面向次同步振荡的直驱风电机组阻抗频率响应特性辨识

针对直驱风电机组参数未知时,其阻抗模型解析式难以获取的问题,提出曲线拟合辨识机组次同步频段内的阻抗频率响应特性的新思路。首先提出一种基于多项式拟合的直驱风电机组阻抗模型频率响应特性辨识方法,利用曲线拟合取代传统解决思路中的传递函数辨识环节,降低辨识难度。然后,利用已有的阻抗分析方法,基于辨识模型展开直驱风电机组次同步振荡分析。最后,在EMTDC/PSCAD中搭建时域仿真模型,验证了所提方法及理论分析的正确性。     

基于最小二乘和自适应蛇优化算法的直驱风机LVRT特性辨识

为提高直驱风机低电压穿越LVRT(low voltage ride through)控制参数辨识精度,提出了一种基于最小二乘LS(least square)和自适应蛇优化ASO(adaptive snake optimization)算法的直驱风机LVRT特性辨识方法。首先,利用最小二乘法拟合出直驱风机LVRT待辨识参数初值,以确定待辨识参数的寻优范围;然后,分析了蛇优化SO(snake optimization)算法分阶段寻优的边界条件,设计了分阶段自适应学习因子,并引入Levy飞行策略,提出了适用于直驱风机LVRT控制参数辨识的ASO算法;最后,将ASO算法多次辨识平均值作为最终结果。结果表明,所提方法能快速、准确辨识直驱风机LVRT控制参数。     

双馈风力发电机组全运行工况与快速启动电磁暂态建模

随着高比例新能源风电机组渗透率的不断提高,其接入电力系统对电网的安全稳定运行具有重要的影响,故建立精确的电磁暂态仿真模型对研究风电机组本身和并网系统的静暂态稳定特性尤为重要。基于现场低电压穿越实验实测数据,结合实际曲线确定双馈风电机组的动作特性及控制策略,采用改进的遗传算法对双馈风力发电机本体参数、风机功率控制参数以及低电压穿越保护装置Crowbar的电阻值进行参数辨识,并结合风机生产厂商提供的电气参数,建立了中国蒙西某风电场实际双馈风电机组的全运行工况下快速启动的精确电磁暂态仿真模型,可实现在全风速范围内,风电机组启动后1 s内快速进入稳定运行状态。最后通过数据比对验证了所提出的参数识别方法能够反映实际风电的关键特性,所建立的电磁暂态仿真模型准确无误,具有较好的实际应用价值。     

适用于次同步振荡研究的直驱风电场等值建模

针对当前直驱风电场次同步振荡研究缺乏合适的等值模型这一问题,首先对单台直驱风机并网系统进行小信号建模及参与因子分析,得到了影响直驱风机次同步振荡的主导参量;接着将这些主导参量作为直驱风电场等值建模的聚类指标,利用SOM神经网络聚类算法对风电机组进行聚类,并借鉴同调等值法原理整定了风电机群的运行状态。最后,在PSCAD/EMTDC上建立了风电场等值模型,通过比较等值模型对实际风电场的等值效果,验证了直驱风电场等值建模方法的合理性。     

基于能量函数法的含虚拟惯性控制直驱风电场内部暂态同步稳定性分析

直驱风电机组的同步稳定性与锁相环动态特性紧密相关,锁相环同步失稳易引发风电场大规模脱网。为此提出一种基于能量函数法的直驱风电场内部暂态同步稳定性定量分析方法。首先,在一定假设条件下,保留惯性控制和外环控制对锁相环动态特性的影响,对直驱风机并网控制系统进行降阶。然后,在降阶控制系统的基础上,推导出计及惯性控制和外环控制影响的直驱风机广义摇摆方程。基于广义摇摆方程,利用首次积分法建立机组级风机暂态能量函数,在直驱风电场等效线路模型的基础上进一步推导出多风机暂态能量函数,并采用势能界面法确定系统临界能量值。最后,在直驱风电场四机系统中进行仿真分析,证明了该能量函数的有效性和准确性,并进一步分析了惯性控制参数对同步稳定性的影响。     

含直驱永磁风电场的配电网广义负荷建模

以可再生能源为主的分布式电源大量、分散接入配电网,传统的负荷模型已无法描述含分布式电源的广义负荷动态特性。针对这一现状,在现有直驱永磁风电机组通用模型的基础上忽略其机械环节,提出直驱永磁风电机组的简化模型。采用综合粒子群方法和Levenberg-Marquardt方法的优化算法,对直驱永磁风电机组简化模型的参数进行了辨识,并针对不同扰动进行了模型适应性分析。在此基础上,将所提风电机组简化模型与传统负荷并联作为广义负荷的模型结构。基于轨迹灵敏度方法,分析了参数的可辨识性及辨识难易度。通过算例,给出了广义负荷在不同电压跌落程度、不同风电接入比例下的参数辨识结果,讨论了配电网等值参数对辨识结果的影响,说明了采用所述建模方法的可行性。     

基于矢量控制策略的永磁直驱风机在不同电压跌落程度下的故障特性分析

随着我国风电规模的不断扩大,永磁直驱风电机组获得广泛应用。首先,研究基于矢量控制策略的永磁直驱风机在不同电压跌落程度下的故障特性分析,在PSCAD/EMTDC中建立永磁直驱风机的网侧矢量控制和机侧零d轴电流控制搭配下的仿真模型;然后,分析当机端电压分别发生轻微跌落和严重跌落时,永磁直驱风机的故障电流特性和直流母线电压及有功、无功的变化规律;最后,针对限制短路故障电流和直流母线过电压,提出保障风机安全稳定运行的建议方法,为大规模永磁直驱式风力发电系统接入配电网提供技术支持。     

直驱永磁同步风力发电机的电气参数辨识

文中首先运用机组空载和多组稳态运行点数据,研究直驱永磁同步风力发电机电气模型参数的可辨识性问题,证明机组的电气参数可唯一辨识;然后,计及测量数据的误差效应,给出优选初值—微变搜索辨识算法的具体化实用步骤表达式;最后,运用实测数据,辨识了直驱永磁同步风力发电机的特性参数,证明了理论分析的正确性和辨识算法的有效性。     

直驱风电机组频率耦合阻抗模型的辨识

大规模风力发电并网可能会引发严重的稳定性问题,例如与直驱风电机组有关的新型次同步振荡(subsynchronous oscillation,SSO)。这种新型SSO发生时通常伴随着显著的频率耦合效应,且该耦合现象在分析系统稳定性时有重要影响。为此,文章首先提出采用频率耦合阻抗模型(frequency-coupled impedance model,FCIM)分析直驱风电机组的频率耦合特性,之后建立了频率耦合阻抗模型测试平台,提出了频率耦合阻抗模型的辨识方法。然后基于平台和辨识方法得到了直驱风电机组的频率耦合阻抗模型,并根据所提方法拟合得到了阻抗模型传递函数。最后分析了直驱风电机组的频率耦合特性,可为电力系统振荡研究的模型选择提供参考。     

双馈风电系统低压穿越期间的参数辨识方法研究

随着风电装机容量的增加,风电机组并网对电力系统安全稳定运行的影响日益显著。为了实现低电压穿越(LVRT)期间双馈风电系统的稳定性分析与计算,需要建立能准确描述实际输出外特性的双馈风电系统模型。然而由于变流器控制系统是黑箱结构,其控制模型和控制参数通常难以获取,因此仿真模型与实际系统的外特性响应往往存在显著偏差。为了进一步提高模型的准确度,本文提出了一种考虑双馈风电机组低压穿越序贯控制的全局参数辨识方法。首先计及低电压期间的序贯控制特性,建立双馈风电系统的精细化数学模型,其次基于轨迹灵敏度法选取最佳观测量,提出了多工况-分步辨识策略,利用多组实测数据对双馈风电系统的全局控制参数进行辨识。最后在不同电压跌落程度情况下进行波形对比和模型验证,验证结果表明所提辨识方案可准确模拟实际双馈风电系统的输出外特性。     

直流近区含直驱机组的次同步振荡机理研究及抑制措施

针对哈密直流近区直驱风电场送端并网时频繁出现的次同步振荡现象,文中建立了含多直驱风电机组风电场并网等值模型,并就等值模型以及永磁直驱风电机组控制系统对次同步振荡机理进行研究,接着用特征值分析法研究直驱风电机组与弱交流系统互作用引发的次同步振荡问题。其次就系统阻抗、风电出力、开机台数以及系统强度与直驱永磁风电机组控制参数等因素对风电次同步振荡特性作以仿真分析。仿真结果表明:直驱风电机组通过弱联送出线路并网时,其与弱交系统的互作用产生一对弱阻尼的特征根,特征根实部为正,表明了次同步振荡模态不稳定;众多影响因素对风电次同步振荡特性均有不同程度的影响。最后通过实时数字仿真实验初步验证了SVG附加阻尼控制对次同步谐波的抑制效果。     

直驱永磁风电机组LVRT模型参数的整定方法与实测验证

针对直驱永磁风电机组,提出低电压穿越(LVRT)模型参数的整定方法。基于直驱永磁风电机组的通用模型结构,计算各参数的轨迹灵敏度,获得LVRT模型的关键参数。指出由于参数的非线性特性,现有的基于轨迹灵敏度的参数辨识方法难以适用。为此,提出将参数调整与参数优化相结合的参数整定方法。以某直驱永磁风电机组为例,基于实测数据进行了参数整定及模型验证,并进行了其他扰动场景下的适应性分析,结果验证了所提方法的可行性和有效性。     

面向低频振荡分析的直驱风电机组阻尼转矩建模

针对直驱风电机组直流电压环和锁相环失稳问题,基于直驱风电机组电流源型线性化模型,分析了电网强度、直流电容输入功率以及控制参数对直驱风电机组稳定性的影响;建立了适用于直流电压环和锁相环稳定性分析的电流源型阻尼转矩模型,通过阻尼转矩法揭示了直驱风电机组失稳机理;进一步地将阻尼转矩法拓展至多机并联系统。研究结果表明：电网强度的减小、直流电容输入功率的增加、控制参数(直流电压环比例参数、锁相环比例参数)的减小会降低直驱风电机组低频振荡模式(直流电压环模式、锁相环模式)的阻尼系数,当阻尼系数小于0时,该模式下系统失稳,表现为直驱风电机组发生低频振荡。     

电网故障下永磁直驱风电机组机电暂态全过程等值建模方法

随着风电渗透率的增加,大规模风电并网对电网暂态的影响越来越大,亟需建立可用于大型电力系统暂态稳定分析的永磁直驱风电机组机电暂态模型.目前,永磁直驱风电机组的建模已有较深入的研究,但忽略了电网故障下风电机组运行工况的多状态性,难以通过简化等值的方式准确模拟风电机组在机电暂态过程的外特性,严重制约了含新能源发电的电力系统机电暂态分析.为此,文中考虑了变流器控制响应特性以及低电压穿越措施的影响,分析了电网故障下永磁直驱风电机组的多状态性特征,提出了永磁直驱风电机组机电暂态全过程建模思想;然后建立了多种状态下永磁直驱风电机组的机电暂态等值模型,进而通过推导状态切换条件,建立了永磁直驱风电机组故障全过程的机电暂态等值模型.最后通过仿真验证等值模型的有效性.     

基于PSCAD的直驱式风电机组运行特性仿真

在分析直驱式永磁同步风电机组的基本构成、数学模型基础上,研究了变流器的控制策略.利用PSCAD/EMTDC仿真平台构建了直驱式永磁同步风电机组的仿真模型,仿真分析了阶跃风速下直驱式风电机组稳态运行特性,并仿真研究了额定风速下直驱式风电机组的暂态特性.研究结果表明并网运行的直驱式风电机组具有良好的运行特性,电网故障时直驱式风电机组能够调节无功功率输出,对电网电压的恢复有积极的作用,能提高电网的稳定性.     

考虑恢复暂态过程的直驱发电系统低电压穿越模型参数解耦辨识方法

传统的直驱发电系统参数辨识主要是对其变流器PI参数或本体参数进行辨识,而其辨识结果无法描述直驱发电系统低电压穿越过程的动态特性.为了获得准确的直驱风力发电系统低电压穿越(low voltage ride through,LVRT)模型参数以满足直驱发电并网系统的安全可靠的要求,提出一种考虑恢复暂态过程的直驱发电系统的低电压穿越模型参数解耦辨识方法.首先,基于直驱发电系统低电压穿越输出曲线特性,建立了直驱发电系统低电压穿越控制方程,并分析了对网侧PI控制参数和LVRT参数辨识的必要性.其次,针对网侧内环PI控制参数与LVRT参数具有耦合关系的问题,提出直驱发电系统低电压穿越模型参数解耦辨识策略,并基于灵敏度分析得到直驱发电系统各个参数的最优辨识工况.最后利用差分进化算法辨识内环控制器参数与LVRT参数,仿真算例表明所提辨识方法的有效性.     

大电网末端风力发电系统故障穿越关键技术

为了了解大电网末端风电机组故障穿越特性,文中分析了高渗透率风力发电大电网末端电网特性及风机运行特性。结合相应的检测标准及要求,探讨了大电网末端风电并网出现的故障特性,研究了直驱及双馈风电机组故障穿越关键技术及控制策略;结合仿真及实际检测,研究了大电网末端直驱风力发电机高电压穿越能力、双馈机组低电压穿越的可行性,提出了风电机组故障穿越的隐患,为大电网稳定运行提供了依据。     

含chopper电路的直驱风机响应电网短路的运行特性分析

为了分析电网短路时的直驱风电机组运行特性,从数学模型入手,研究了风轮机最大风能追踪控制策略,以及交直交变频器机侧的有功无功解耦控制策略和网侧的电压定向控制策略。为了满足风电机组的低电压穿越要求,采用了直流电容chooper保护电路。电网短路故障时,chooper回路中的卸能电阻能很大程度地消耗短路冲击带来的能量,从而维持直流电容电压稳定。同时参考电流限值器也限制了短路冲击对网侧变频器的影响。在empt-rv中搭建了直驱风机模型,分析了电网三相短路导致并网电压跌落到0.2以下时风电机组的运行特性。仿真结果验证了所采取的控制策略正确性,以及直流电容chooper保护电路的有效性。研究结果对直驱风机并网运行以及电网短路对风机运行特性的影响提供了依据。     

风电机组接入对系统小干扰稳定性的影响研究

针对大规模风电并网后系统小干扰稳定性的变化情况,通过简单系统算例仿真,详细分析了不同风电渗透功率水平下,分别采用固定转速风电机组、双馈感应风电机组和永磁同步直驱风电机组并网对系统阻尼特性的影响,并且通过实际系统仿真算例,验证了分析结果.结合定速风机、双馈风机和直驱风机的仿真结果进行对比分析,对考虑风机并网后系统动态特性因素的风电机组选型提出了建议.     

基于直流保护的直驱风电机组低电压穿越特性分析

研究了基于加装和未加装直流保护的直驱风电机组在电网故障状态下的低电压穿越运行特性。根据GB／T19963--2011对风电机组低电压穿越能力的技术要求,结合直驱风电机组工作原理,构造了直驱风电机组在PSCAD／EMTDC环境下的系统控制模型。以电网三相对称短路故障为案例,对加装和未加装直流保护的直驱风电机组的低电压穿越特性进行了分析和比较。仿真结果不仅证明了所用系统模型是合理的,控制策略是有效可行的,而且还表明加装直流保护的直驱风电机组具备较为优越的低电压穿越特性。