风火打捆系统暂态稳定性研究

针对风火打捆系统的暂态稳定性,研究了双馈风力发电机(以下简称双馈风机)的基本原理,分析了双馈风机的暂态特性、功率控制方式以及故障穿越过程中风机的故障行为,给出了双馈风机的等效外特性。基于等面积法则详细推导并分析了风火打捆系统的暂态稳定性。为了验证理论分析的正确性,在Matlab/Simulink当中构建风火打捆仿真系统。仿真结果表明,风火打捆后的同步机组的暂态稳定性较纯火电机组有所下降。     

复合型FCL改善风火打捆系统暂态稳定性研究

为改善风火打捆系统的暂态稳定性,提出将具有串补功能的复合型故障限流器（Fault Current Limiter,FCL）接入到风火打捆系统中。将双馈风电机组(Doubly-Fed Induction Generator,DFIG)对系统的影响用等效外特性参数表示,在分析DFIG接入系统对暂态稳定的影响和复合型FCL工作原理的基础上,分析带复合型FCL的风火打捆系统的功率特性方程,通过分析在不同运行状态下复合型FCL对功率特性方程中输入阻抗、转移阻抗的影响,确定其对传输功率极限的作用,分析其提高暂态稳定性的机理。制定了故障发生前、中、后不同阶段,复合型FCL提高风火打捆系统暂态稳定性的控制策略。正常运行及故障切除后发挥复合型FCL的串补功能;故障状态下通过确定目标功率差与触发角之间的关系,通过控制限流电抗,发挥FCL限制短路电流、提高母线电压的作用,达到提高功率输送能力,改善暂态稳定性的目的。仿真分析表明机理分析和所提控制策略的有效性。     

基于D-PMSG的风火打捆直流外送系统送端功角暂态稳定性研究

风火打捆直流外送是解决能源丰富基地电力消纳问题和负荷中心能源短缺问题的主要方案。研究风火打捆系统送端风电对火电的影响意义重大。本文通过扩展等面积准则研究了基于直驱永磁风力发电机(D-PMSG)的风火打捆直流外送系统送端功角暂态稳定性。当风火打捆系统中D-PMSG输入的功率由受扰严重群减机械功率来平衡的情况下,系统遭受大扰动时,其功角暂态稳定性比纯火电系统的好,且输电方式为直流线路时的功角暂态稳定性比交流输电方式的好。仿真结果与理论分析结果一致,由此可知,由D-PMSG构成的风电场与附近火电厂打捆,经直流线路外送的方案可以提高系统的功角暂态稳定性。     

风火打捆交直流混联系统暂态稳定控制策略研究

风火打捆系统特点是大功率远距离外送,出现大扰动后失稳风险较高,因此风火打捆系统暂态稳定控制是一个亟需研究的课题。基于等面积法则提出直流功率与切机相结合的风火打捆系统暂态稳定控制策略。通过量测数据可以预判风火打捆系统的暂态稳定性并给出控制策略,该方法简单可靠,计算速度快,可以应用到在线运算,具有较大的工程应用价值。     

限流式SSSC提高DFIG型风火打捆系统暂态稳定分析

为降低风电并入对风火打捆系统暂态稳定的不利影响,提出将电阻型限流式静止同步串联补偿器SSSC(static synchronous series compensator)串联到风火打捆系统的联络线上,以提高风火打捆系统的暂态稳定性.通过借助双馈风电机组DFIG(doubly-fed induction generator)等值外特性参数来构造风火打捆系统暂态稳定数学模型,建立相应功率特性方程.在分析电阻型限流式SSSC工作原理的基础上,建立不同运行状态下含电阻型限流式SSSC的风火打捆系统功率特性方程,并借助功角特性曲线对系统进行暂态稳定的机理研究,最后进行仿真验证.结果表明,限流式SSSC有效地提高了风火打捆系统的暂态稳定性.     

提高系统暂态稳定性的风电直流协调控制策略

风电规模的扩大和直流线路的增多,风火打捆交直流混联系统的暂态稳定性受到关注.本文从风火打捆交直流混联系统的实际网络拓扑结构出发,通过对节点导纳矩阵的收缩变换获取风电和直流输电功率外特性与系统等值机械功率间的关联关系,在此基础上基于扩展等面积定则,确定出DFIG和VSC-HVDC接入网络拓扑位置和输出特性对风火打捆交直流混联系统的暂态稳定的影响规律.进一步利用DFIG和VSC-HVDC对功率的可控性提出一种协调阻尼控制策略,利用风电和直流本身的灵活调节能力实时调节功率输出,促进系统快速恢复稳定.仿真结果表明,所提控制策略使得系统功角摆幅更小,恢复更快,在不添加额外硬件设备的情况下,有效提升了系统的暂态稳定性.     

故障限流器改善风火打捆系统暂态稳定性研究

风火打捆外送模式解决了风电就地消纳能力不足、单独传输经济性差的问题,但同时风电的并入也给系统暂态稳定性带来了不利影响.在此背景下,基于双馈风电机组(doubly fed induction generator,DFIG)外特性建立风火打捆系统单端送电功率方程,分析了由于风电并入使同步机组功角特性发生改变,导致暂态稳定性降低.考虑在风火打捆系统并网输电线路上串联故障限流器(fault current limiter,FCL)来提高故障期间功率传输能力,在建立的含故障限流器的风火打捆系统等值电路基础上,分析了电抗型和电阻型两种故障限流器在系统故障期间对功率特性的影响和改善系统暂态稳定性的机理,并比较了应用两种故障限流器的差异.最后进行仿真验证,结果表明在线路上串联故障限流器能够显著改善风火打捆系统的暂态稳定性.     

“风火打捆”交直流外送系统的暂态稳定控制研究

"风火打捆"交直流外送是未来千万千瓦级风电能源基地电力外送的重要方式之一,亟需掌握"风火打捆"交直流外送系统的稳定特性及其机理。功角是反映系统暂态稳定性的主要标志,分析了双馈电机的功角快变特性和"风火打捆"系统等值机械转动惯量对火电机组功角暂态稳定性的影响。针对系统的暂态稳定性问题,提出了一种附加控制策略,并设计出控制装置样机,可提高"风火打捆"系统的暂态稳定性。基于所提附加控制策略的试验样机通过了实时数字仿真器(Real Time Digital Simulator,RTDS)的闭环验证,结果表明:该附加控制策略通过改变直流输送功率和调节风机的有功输出,消除或减小了系统在暂态过程中的瞬时不平衡功率,增强了直流系统和风机对火电机组的等效阻尼作用,有效抑制了火电机组的功角摇摆幅度,提高了"风火打捆"系统的暂态稳定性。     

基于新型限流式SSSC的风火打捆系统暂态稳定性分析∗

针对风电并网会影响系统暂态稳定性的问题,提出将电抗型限流器和静止同步串联补偿器 (SSSC)组合成 新型限流式SSSC串联到风火打捆系统中用以提高系统暂态稳定性的方法.在建立双馈风机 (DFIG)型风火打捆系统的等值模型基础上,分析了新型限流式SSSC的限流过程,在正常运行、故障期间和故障后三种工况下根据对应等值电路分析了新型限流式SSSC对系统暂态稳定性的影响.最后在仿真软件中建立相应模型,结果表明系统串联电抗型 新型限流式SSSC显著地改善了系统暂态稳定性.     

基于轨迹灵敏度的风火打捆系统暂态稳定预防控制

提高风火打捆系统暂态稳定性是亟需研究的课题。本文通过理论分析与算例分析相结合,得出风火打捆系统中领先火电机组有功出力与系统极限切除时间近似呈线性关系,在此基础上给出了火电机组出力重新分配的控制方法。最后通过西北电网酒泉地区对本文方法有效性予以验证,此外,算例分析发现本文的控制方法在提高风火打捆系统暂态稳定性的同时又可以降低网损,提高经济性。     

电网侧换流器无功功率控制改善双馈风电机组稳定性的研究

研究了改善双馈风电机组（DFIG）的并网风电场暂态稳定性的措施。目前现存的大部分双馈型变速风电机组并不具备故障穿越能力。在DIgSILENT/PowerFactory14.0中建立了具有暂态无功调节能力的变速风电机组电网侧换流器控制模型以及故障后桨距角控制模型,通过对并网风电场仿真分析验证了模型的有效性。仿真结果表明：当风电场电网侧发生短路故障情况下,双馈风电机组电网侧换流器能够产生一定的无功功率支持电网电压;桨距角控制能够降低风电机组的机械转矩,防止机组超速以及电压失稳。双馈风电机组的故障穿越能力得以实现。     

风火联运送出系统的静态稳定性分析

从机理上研究了风火联运送出系统的静态稳定性和静态稳定极限的规律。采用电力电子变换器的变速风电机组功率控制快速灵活,在静态稳定分析中可以忽略其快动态,将风电简化为功率注入模型,系统动态过程中风电功率可以用代数方程描述。基于电力系统经典模型方程,提出了一种风火联运送出系统的三角变换模型方程,推导了发电机和送出断面的静态稳定极限随风电功率的变化规律。在风火联运送出系统中,风电功率由零开始增加的过程中,发电机的静态稳定极限始终下降,而送出断面的静态稳定极限则先增加到最大值,之后开始下降。测试系统和实际系统中的仿真结果验证了该结论。     

双馈风机虚拟惯量控制对电力系统暂态稳定的影响

双馈风力发电机(DFIG)虚拟惯量控制在满足系统调频需求的前提下,其快速响应特性也会对系统暂态稳定造成影响。首先分析了DFIG机端母线电压不同跌落深度条件下DFIG的暂态有功响应特性,指出DFIG虚拟惯量控制影响系统暂态稳定的条件。基于此,结合拓展等面积定则分析了带有虚拟惯量控制的DFIG对电力系统暂态稳定的影响机理,最后进行时域仿真验证,结果表明,故障后若未触发DFIG低电压穿越控制,则含虚拟惯量控制的DFIG在S机群时可改善系统暂态稳定性, 而在R机群并网时会恶化系统暂态稳定性。研究结果为DFIG虚拟惯量控制的应用和优化提供参考。     

改善基于双馈感应发电机的并网风电场暂态电压稳定性研究

提出了改善基于双馈感应发电机的并网风电场暂态电压稳定性的措施以实现风电场的低电压穿越(low voltage ride through, LVRT)功能。目前，大部分基于双馈感应发电机的变速风电机组不具有故障情况下的暂态电压支持能力，当电网侧发生严重短路故障时，风电场的暂态电压稳定能力会影响到电网安全稳定。该文在DIgSILENT/PowerFactory中建立了具有暂态电压支持能力的变速风电机组转子侧变频器控制模型及用于故障后稳定控制的桨距角控制模型，通过包含风电场的电力系统仿真计算验证了模型的有效性及其对风电机组和电网暂态电压稳定性的贡献。仿真结果表明，当电网侧发生三相短路故障时，风电机组转子侧变频器暂态电压控制能够控制风电机组发出无功功率支持电网电压；桨距角控制能有效降低变速风电机组机械转矩，避免出现风电机组超速及电压失稳。得出结论：采用变频器暂态电压控制及桨距角控制能够改善基于双馈感应发电机的并网风电场的暂态电压稳定性，确保风电机组低电压穿越(LVRT)功能的实现及电网安全稳定。     

基于转子串电阻的DFIG低电压穿越优化控制策略

针对双馈感应风力发电机组(DFIG)的低电压穿越(LVRT)问题,在分析现有转子串电阻电路基础上,考虑限流电阻阻值对低电压穿越期间DFIG瞬态性能的影响,权衡转子电流、转子电压、无功功率、电磁转矩间的关系,对限流电阻阻值的选取原则进行了优化; 转子串电阻电路退出但电网电压未恢复时转子侧变流器的功率协调控制策略得到改善; 在此基础上,利用变流器对DFIG的控制灵活性,提出一种无需定子磁链观测且控制算法简单的换流器改进控制策略。本文所提的LVRT优化控制策略在提高DFIG瞬态性能的同时兼顾了系统暂态稳定性     

双馈风电机组接入地区电网后的电压稳定分析

利用PSASP软件的UPI接口程序模块,在PSASP中建立了双馈风电机组模型,以两个实际的地区电网为例,研究双馈风电机组接入地区电网后对电网电压的影响,结果表明：双馈风电机组提高了地区电网的静态电压水平;双馈风电机组在故障后能够减少系统所需的无功储备,从而有利于地区电网的电压稳定;风速的波动对地区电网的电压有影响,但一般不会影响其暂态稳定性。     

双馈风电机组故障穿越对系统暂态稳定的影响

在风电场中占较大比例的双馈风机由于具有不同于同步发电机的运行特性,使得如今风电的大规模接入对系统的暂态稳定造成了新的影响。文章介绍了传统电力系统的扩展等面积定则;推导出能够基于扩展等面积定则进行理论分析、且可以反映故障后风电机组功率控制对系统暂态稳定性影响机理的表达式;利用DIg SILENT/Power Factory对相关算例进行数字仿真验证,为今后制订风电机组故障穿越功率控制策略奠定基础。     

电网对称故障下双馈风力发电机的虚拟同步控制策略

将虚拟同步控制策略运用于双馈感应发电机(DFIG)变频器控制,可使DFIG为电网提供有惯量的频率与电压支撑。但现有虚拟同步控制策略主要关注DFIG对同步发电机机电动态特性的模拟,未考虑DFIG的电磁暂态过程。分析了基于虚拟同步控制的DFIG在电网对称故障下的电磁暂态特性,指出了现有虚拟同步控制策略存在的两大缺陷:无法完全模拟同步电机故障暂态下的电磁关系,且无法抑制转子过电流。提出了一种适用于电网对称故障的DFIG暂态电压补偿虚拟同步控制策略,即通过补偿转子控制电压的暂态分量来抵消或削弱转子暂态反电势对转子过电流的影响。通过仿真对比了现有虚拟同步控制策略与所提策略对DFIG的控制效果,证明了所提虚拟同步控制策略不仅具备更好的惯性支撑能力,同时可显著抑制DFIG转子过电流与电磁转矩暂态冲击,并对系统进行无功支撑,有效提高了DFIG不间断运行能力与电网故障恢复能力。     

双馈风电机组低压穿越特性对电力系统暂态稳定的影响

双馈风电机组(DFIG)的低压穿越(LVRT)特性与同步发电机不同,使得大规模DFIG接入电力系统后同步发电机的功角特性发生改变,因此分析系统暂态稳定性时有必要考虑DFIG LVRT行为的特殊性。推导机电暂态时间尺度下DFIG撬棒未投入和投入2种工况下的等值模型,基于该模型对典型LVRT策略下DFIG的外特性进行分析;基于等面积定则研究DFIG LVRT策略中无功补偿系数与撬棒电阻对电力系统暂态稳定的影响。时域仿真结果表明,提高无功补偿系数和增加撬棒电阻有利于电力系统的暂态稳定性,验证了理论分析的正确性。     

Review of DFIG wind turbine impact on power system dynamic performances

Recently, the variable‐speed wind turbine with doubly fed induction generator (DFIG ) has drawn significant attention because of its many advantages such as small power converter rating, the ability to control the output power, etc. Nevertheless, the large penetration of DFIG wind turbines may affect the power system dynamics. This paper provides a general review of the DFIG wind turbine's impact on power system dynamic performances such as frequency stability, transient stability, small‐signal stability, and voltage stability. Besides, ancillary services from the DFIG wind turbine for the power grid, such as frequency support, reactive power, and voltage support, are explained. Especially, the survey emphasizes power oscillation damping methods by the DFIG wind turbine. © 2017 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.