双馈风电场阻尼系统次同步振荡的无功功率控制策略

引入无功-转速型传递函数,推导了双馈风电场无功功率对系统贡献的阻尼系数大小和性质的表达式,并基于分析获得的提供系统正阻尼条件,优化设计无功功率环附加阻尼控制策略抑制次同步振荡。以双馈风电场接入IEEE第一标准测试系统为例,基于Dig SILENT/Power Factory仿真平台对双馈风电场无功功率附加阻尼控制时的系统运行性能进行仿真比较。理论分析和时域仿真结果表明,推导的阻尼系数表达式以及得到的正阻尼范围条件可以有效分析双馈风电场无功功率对系统次同步振荡的作用,提出的风电场无功功率附加阻尼控制策略能在全次同步频段内提供最优正阻尼,且抑制效果优于有功功率附加PSS阻尼控制。     

含传输线功率信号的双馈风电场附加阻尼控制策略

从抑制电力系统区域间低频振荡以及减少风电机组传动链轴系扭振方面,提出双馈风电场附加阻尼控制策略。首先,建立了考虑传动链柔性的风电机组暂态模型及控制策略。其次,提出了考虑电力系统传输线功率信号的双馈风电机组无功功率环的附加阻尼控制策略。最后,以双馈风电场接入IEEE两区域四机系统为例,针对电网传输线三相短路故障和区域内同步发电机有功功率小扰动2种情况,分别对不同阻尼信号增益下的有功功率环和无功功率环附加阻尼控制策略的系统动态性能进行仿真。比较结果表明,与无附加阻尼控制相比,基于有功功率环或无功功率环的附加阻尼控制能够更好地抑制传输线功率振荡,且无功功率环附加阻尼控制不会导致风电机组传动链轴系扭矩振荡幅值增加。     

双馈风电场模糊附加阻尼控制策略

基于暂态能量函数分析原理,提出双馈风电场模糊附加阻尼控制策略。首先,以区域间暂态振荡能量下降为目标,从理论上分析了调节风电场输出有功或无功功率能抑制电力系统区域间低频振荡的可行性。其次,在阐述双馈风电场常规 PSS 附加阻尼控制策略的基础上,以传输线有功功率变化作为暂态能量振荡阶段的判断依据,提出了基于模糊控制的双馈风电场附加阻尼控制策略。最后,以双馈风电场接入IEEE两区域四机系统为例,针对电网传输线三相短路故障和区域内同步发电机输入功率小扰动两种情况,对采用模糊附加阻尼控制时系统的运行性能进行仿真,并与常规PSS附加阻尼控制和无附加阻尼控制的运行效果进行比较。仿真结果验证了风电机组有功或无功功率环模糊附加阻尼控制策略的正确性,同时表明基于无功功率环的模糊附加阻尼控制不仅能更好地抑制传输线有功功率振荡而且又能减小风电机组传动链轴系扭矩的波动。     

双馈风电场并网对汽轮发电机次同步振荡的影响

考虑在风火打捆输电方式中大容量风电场并网可能会加剧汽轮发电机轴系扭振的风险,提出双馈风电场并网对汽轮发电机次同步振荡影响的研究。首先建立含风电场系统的小信号稳定分析数学模型,基于模态分析法研究风电场并网前后系统次同步振荡模式的变化,并利用数字仿真平台建立时域仿真,对模态分析结果进行验证。其次,借鉴参数灵敏度概念,研究系统次同步振荡阻尼比对风电场参数的灵敏度。最后,针对风电场在不同风速和不同无功功率的情况下,研究含风电场的电力系统次同步振荡模式的变化规律。结果表明,在保持外部条件一定情况下,双馈风电场并网会降低系统次同步振荡阻尼,且风电场有功功率和无功功率参数对其次同步振荡阻尼影响明显。     

双馈风电场无功功率阻尼控制策略

基于暂态能量函数分析方法,提出双馈风电场的无功功率附加阻尼控制策略。以削减区域间暂态振荡能量为目标,分析调节风电场输出无功功率能抑制电力系统低频振荡的可行性。基于常规PSS控制方法,对风电场无功功率阻尼控制的效果进行分析。为进一步提高阻尼控制效果,提出基于暂态能量函数方法的双馈风电场无功功率模糊阻尼控制策略。仿真结果表明基于模糊控制的风电场无功功率阻尼控制调节策略比常规PSS控制策略能更好抑制低频振荡。     

基于广域测量信号的双馈风电机组阻尼控制策略

为了抑制电力系统的区域间低频振荡,本文提出了一种应用于双馈风电机组(DFIG)的附加阻尼控制策略。首先,建立了双馈风电机组的动态模型及其控制策略。然后阐明了动态有功功率注入和动态无功功率注入提高系统阻尼的原理,在此原理的基础上提出了双馈风电机组附加阻尼控制器的设计方法。阻尼控制器基于电力系统稳定器(PSS),将广域测量信号区域间同步机组电压相角差作为输入信号。考虑到DFIG有功功率和无功功率可解耦控制,控制器输出信号附加到DFIG有功功率控制环和无功功率控制环。最后,建立了四机两区域电力系统仿真模型,通过特征值分析和时域仿真分析验证了附加阻尼控制策略的有效性及动态功率注入提高系统阻尼原理的正确性。     

基于双馈风机抗阻比的次同步振荡抑制策略

现有的抑制双馈风机次同步振荡(SSO)的方法大多以转子转速偏差信号作为输入,需要较大增益的同时可能会引起超同步振荡。利用双馈风电场-串联补偿输电系统的复频域阻抗模型,将基于双馈风机网侧变流器的阻尼控制等效为虚拟阻抗,解释了双馈风机在不同抗阻比以及不同补偿角度下的作用机理;基于以线路电流为输入的次同步阻尼控制方法,提出了改进的基于双馈风机抗阻比设计最佳补偿角度的阻尼控制策略及参数整定方法。以真实风电场SSO事件为算例,在MATLAB/Simulink平台搭建双馈风电场-串联补偿输电系统的等值模型,通过时域仿真验证了所提阻尼控制策略的效果。     

虚拟同步双馈风机对同步机作用路径及低频振荡影响分析

针对具有虚拟同步控制的双馈感应发电机机对系统低频振荡产生影响的问题,基于虚拟同步双馈风机的内电势运动方程,通过建立两机系统的线性化模型,分析了虚拟同步双馈风机对同步机作用的路径和物理过程,并采用阻尼转矩法阐明了虚拟同步双馈风机对同步机低频振荡的影响机理,最后进行了仿真验证。仿真结果表明:虚拟同步双馈风机内电势的相位受同步机内电势相位和幅值的变化而变化,继而直接影响同步机有功功率,或通过影响同步机端电压幅值变化的支路间接影响同步机有功功率,它们是虚拟同步双馈风机影响同步机阻尼的主要途径,此外,增大虚拟惯性时间常数和阻尼系数可以改善同步机低频振荡的阻尼,而增大电压控制带宽则会使同步机低频振荡的阻尼恶化。     

双馈风电场损耗最小化的有功无功协调优化控制

基于最优潮流模型,提出一种适用于双馈风电场的有功无功协调控制策略。该策略能够在分配机组的有功和无功功率的同时降低双馈风电场的网络损耗、发电机损耗和变流器损耗,也可以根据调度中心的调度需求实现双馈风电场的降载运行。通过优化双馈风力发电机的定子侧和网侧变流器的无功分配来降低双馈风机内部的发电机铜耗和变流器损耗。在此基础上,将双馈风电场构建成基于线性潮流方程的最优潮流模型,从而同时降低网络损耗和双馈风机的内部损耗。该文提出的控制策略能够在实现风电场降载运行的同时降低双馈风电场内部损耗,从而降低变流器等设备的累积疲劳效应。仿真结果表明,所提出的优化控制策略在实现跟踪有功功率、分配无功功率的前提下,能够降低双馈风电场的内部损耗。     

双馈式风电场抑制电网低频振荡的实时数字仿真仪实验

双馈式风电场与常规电站混合输电是未来大规模风电开发输送的主要模式,但这种输电模式整体稳定性可能较差。首先分析了常规电站与风电场混合输电模式下的低频振荡;然后分析了风电场阻尼常规电站低频振荡的可行性,提出了附加阻尼控制技术并制作了实验样机;最后通过实时数字仿真仪进行系统实时仿真建模(包括双馈发电机系统模型、同步发电机系统模型以及"风火打捆"系统模型),并与实验样机进行联调。联调实验结果表明,基于所提控制策略的实验样机可挖掘风电机群自身暂态有功调节能力以贡献电网阻尼,既能够增强电网阻尼,又能有效抑制电网出现低频振荡。     

并网双馈风电场次/超同步混合振荡现象及阻尼控制方案

该文解释并网双馈风电场中出现次/超同步混合振荡现象的机理,并提出一套风电场层面阻尼控制方案用于抑制次/超同步混合振荡。首先,将风电场等效成多台连接到集中母线的双馈感应发电机(double-fedinductiongenerator,DFIG),并建立双馈风电场并网系统的闭环互联模型以及1台DFIG子系统与剩余部分子系统(包括风电场中剩余DFIG、同步发电机以及输电线路,后简称剩余子系统)的开环模型。在这些模型的基础上,运用开环模式谐振理论解释双馈风电场并网系统中可能出现次/超同步混合振荡现象的机理:当2个子系统的开环模式在复平面上位置接近会引发开环模式谐振,与之相对应的2个闭环振荡模式将朝相反方向移动,其中1个振荡模式的阻尼将变差;而振荡模式的频率主要取决于双馈感应发电机的参数;当满足一特殊条件时,系统中将出现次/超同步混合振荡现象。为了抑制双馈风电场中次/超同步混合振荡,该文提出风电场层面阻尼控制方案:风电场统一测量阻尼控制的输入信号,进行阻尼控制,并将输出信号分配到相应的双馈感应发电机上。模态分析和非线性仿真结果均验证文中风电场层面阻尼控制方案的有效性。     

大型双馈风力发电系统小信号动态建模及附加阻尼控制器设计

由于风电场输出功率的波动性及远距离输电等原因,大规模风电场接入互联电力系统后会面临不同区域电网间的低频振荡问题。建立了大型双馈风力发电系统的小信号动态模型,该模型包括风力机及传动系统动态方程、异步发电机动态方程、变频器动态方程以及变频器控制系统动态方程4个部分,具有一般性。以双馈风力发电机转子侧变流器有功功率参考值为输入,以互联电力系统区域间同步发电机功角差值为输出,通过系统辨识方法得到二者间的开环传递函数。在此基础上,利用极点配置方法,设计了双馈风力发电机的附加阻尼控制器。非线性时域仿真表明,配备了阻尼控制器的大规模风电场能够有效抑制互联系统的低频振荡,增加互联系统的阻尼。     

双馈风机定子侧变流器的附加阻尼抑制次同步振荡方法

为了抑制次同步振荡,基于双馈风机定子侧变流器提出了一种新的附加阻尼控制策略。首先从双馈风机发生次同步振荡的机理出发,把风机转速变化时导致的转矩变化分为转子变化量和定子变化量两部分,通过在定子侧变流器控制策略中引入附加控制,从而产生一个与转速增量反相的附加转矩,为系统提出正阻尼。然后,通过PSCAD/EMTDC时域仿真,对比附加阻尼控制前后抑制效果。研究表明:通过风机自身控制抑制次同步振荡,具有很好的相应速度和抑制效果,可以使风机在低转速或者高串补度的条件下安全稳定运行,可以降低成本,具有很强的工程价值和实际意义。     

基于双馈风机转子侧变流器的次同步谐振抑制方法

从双馈风机产生次同步谐振的机理出发,当双馈风机转速变化时,其电磁转矩变化量可以分为转子转矩变化量和定子转矩变化量两部分。基于双馈风机转子侧变流器,提出一种新的抑制次同步谐振的附加阻尼控制策略。通过在转子侧变流器控制策略中引入附加控制,产生一个与转速反相的附加转矩,为系统提出正阻尼。然后,利用PSCAD/EMTDC对所提出的附加阻尼控制策略进行仿真验证。结果表明,通过对转子侧变流器进行附加阻尼控制后,可以有效抑制次同步谐振的发生。     

基于自抗扰控制的双馈风机次同步控制相互作用抑制策略研究

双馈风电场经串补输电系统存在换流器控制与串联电容之间的次同步振荡问题,即次同步控制相互作用,其振荡特性受系统运行工况的影响。当系统运行工况变化时,现有抑制措施可能不再适用。为解决该问题,从双馈风机发生次同步控制相互作用的机理出发,提出一种基于自抗扰控制的双馈风机抑制策略:用自抗扰控制器替换转子侧有功内环比例积分控制环节,利用扩张状态观测器对系统次同步扰动进行实时估计并反馈补偿,从而有效抑制次同步控制相互作用。在PSCAD/EMTDC中搭建基于某实际风电场的仿真模型,分析该控制策略的运行特性。通过与比例积分控制对比,验证自抗扰控制具有良好的暂稳态运行特性;通过与现有附加阻尼控制对比,表明自抗扰控制可以实现风电场不同运行工况下次同步控制相互作用的有效抑制;该方法参数整定简单,具有较强的鲁棒性。     

双馈风电机组虚拟惯量控制对电力系统机电振荡的影响分析

虚拟惯量控制能使双馈风电机组为电网提供类似同步发电机的调频特性而得到广泛关注,但同时这种有功—频率外特性将不可避免地使双馈风电机组参与到同步发电机的机电振荡模式中,导致系统动态变得更为复杂。为了揭示双馈风电机组中虚拟惯量控制对电力系统机电振荡模式的影响规律,文中建立了基于虚拟惯量控制的双馈风电机组并网系统小信号模型,采用模态分析法分析了虚拟惯量控制相关控制回路(即虚拟惯量模拟环、锁相环和有功控制环)对同步发电机间机电振荡模式的影响规律。基于改进四机两区域系统的研究表明,增大下垂系数和适当增大滤波时间常数能改善系统阻尼,锁相环带宽和功率外环带宽过小将使双馈风电机组有功控制延迟,从而无法提供正向的阻尼转矩,导致系统阻尼减小。     

基于概率法的并网双馈风电场次同步相互作用及其抑制措施

双馈风电场经串补线路接入电力系统,小扰动情况下会出现次同步控制相互作用形式的次同步振荡现象。针对这一问题,由于系统运行方式的变化会对次同步控制相互作用产生影响,考虑了电力系统中风电场出力、同步发电机出力以及负荷的随机不确定性,首次采用概率法研究多运行方式下含风电场系统次同步振荡的统计属性,利用参与因子分析参与次同步控制相互作用的模式。提出基于附加阻尼控制的SVC抑制措施,研究其为相应次同步模式提供阻尼转矩以改善系统的阻尼特性。并以含双馈风电场系统为例进行时域仿真和概率次同步稳定研究,结果表明安装附加阻尼控制器的SVC能为系统振荡模式提供阻尼,阻尼常数的概率密度曲线向左半平面移动,且概率阻尼比明显增大,动态稳定性得到改善,时域仿真也验证了该次同步抑制措施的有效性。     

双馈型风电机组的惯性控制

在分析双馈风电机组运行特性和控制策略的基础上,提出双馈风电机组的惯性控制策略.该策略附加一个频率控制环节来为风电机组的有功功率控制系统提供一个额外的有功参考信号,进而使风电机组能够及时响应系统频率来调整其有功输出.通过对含风电装机容量系统的仿真分析,验证该控制策略在系统出现功率不平衡后,能够利用双馈风电机组的惯量使风电场具备对系统频率快速响应的能力,从而提高了基于双馈风电机组的大规模风电场接入电网后的电力系统频率稳定性.     

DFIG风电机组协同SVG抑制电网低频振荡方法

随着风电渗透率的日益增加,电力系统阻尼不足时易发生低频振荡,双馈风电机组（DFIG）可解耦控制有无功和无功输出,有利于增强系统阻尼。提出一种DFIG协同静止无功发生器（SVG）并网的方法,采用附加阻尼的控制策略,接入控制系统的功率控制节点,改变参考装置的有功和无功参考电流,实现装置动态输出功率,抵消功率增量,对系统中产生的功率振荡进行抑制。搭建DFIG协同SVG并网的4机2区域系统的控制系统模型,添加附加阻尼控制信号,控制DFIG输出的有功功率和SVG输出的无功功率,改变系统的特征根,并基于Prony方法分析振荡信号各模态。结果表明：该方法能够有效提供正阻尼,抑制系统低频振荡,加速振荡波形平息,提高电力系统的小干扰稳定性。     

基于定子侧模拟电阻的双馈风电场次同步振荡抑制策略研究

双馈风电场并网运行时,容易发生次同步振荡事故。搭建了双馈风电场经串联补偿电容并网的系统模型,并用Nyquist稳定性判据分析了影响双馈风电场次同步振荡的主要因素。在此基础上,提出了一种基于定子侧模拟电阻的次同步振荡抑制策略,以增强次同步频带下的电气阻尼。时域仿真结果表明该方法能够有效抑制双馈风电场并网系统中的次同步振荡现象,提升系统的稳定性。相较于传统的抑制方法,所提方案无需任何附加装置,便于工程实际应用。