃风会改善系统的暂态稳定性;在枯大和丰小两种运行方式下,分别对该地区电网进行小干扰稳定性研究,随着风电场出力的减少,系统的小干扰稳定性会逐步提高。     

改进的DFIG与VSC-HVDC协调控制改善风电场低电压穿越能力

经VSC-HVDC并网风电系统在风电场侧故障时,风电机组出口母线电压过低,极易引起风力机脱网。而双馈风力发电机(DFIG)传统的Crowbar技术在故障时将转子侧变流器(RSC)短接,使发电机定子侧失去了为电网提供无功的能力,风力机的低电压穿越能力较低。提出一种改进的DFIG模型,加入了主动式DC-Chopper,与传统的Crowbar相配合,降低Crowbar动作的概率,使得DFIG转子侧变流器可以控制定子侧在故障时期继续提供无功功率。并利用此改进的DFIG与VSC-HVDC协调控制,改善风电场侧母线电压水平。通过算例仿真表明,在严重故障时采用改进式DFIG的Crowbar仍未动作。从而大大降低Crowbar动作的概率,双馈风电机组RSC故障期间可以继续投入运行并为电网提供无功支持。完成故障期间DFIG两侧变流器与VSC-HVDC风电场侧变流器(WFVSC)之间的无功协调,使风电场具有更好的低电压穿越能力(Low Voltage Ride Though,LVRT)。     

双馈式风力发电机的机电暂态建模EI北大核心CSCD

建立可用于大型电力系统暂态稳定分析的双馈式风力发电机(doubly-fed induction generator,DFIG)机电暂态模型。详细分析转子侧变流器和撬棒电阻(crowbar)可能的工作模式,提出计及crowbar的转子侧变流器和控制器机电暂态建模方法;根据机电暂态仿真和设备参数的特征,研究网侧变流器和控制器的简化建模方法;建立直流电压动态和卸荷电路(chopper)数学模型。基于大量型式实验数据,研究国产DFIG在低电压穿越过程中crowbar、chopper的控制逻辑和有功、无功功率特殊控制策略。以华锐1.5 MW DFIG机组为例,用电力系统分析综合程序包软件仿真分析3种不同工况下的运行特性。仿真结果与现场实测曲线一致,证明所建模型准确、可靠,可用于分析大规模DFIG风电场接入对电力系统暂态稳定性的影响。     

基于组合保护方案提高DFIG低电压穿越能力的仿真分析

电网故障导致电压跌落时,大容量风电场中风机的相继切出会影响系统运行的稳定性。为保证电网安全可靠运行,风力发电机组的并网导则要求目前广泛应用的双馈感应发电机（DFIG）具备低电压穿越（LVRT）能力,即确保电网电压跌落情况下DFIG保持不脱网运行。本文在深入分析传统Crowbar保护电路的基础上,针对其不足提出了组合保护方案并给出了相应的控制策略。基于Matlab/Simulink平台建立了风电场并网运行仿真模型,仿真结果表明所提组合保护方案能够有效提高DFIG的低电压穿越能力。