基于小扰动稳定分析的并网直驱永磁风电系统建模优化和仿真

电力系统稳定性问题一直是人们关注的重点,各种干扰都有可能对电力系统产生不同程度的影响,风力等各类逆变型电源的接入增加了扰动的概率和不确定性,而传统的基于电磁暂态的仿真分析无法很好地解决逆变器控制策略问题.本文就此应用小干扰稳定分析,研究了永磁直驱风力发电机接入无穷大电网的稳定性问题,建立了完整的风力发电系统小扰动模型,包括风轮机、永磁同步发电机、AC/DC控制器、L型滤波器、DC/AC控制器和直流侧电容器.用特征值分析法分析风力发电系统的小干扰稳定性,在PSCAD/EMTDC中搭建了完整的仿真模型,对风速突变的情况进行仿真,验证了小扰动建模和分析的正确性.     

基于灵敏度分析的直驱永磁风机并网系统小干扰稳定优化研究

通过分析风力发电系统的工作原理,建立了双脉冲宽度调制（PWM）控制策略下直驱永磁风机并网系统的数学模型。在此基础上,在静态工作点处对数学模型进行线性化处理,建立了相应的小信号数学模型。利用特征值灵敏度分析法直观地筛选出影响系统小干扰稳定性的关键因素。据此,从系统的设计角度出发,提出了风机并网系统参数的优化方案。结果表明,通过参数的优化,风机并网系统的稳定性得到了改善。     

直驱风力发电系统接入直流配电系统的小扰动稳定分析

近年来,随着直流技术的飞速发展以及风电接入电网的容量不断增加,风力发电系统接入直流配电系统成为消纳新能源发电的一种有效模式。文中构建了包含直驱风力发电系统的直流配电系统小扰动稳定模型,通过特征值和模态分析的方法获取了关键设备之间的振荡关系,重点分析了同步电机参数、锁相环控制参数以及DC/DC换流器控制参数对相关的系统运行模式的影响,以及风机侧与并网侧换流器之间的相互动态作用,其结果有助于直流配电系统多时间尺度振荡的分析。     

并网永磁直驱式风电系统的模态分析

为研究永磁直驱风电系统（PMSG）并网后自身的稳定性问题,进行了并网风电系统的模态分析。建立了适用于系统小扰动稳定分析的PMSG风电系统模型,研究了并网风机无穷大系统的模式特性。采用特征值法分析了轴系模型、轴系刚性参数、运行点、并网距离对并网风电系统模式的影响。并在PSCAD/EMTDC上建立了相应的非线性模型,利用Prony方法对输出功率曲线进行模式识别,验证了模态分析结论。研究从模态分析的角度说明了轴系双质块建模的重要性,以及上述参数对并网PMSG稳定性影响的相关结论,结果有助于了解并网PMSG风电系统稳定性问题的本质。     

微网的小扰动建模及动态特性分析

主要研究了3节点微网的小干扰稳定性,该微网由光伏发电、风力发电、储能蓄电池、阻感负载和感应电动机负载组成.建立了微网系统完整的小扰动模型,利用该模型分析一个算例系统的小干扰稳定性,利用特征模态的参与因子分析状态变量与振荡模态之间的关联程度,用特征值轨迹法调整控制器参数以提高系统的小干扰稳定性.最后在PSCAD/EMTDC中搭建完整的仿真模型,对光照强度突升和风速突降的情况进行仿真,验证了小扰动建模和分析的正确性.     

永磁直驱同步风电系统并网运行仿真

针对永磁直驱同步风电机组(D-PMSG)并网问题,构建了经背靠背双PWM全功率变流器并网的D-PMSG仿真模型,包括电网电压正常情况下的稳态并网模型和电网电压跌落情况下的并网模型.在系统稳态并网时,运行于最优功率模式,控制逆变器运行于单位功率因数,使风电场有功出力最大;在电网电压跌落时,系统运行于无功补偿模式,为电网提供无功支持,提高系统低电压穿越能力.仿真结果表明所建立的D-PMSG模型不但可以实现最优功率并网而且具有良好的低电压穿越能力.     

包含风电场电力系统的小干扰稳定分析建模和仿真

为了研究风电场和电力系统相互作用的稳定性,提出一种用于小干扰稳定分析的风力发电机组的数学模型.应用该建模方法对风电场接入无穷大系统和接入三机系统的两种情况进行了计算,研究了风电场接入系统后影响系统小干扰稳定性的因素.算例分析表明,与风电机强相关的振荡模式有着很好的阻尼;与电力系统相连时,风电场对与大系统中其它同步发电机强相关的振荡模式影响很小.该建模方法为包含风电场电力系统的小干扰稳定分析提供了理论依据和实用工具.     

光伏并网系统小信号动态建模及控制参数灵敏度分析

现有光伏并网系统小信号稳定性分析中,通常对逆变器采用理想建模,没有考虑控制参数对小信号稳定性的影响。为准确分析光伏并网系统的动态性能,建立了两级式三相并网光伏系统的小信号动态模型,主要包括两个子模型：主电路模型和MPPT、电压电流双闭环控制系统模型。利用该模型计算了控制系统参数对并网系统特征值的灵敏度,分析了各个控制参数对系统小干扰稳定性的影响。分析结果表明,通过合理地选择控制参数可以改善系统的小干扰稳定性,为控制器的优化设计提供理论依据。     

直驱永磁型风电系统的小扰动稳定性分析

建立了基于双PWM变换器的直驱永磁型风电系统的小扰动稳定性分析数学模型,研究了风电系统并网后参数变化对电力系统稳定性的影响,得到了一些有意义的结论;为保证风电系统最大功率输出,风力机采用了最大功率点跟踪控制策略;研究了机侧和网侧变换器控制结构;利用Matlab建模仿真,对系统在不同参数条件下进行了时域分析.仿真结果表明...     

基于阻抗比判据的永磁直驱风力发电系统并网稳定分析方法

考虑永磁直驱风力发电系统(Permanent Magnet Synchronous Generator, PMSG)的动态特性,提出一种基于阻抗比判据的PMSG并网稳定性分析方法,以提高PMSG并网稳定分析的准确性。首先,基于阻抗比稳定分析原理,推导含变换器系统的并网稳定判据。然后,考虑PMSG的动态特性,在建立状态空间方程的基础上推导出PMSG的小信号模型,进而推导PMSG的输出阻抗表达式,据此分析PMSG并网稳定分析方法且得出具体实现流程。最后,利用PSASP分别搭建含PMSG的简单系统和WSCC-9节点仿真系统。仿真结果验证了所提方法的有效性和准确性。     

基于Matlab/Simulink的永磁直驱风力发电机组建模和仿真研究

以永磁直驱风力发电机组为研究对象,建立了包括风力机、传动部分、永磁直驱发电机、矢量控制策略、最大风能捕获策略的整体数学模型;应用Matlab/Simulink工具,以建立的数学模型为基础搭建了永磁直驱风力发电机组仿真模型,并以两次阶跃风速为例对所建模型并网后运行特性进行了仿真研究。实现了永磁直驱风力发电机组的最大风能捕获和功率解耦控制,仿真结果表明,永磁直驱风力发电机组具有良好的运行特性,同时验证了所建模型的正确性和有效性。     

并联永磁同步风电机组小干扰稳定性分析

采用平均磁链定向控制多台永磁同步风电机组进而构造分频发电系统是未来陆上尤其是海上风电的汇集方案之一,但对该模式下多台风电机组间稳定性的研究鲜有文献涉及。针对此问题,基于特征值分析法,研究了平均磁链定向控制的永磁同步风电机组之间的小干扰稳定性。首先,基于高压大容量直驱式永磁同步风电机组的分频集电系统拓扑结构,建立了适用于小干扰稳定分析的风电系统的数学模型;其次,通过辨识振荡模态并分析模态参与因子确定了影响系统振荡的主控因素,通过绘制根轨迹分析了主控因素参数变化对系统振荡的影响,并发现系统振荡受发电机电感、电阻和直流电容参数的影响最大;最后,通过时域仿真验证了研究结论的正确性。     

直驱永磁同步风力发电系统的降阶模型研究

研究了适用于小干扰稳定分析的直驱永磁同步风力发电系统降阶模型.建立了直驱永磁同步风力发电系统的13阶详细模型;对于通过传输线接入无穷大母线系统的单个直驱永磁同步风力发电系统,应用特征值分析方法,保留其与主导特征值相关的状态变量,消去其它状态变量,将系统状态方程阶数降为4阶;再用时域仿真法,对降阶模型与详细模型的动态特性进行了比较.结果表明,提出的降阶模型与详细模型具有较好的一致性,也具有较高的精度.     

基于盖尔圆定理的三相并网逆变器系统稳定判据及稳定性分析

随着愈来愈多的并网逆变器接入电网,逆变器与电网之间的阻抗交互作用对系统的稳定可靠运行是一个潜在威胁。为此,开展对并网逆变器接入电网的稳定性研究具有重要的意义。建立了在dq坐标系下的三相LCL型并网逆变器小信号阻抗模型。该模型考虑了锁相环和电流环补偿因素对逆变器阻抗特性的影响,提高了模型的精度。在此基础上,对系统的稳定性进行理论分析,系统的稳定性判定具有重要的工程指导意义。为解决传统广义Nyquist稳定判据所需计算量较大、使用困难的问题,提出了一种基于盖尔圆定理的系统稳定性判据,在保证系统稳定的同时大幅降低了计算量,可以作为一种实用的系统稳定区域估算方法。仿真和实验结果与理论分析一致,验证了所提方法的正确性。     

并网光伏电站的动态建模与稳定性研究

研究了并网光伏电站动态数学建模与稳定性问题.首先,在考虑电站不同功率控制方式(比如最大功率跟踪控制、定功率控制等)的基础上,建立了可用于电力系统稳定性分析的并网光伏电站的动态数学模型.该模型用微分和代数方程组来描述,便于与表征电力系统动态行为的微分和代数方程组联立求解系统稳定性等动态问题.其次,提出了并网光伏电站在最大功率跟踪(maximum power point tracking,MPPT)控制方式和定功率控制(constant power control,CPC)方式下的系统稳定性判据,该判据仪由光伏阵列出口测量的电压和功率数据即可充分判断光伏电站系统的稳定性,为实施稳定性检测和控制提供了理论依据.最后以济南市某1.6Mw并网光伏电站为算例,验证了所建光伏电站动态模型和所提出的稳定性判据的正确性和可行性.     

小型风力发电并网逆变系统的研究

为了充分利用风能、提高小型风力发电系统对低风速风能的利用率,并考虑变换电路的电压利用率,采用带Boost变换器的两级式电压型并网逆变器,前级部分进行MPPT调节实现风能的最大功率跟踪;控制部分采用电压外环和电流内环分别进行PI控制,实现前后两个功率级控制上解耦和并网逆变器的双向功率流动.经过实验结果分析,输出电流能够较好地跟踪电网电压,输出电流波形平滑,输出波形符合要求,证明了该方法的可行性.该控制策略应用于小型风力发电系统可以极大提高风能利用率,提高对低风速风能的利用效率,对推广小型风力发电系统,充分利用可再生清洁能源具有重要的现实意义.     

不同类型风电机组对小干扰和暂态稳定性的影响

随着风电装机容量在电力系统中渗透率的逐步提高,其对电力系统的影响越来越明显。这样,就很有必要系统地分析风电机组对电力系统小干扰和暂态稳定性的影响,以便研究针对性措施。在此背景下,对3类常见的风电机组接入后的电力系统稳定性进行了系统的比较研究。首先给出了这3类风电机组的动态模型,之后以美国西部联合电力系统(WSCC)3机9节点系统为例,采用特征值分析和动态时域仿真方法,系统地比较了在同一母线接入异步风电机组、双馈风电机组、永磁直驱风电机组与接入同等容量同步发电机组对小干扰稳定和暂态稳定性的影响。研究结果表明,3类风电机组并网对小干扰稳定和暂态稳定性的影响程度均有所不同。