基于复转矩系数法的双馈风机次同步控制相互作用阻尼特性研究

双馈风电场中的次同步控制相互作用(subsynchronous control interaction,SSCI)主要由双馈感应电机的多动态控制与传输线路中的固定串联电容之间的相互作用引起。从双馈风机转子电压方程出发,基于转速控制、转子侧变流器(rotor side control,RSC)的功率外环和电流内环控制,推导了电磁转矩对转速的传递函数,进而基于复转矩系数法提出了用于分析双馈风电机场经串补线路并网系统SSCI稳定性的电气阻尼系数表达式。在此基础上,利用电磁转矩的电气阻尼系数表达式分析了风速、串补度、转速和RSC不同控制参数对SSCI稳定特性的影响。分析结果表明:降低风速、增大串补度、增大转速和RSC控制的比例参数和减小RSC控制的积分参数都会导致系统SSCI不稳定。最后利用PSCAD/EMTDC时域仿真,验证了利用所提电气阻尼特性分析系统SSCI稳定性的正确性和有效性。     

基于反馈线性化的双馈风电机组次同步控制相互作用抑制策略

大规模风电经固定串补线路送出时,由于变流器与固定串补之间的相互作用,使双馈风电机组(DFIG)可能会存在一种新的次同步谐振(SSR)问题,称为次同步控制相互作用(SSCI)。提出反馈线性化控制策略,并将之应用于DFIG转子侧变流器和网侧变流器控制回路以抑制SSCI。首先对系统的反馈线性化条件进行验证,再选取合适的坐标变换,在保证系统零动态稳定的前提下求得非线性状态反馈规律。在MATLAB/Simulink下的仿真结果表明:与参数已整定的比例-积分控制策略相比,反馈线性化控制策略能够有效抑制SSCI,使DFIG在不同串补度和风速下都能保持稳定运行,且不影响DFIG的故障穿越能力。     

基于无源控制的DFIG并网次同步控制相互作用抑制策略研究

为抑制双馈感应发电机(doubly-fed induction generator, DFIG)风电场与串补输电线路间次同步控制相互作用(sub-synchronous control interaction, SSCI),提出基于改进无源控制的SSCI抑制策略。首先,分析了DFIG并网中SSCI发生机理,发现转子侧变流器双环PI控制对SSCI影响较大,可对PI控制进行改进以抑制SSCI。其次,基于DFIG欧拉-拉格朗日(Euler-Lagrange, EL)模型和无源理论,设计转子侧无源控制器,通过计算稳定状态点,注入阻尼抑制SSCI。为提高抑制能力,采用带通滤波器改进无源控制,通过保持输入信号稳定提升控制器性能。最后,给出小干扰分析和时域仿真分析结果,并与PI控制和常规无源控制对比,验证所提策略在串补度变化和风速变化时的抑制效果。     

双馈风电场经串补并网引起次同步振荡机理分析

双馈风力发电机通过串联补偿线路外送风电时,会出现由感应发电机效应(induction generator effect,IGE)和次同步控制相互作用(sub-synchronous control interaction,SSCI)引起的次同步振荡问题。为分析该问题,以给其抑制措施提供依据,建立了用于次同步振荡分析的双馈风力发电机模型,采用频率扫描法分析了 IGE 的机理和影响因素,从转子侧电流环的闭环控制角度推导分析了SSCI的机理和影响因素,并采用时域仿真法分别分析和验证了风速、串补度对IGE的影响及转子侧电流环控制参数对SSCI特性的影响。研究结果表明：串补度的增加和风速的减小会引起IGE;电流环控制器比例系数和积分系数的增大会引起SSCI。     

多运行方式下风电机组变频器参与次同步相互作用的分析与抑制

大规模风电经串补线路进行远距离传送存在引发次同步相互作用的风险,系统运行方式、串补度及变频器控制参数为主要影响因素。采用概率法和模式分析相结合,分别在含双馈感应型和永磁同步型风电场系统中,研究多运行方式下风电串补系统的次同步相互作用。利用参与因子进行模式识别,研究了串补度对次同步振荡模式及概率稳定性的影响,引入概率灵敏度指标分析起主导作用的变频器PI控制参数,并基于风电机组变频器提出一种鲁棒抑制次同步相互作用的附加阻尼控制策略。仿真结果表明,双馈风电串补系统中易产生次同步控制相互作用,在网侧变频器加装鲁棒DFIG-PSS能实现其有效抑制,而永磁同步风电机组对这一相互作用具有免疫特性。     

双馈风电场经混合串补外送系统次同步振荡特性

运行经验表明,双馈风机(doubly fed induction generator,DFIG)经串联补偿线路外送系统存在发生次同步振荡(subsynchronous oscillation,SSO)的风险。文中给出了由静止同步串联补偿器(static synchronous series compensator,SSSC)和固定电容器组成的混合串补装置结构及控制策略,设计了串联型柔性交流输电装置次同步频段阻抗特性仿真测试方法,并分析了SSSC的次同步频段阻抗特性及DFIG经混合串补外送系统的SSO特性。分析结果表明,SSSC的次同步频段等效电抗和等效电阻均为正,且系统的SSO阻尼随混合串联补偿中SSSC占比、补偿阻抗及补偿电压的增大而增大。文中研究成果可为大规模风电外送系统的规划设计和运行提供指导和参考。     

风电机组的次同步控制相互作用研究综述

大规模风电经固定串补线路送出时,风力发电机组可能会存在由于转子侧变流器与固定串补之间相互作用而引起的次同步振荡问题,称为次同步控制相互作用(SSCI)。SSCI是随着风力发电技术的快速发展而出现的一种新的次同步振荡现象,2009年在美国第一次发生并造成风电机组的损坏。阐述SSCI问题的由来,总结不同类型风力发电机组的SSCI特性,分析SSCI发生机理和参数特性,探讨SSCI分析方法以及抑制措施。最后,对本课题的研究前景加以展望。     

双馈风机?串补输电系统次同步谐振的附加阻尼控制

双馈风机-串补输电系统存在次同步谐振的风险。为解决该问题,首先通过对风电串补输电系统建模,推导了风电串补输电系统的传递函数。然后通过对传递函数的分析,提出了附加阻尼控制方法。附加阻尼控制信号跟踪次同步电流的变化,修正相应输出电压,使得在次同步频率下变流器呈现正电阻,从而有效抑制谐振发生。采用次同步电流附加阻尼控制避免了基于多重旋转坐标系分频同步方法。该策略不影响原有控制器特性,且同步频率下的阻尼可调,因此可以有效抑制次同步谐振。通过算例仿真分析证明了所提出附加阻尼控制的合理性和正确性,该方法具有计算简单、便于实现等优点。     

含双馈机组转子侧附加控制的风电场次同步振荡抑制方法

针对含双馈机组风电场通过串联补偿外送功率时产生的次同步振荡(sub-synchronous oscillations,SSO)问题,建立了包含两质量块轴系、d-q解耦控制回路等的详细模型。采用测试信号法绘制分析阻尼曲线。该曲线显示,串联补偿的加入改变了电气阻尼特性。如果控制器参数不合理,较低串补度下也有发生振荡的风险;随着串补度的加大,电气谐振点的负阻尼越大,对应于转子侧的电气谐振频率越低。当轴系参数耦合时会发生轴系扭振。针对双馈机组转子变换器控制回路的特点,在转子侧注入次同步电流,以激发次同步电磁转矩阻尼振荡,设计附加功率控制的次同步阻尼控制器(sub-synchronous damping controller,SSDC)对次同步振荡予以抑制,并给出了控制器参数的整定方法。时域仿真结果表明:采用该SSDC方案,能够有效抑制串补引发的风电场SSO问题。     

基于事件触发的DFIG次同步附加阻尼控制方法

为快速、准确判断和有效抑制双馈感应发电机(double fed induction generator,DFIG)并网经串补输电系统送出发生的次同步控制互作用(sub-synchronous control interaction,SSCI)问题,首先分析了DFIG经串补送出系统SSCI的作用路径,并经数学推导给出了SSCI发生判据。然后,基于该判据,进一步提出了一种基于SSCI事件触发的DFIG次同步附加阻尼控制方法,提出了适用于快速检测需求的次同步频率提取方法;引入了迟滞环节来解决电机参数不确定导致的误判问题,提高方法的鲁棒性;设计了相频特性平滑的带通滤波器,增强了控制方法对频率变化SSCI问题的适用性。最后,进行PSCAD/EMTDC仿真验证,结果表明所提控制方法能够在风速变化、串补度变化及风机参数不确定情况下较好地阻尼SSCI,且由于引入了SSCI事件判断机制,附加控制在未出现SSCI风险时退出运行,不影响风机变流器的主控制功能。与已有的附加阻尼控制方法相比,所提控制方法在较高串补度下仍然具有较好的抑制效果。