静止无功发生器对双馈风电场高频振荡的影响

双馈风电场中静止无功发生器(static var generator, SVG)的接入易引发系统产生高频振荡现象,威胁风电场的安全稳定运行。针对这一问题,首先建立了包含双馈风电机群、集电线路和SVG的高频阻抗模型,同时,在PSCAD/EMTDC中搭建了包含4条风电机群链路、集电线路与SVG的双馈风电场仿真模型,通过阻抗扫描与理论阻抗对比,验证了所建立的双馈风电场高频阻抗模型的准确性;然后,分析了双馈风电场的高频振荡现象,探究了SVG系统参数对双馈风电场高频振荡特性的影响,研究结果表明：SVG延时、内环控制参数与滤波电感是影响SVG高频振荡特性的关键因素;最后,通过仿真验证了理论分析的正确性。     

双馈风电场等值阻抗模型在高频振荡研究中的适用性分析与评价

目前在对风电场高频振荡的研究中,风电场普遍采用等值阻抗模型,然而对于等值阻抗模型在高频段的适用性需要进一步分析与评价。针对这一问题,该文以双馈风电场为例,首先建立风电场中包含双馈风电机组、链路出口处电缆与风电机组间集电线路的链路详细高频阻抗模型。然后,采用常规等值方法聚合风电场,获得等值高频阻抗模型。进而,在同一链路不同风电机组之间控制延时、电流内环控制参数、网侧滤波器等关键参数存在差异的场景下,采用振荡频率相对误差、高频段相位均方根误差两个指标综合评价等值与详细风电场高频阻抗模型的一致性,并研究考虑与忽略风电机组间集电线路对等值高频阻抗模型适用性的影响。结果表明,风电机组间集电线路对风电场等值高频阻抗模型的适用性有较大影响;然而,在考虑风电机组间集电线路的影响后,同一链路不同风电机组的关键参数存在差异时对风电场等值高频阻抗模型的适用性影响较小。最后,在PSCAD/EMTDC仿真平台上搭建双馈风电场的仿真模型,通过仿真验证理论分析的正确性。文章所得结论可以为研究规模化风电场高频振荡现象提供等值模型的适用性参考依据。     

限幅参与的双馈风电接入的系统次同步振荡近似阻抗分析

针对限幅环节饱和引发的次同步振荡问题,现有理论研究,主要集中在并网电压源换流器(voltage sourced converter,VSC)系统,而对双馈风电系统的限幅影响理论分析,鲜见报道。为此,以双馈风机(double-fedinductiongenerator,DFIG)与静止无功发生器(static var generator,SVG)为主要研究对象,结合限幅对于阻抗的影响,采用谐振法近似分析限幅参与的次同步振荡现象,有别于以往,说明了其振荡机理为限幅饱和导致的系统阻抗特性变化。具体地,首先,介绍了含SVG的双馈风电系统及其限幅环节,以及由限幅饱和引发的次同步振荡现象;其次,结合描述函数,建立了含限幅的简化双馈风电系统的阻抗模型;再次,结合考虑限幅的阻抗模型,揭示了限幅参与的次同步振荡的机理,即SVG限幅饱和时,双馈风电系统阻抗由原来的正电阻特性变为负电阻特性,从而引发了次同步振荡。最后,分析了保留/去除限幅时,不同限幅值和其他控制参数对限幅参与的系统阻抗特性以及次同步振荡特征的影响。     

基于实测数据的双馈风电场集电线路时域距离保护

基于傅里叶算法的传统距离保护在用于双馈风电场集电线路时,受风电系统故障特性及过渡电阻的影响,会导致保护不能正确动作。提出了不受频率影响且具有抗过渡电阻能力的时域距离保护方法,通过分析双馈风电场发生故障后的短路电流特性,解析推导了离散傅里叶算法提取基频分量及过渡电阻产生的测量阻抗误差表达式,进一步分析了双馈风机短路电流特性对传统距离保护的影响。根据云南某风电场实测录波数据,对风电接入系统故障及风电场传统距离保护在双馈风电场集电线路上的动作特性进行分析,并对集电线路参数进行参数辨识。结果表明,时域距离保护不受风电场侧短路电流特性的影响,提高了集电线路距离保护的动作可靠性。     

无锁相环直接功率控制下双馈风电与VSC-HVDC互联系统高频振荡抑制技术

随着风电和柔性高压直流输电的快速发展,风电大规模接入柔直输电的互联系统会面临宽频带的振荡问题。基于无锁相环直接功率控制的双馈风电系统可以去除锁相环,以降低锁相环带宽内的失稳风险,但其宽频带频率耦合特性会影响风电系统高频阻抗。针对无锁相环直接功率控制的双馈风电与电压源型高压直流输电系统(voltagesourceconverter based HVDC,VSC-HVDC)高频稳定性问题,首先根据相序阻抗模型分析控制延时对系统高频阻抗的影响规律;进一步地,基于VSC-HVDC阻抗模型和双馈风电场等效单输入单输出阻抗模型研究了互联系统高频谐振发生机理,并提出基于延时消除的双馈风电系统阻抗重塑方法,避免因延时引发的高频谐振。仿真验证了研究内容的正确性。     

含SVG的直驱风电场高频振荡分析及抑制策略

静止无功发生器(static var generator, SVG)与直驱风电机组(direct-drive permanent magnet synchronous generator, PMSG)相互作用引发的高频振荡威胁到直驱风电场的安全稳定运行。针对这一问题,文章首先建立含SVG的直驱风电场高频阻抗模型,分析高频振荡的形成机理;推导了SVG负阻尼区间的频率分布并分析了系统振荡稳定性,据此得出系统控制参数的稳定取值范围;然后基于振荡机理,提出了一种基于电流反馈的附加阻尼控制方法,通过SVG高频相位补偿实现对风电场高频振荡的有效抑制,并进行了控制参数整定;最后,在MATLAB/Simulink平台搭建直驱风电场电磁暂态仿真模型,验证了振荡分析方法和附加阻尼控制策略的有效性。     

撬棒电路对风电场侧联络线距离保护的影响及对策

针对集中送电的双馈风力发电系统,将低电压穿越措施与风电场的弱馈特性相结合,对风电场的故障特征进行分析。指出撬棒电路的投入会增大风电场的正负序阻抗,尤其是正序阻抗,从而使风电场的弱馈程度增强。进而分析了撬棒电路对风电场联络线距离保护的影响,指出撬棒电路的投入和风电场的弱馈特性可能导致故障选相装置误选相及某些阻抗继电器的计算精度降低,并提出了相应的改进措施。最后,建立了双馈风电场并网仿真模型,仿真结果验证了理论分析的正确性。     

直驱风电场中SVG电压前馈阻抗重构抑制次/超同步振荡方法

直驱风电场在中低频段内呈现负阻值容性的阻抗外特性,当接入呈感性的弱电网时会相互耦合引起次/超同步振荡,不利于新能源的稳定消纳与电网的安全运行。为抑制风电场的次/超同步振荡,提出一种直驱风电场中静止无功发生器(SVG)阻抗重构控制方法。通过在风电场中的SVG控制系统内加入带通滤波器的电压前馈控制进行阻抗重构,提高风电场并网稳定性。利用谐波线性化方法,建立含所提阻抗重构控制SVG的直驱风电场序阻抗模型。基于所建立的阻抗模型和所提出的阻抗稳定性判据,对比分析未采用SVG阻抗重构控制和所提控制方法的直驱风电场的稳定性。结果表明当采用所提控制方法时,风电场在40~100 Hz频段内呈现正阻值特性,且降低了系统的容性特性,抑制了风电场次/超同步振荡,同时可以改善风电场中因并网风电机组数量增加所带来的振荡问题。最后,通过仿真验证了所提方法对抑制风电场次/超同步振荡的有效性与正确性。     

双馈风电场经柔直并网系统次同步振荡机理及特性分析

双馈风电场经柔直接入交流电网可能成为未来"三北"地区大规模风电外送的输电方式。但是双馈风机与柔直系统之间的相互作用存在引发次同步振荡的风险。为此,该文在建立双馈风电场经柔直接入交流电网的系统等值模型的基础上,通过阻抗法分析次同步振荡产生的机理;研究风电场并网机组台数、风速、负荷等因素对次同步振荡特性的影响;同时引入变流器控制器参数的灵敏度指标,分析各控制器参数对系统虚拟阻抗的影响。结果表明,特定运行条件易引发系统的次同步振荡,双馈风电机组在次同步振荡频率上表现出"负电阻、感性电抗"性质,与柔直风场侧变流器("正电阻、容性电抗")构成等效的负电阻谐振电路,并因负阻尼效应引起系统的次同步振荡;最后仿真验证理论分析的正确性。     

高频扰动下的双馈风机系统频率响应及其振荡风险分析

随着大量电力电子设备接入电力系统以及双馈风机的应用,发生在直流外送系统中的高频振荡问题受到广泛关注。为此,开展了高频扰动下双馈风机系统的频率响应及其振荡风险研究。一方面,通过仿真分析验证了高频扰动下双馈风机系统存在类似次同步扰动下的多频率响应,揭示了高频扰动下双馈风机并入系统的多频率特性;另一方面,采用扫频法和阻抗法分析了200~1 100 Hz频段内双馈风机系统的阻抗频率特性,验证了基于简化模型的阻抗法分析高频振荡风险的有效性,并初步评估了特定参数下的双馈风机系统高频振荡风险。     

考虑SVG控制模式的风电场系统中频谐振分析与抑制

目前对集群风电场谐振的研究多集中于次同步与高频谐振问题,缺乏对含静止无功发生器(SVG)的集群风电场中频谐振机理的深入探索。针对空载线路投入导致的风电场区域系统中频谐振问题,根据谐波线性化理论,分别建立定功率因数控制与恒无功控制模式的SVG序阻抗模型以及直驱风机序阻抗模型。采用阻抗分析法,发现SVG采用定功率因数控制将扩大风电场区域系统中频负阻尼范围,增加风电场区域系统发生中频谐振的风险,因此提出一种基于SVG电压前馈施加低通滤波器的谐振抑制措施,实现对风电场区域系统的阻抗重塑,以减小风电场区域系统负阻尼区间。最后通过仿真验证了理论分析和所提谐振抑制措施的正确性。     

电气化铁路接入风电汇集地区电网的负序优化补偿策略研究

随着我国西部地区风电场规模的不断增大且电源接入点稀少，导致牵引所和风电场的耦合度较高，电铁面临的负序问题更加严重。因此，计及双馈风电场的主动补偿能力，提出了一种电气化铁路接入风电汇集地区电网的负序优化补偿策略。首先，建立了电气化铁路牵引变电所和双馈风电场的负序阻抗模型，牵引变电所包括V/v接线牵引供电系统和静止无功发生器(static var generator, SVG)。其次，分析了V/v接线牵引供电系统的负序特性，推导了计及风电场主动补偿能力的负序传播模型。然后，给出了双馈风机(doubly-fed induction generator, DFIG)的剩余容量计算方法，提出了协同控制SVG与双馈风电场的负序优化补偿策略。最后，基于Matlab/Simulink仿真平台，验证了补偿策略的正确性和有效性。对比传统的电气化铁路负序补偿策略，该补偿策略能有效降低SVG实际补偿容量，提高装置运行年限。     

含双馈风电场的互联电力系统虚拟惯量与虚拟阻尼协调控制方法

风电场的大规模接入会同时降低互联电力系统的相对惯性和阻尼,虚拟同步发电机(VSG)技术能够有效支撑电网频率,目前对VSG技术虚拟阻尼方面的研究成果较少。为了更有效地利用VSG虚拟阻尼,进一步提升高风电渗透率电力系统的稳定性,推导了VSG控制器参数与虚拟惯量、虚拟阻尼之间的数学关系,针对VSG虚拟惯量与虚拟阻尼调节存在的矛盾,提出一种结合系统主导振荡模式在线辨识和粒子群优化算法的VSG控制器参数协调控制策略。最后通过含双馈风电场的两区域互联电力系统仿真模型验证了所提控制策略的有效性,仿真结果表明所提控制策略可实现系统频率稳定性和功率稳定性的综合优化。     

双馈风电并网系统高频谐振机理及抑制策略

双馈风电机组并网时,由于机网相互作用可能会发生高频谐振,造成巨大的经济损失。针对该问题,首先,综合考虑机侧变流器和网侧变流器的影响,建立双馈风电机组的阻抗模型,并考虑风机接入电网时所采用的不同补偿方式建立双馈风电并网系统阻抗模型,通过绘制和分析阻抗频率响应曲线,揭示双馈风电并网系统高频谐振的产生机理;然后,借鉴光伏逆变器高频谐振抑制的思想,在机侧变流器和网侧变流器原有控制策略中附加阻尼控制环节进行阻抗重塑,以实现风电并网系统高频谐振的有效抑制;最后,通过仿真验证了所提策略的合理性与有效性。     

风电场站单机聚合模型倍乘元件阻抗参数设计

现有较大规模风电场站等值模型中常采用倍乘方式实现机组聚合,以节省建模与仿真计算等资源。针对风电场站单机聚合模型倍乘元件在风电场建模中应用广泛、参数设置缺少规律性的现状,对倍乘元件阻抗参数在风电场等值建模中的影响展开研究。首先,以PSCAD软件官网的经典倍乘元件入手,分析各个自定义阻抗参数间的关系与重要程度。其次,搭建风电场基准测试模型并展开等值聚合,通过参数遍历测试,研究倍乘元件阻抗参数对等值误差的影响机理,依据稳态运行点等值误差、仿真步长两个方面的限制,提出倍乘元件阻抗参数选择方法。最后,选取稳态运行点、三相电压跌落、宽频振荡3个工况,对影响机理与推荐参数展开验证。从等值误差的角度,对大型风电场建模仿真中倍乘元件阻抗的参数设计提供了参考建议。     

双馈风电短路电流特性对距离保护的影响分析

双馈风电机组短路电流特性不同于传统同步电机,给继电保护算法和原理带来新的问题。解析推导了转速频率分量使全周傅里叶算法产生计算偏差的表达式,进一步分析了双馈型风电机组短路电流对全周傅里叶算法的影响,并通过仿真论证了理论解析的正确性。同时考虑到风电场一般具有较强的弱馈性,以距离保护为例,考虑不同类型接地故障并计及过渡电阻,对风电场侧送出线距离保护测量阻抗进行了机理分析,并辅以DIgSILENT仿真验证,分析了双馈风电短路电流中的转速频率分量以及风电场弱馈特性对送出线距离保护的影响,揭示了转速频率分量对于距离保护测量阻抗的影响规律。所得结论可为风电接入系统的保护与配置提供参考。     

计及频率耦合特性的LCC-HVDC送端系统阻抗建模与稳定性分析

随着双馈风电和高压直流输电(high-voltage direct-current,HVDC)在电力系统中的比例越来越大,电网换相换流器型HVDC(line-commutated converter based HVDC,LCC-HVDC)与双馈风电场、弱电网互联时会存在交互稳定问题,且振荡频率会呈现频率耦合特征。针对LCC-HVDC整流站存在的频率耦合现象,采用3-D傅里叶变换建立阻抗模型,分析LCC产生频率耦合现象的机理,进行各个影响因素对LCC频率耦合程度的敏感性分析。最后,研究频率耦合特性对LCC整流站、双馈风场、弱电网互联系统稳定性分析的影响,并通过时域仿真验证所得结论。     

含SVG直驱风电场降阶模型与宽频振荡抑制措施研究

在直驱风电机组状态空间模型、SVG状态空间模型的基础上,建立了含SVG直驱风电场并网系统降阶状态空间模型;分析发现直驱风电场内SVG可能引起宽频振荡。为了抑制含SVG直驱风电场内宽频振荡,提出了含SVG直驱风电场宽频振荡阻尼控制器设计方法。基于降阶状态空间模型,以目标振荡模式的阻尼比为目标函数,通过优化算法整定控制器参数。最后对含SVG直驱风电场并网电力系统进行了模态分析和时域仿真分析,验证了宽频振荡阻尼控制器设计方法的有效性。