大型分布式电源模型化研究及其并网特性分析——（二）双馈风机专题

就大型双馈风机风电场各系统进行了模型化研究,确立了风机模型、整流电路、逆变电路、桨距控制系统等数学模型。基于这些模型,对大型双馈风机风电场风机输出功率特性,在复杂电网环境中的输出电压、电流特性进行了理论分析,并着重分析了大型双馈风机风电场在系统侧故障状态下的各种响应特性和其低电压穿越能力,以及输出谐波、电压波动等其他电能质量方面的问题。部分实验验证和仿真结果表明所建立的大型双馈风机风电场模型及其并网特性分析具备一定的正确性,为国家今后新能源战略提供了一定的理论基础和并网指导。     

基于EMTP-RV的电网短路故障对风电场运行的影响研究

分析风电场并网运行时公共连接点母线的电压波动是由风电场输出的有功功率变化引起的.从异步电机作为负荷的等效电路出发,研究由双馈式异步发电系统构成的风电场单机等值模型.搭建由双馈风电机组构成的风电场的电力系统模型,分析了风电场并网运行特性.分析电网发生三相接地短路和单相接地短路故障时的风电场输出的有功输出、公共连接点母线无功电压波动以及系统频率的变化等暂态变化.     

恒电压控制下DFIG与SVG对电网电压的支撑研究

双馈风机（DFIG）能变速恒频运行,并具有一定的无功输出能力,已成为目前的主流发电机。DFIG虽然具备无功调压能力,但其能力有限,在电网遭受扰动情况下对风电场并网点电压的支撑能力不足。基于此,提出双馈风机采用恒电压控制,在充分利用机组无功调压能力的基础上装设SVG对风电场进行动态无功补偿,支撑风电场并网点电压。在分析双馈风机及SVG的数学模型基础上,采用空间矢量定向控制技术实现双馈风机的解耦控制和SVG输出无功的控制并得到两者的控制模型。根据得到的控制模型建立仿真模型,通过仿真验证了采用恒电压控制的双馈风机具备一定的调压能力,SVG与恒电压控制下的双馈风机相配合使得风机并网点电压在正常及故障下均得到显著改善。     

双馈风机机电暂态模型及规模化风光并网系统受扰特性

双馈风机是风力发电的主力机型之一,建立其机电暂态仿真模型,是研究规模化风电与电网交互作用的基础。首先依据风机有功功率和无功功率调节控制,以及风机与交流电网交互接口等不同功能划分,建立了双馈风机机电暂态仿真模型总体架构;详细解析了对应各功能的模型结构及关联关系,指明其特点和适用性。研究了风电场并网系统受扰功率特性,以及电压反馈控制、电压波动速率和波动幅度等因素对功率特性的影响。针对青海海西规模化风光新能源并网系统,提出利用风电场汇集线无功电源特性降低光伏低电压脱网威胁的措施,仿真结果验证了措施的有效性。     

风特性及尾流效应对双馈感应电机低电压穿越能力的影响

双馈异步风电机组并网低电压穿越能力普遍采用额定输入风速分析方法的精确度较低,为了使分析结果更加接近于实际工作情况,将风机之间的尾流效应以及不同风特性的影响考虑在内,建立风特性模型、风电场并网模型,仿真并分析了电网发生故障后双馈风机的低电压穿越能力并得到结论:幅值相同的渐变风、随机风、阵风分别作用于风电场,对有功功率输出的影响分别为最大、最小、振荡最剧烈。三者对无功功率、变换器直流环节电压的影响十分接近;尾流效应降低了下游风机的有功输出能力,但对整个风场来说提高了低电压穿越、无功补偿能力,并且减小了变换器直流环节电压的振荡。     

双馈风电机组锁相环动态主导的小干扰稳定极限

针对锁相环动态主导的并网双馈风电场小干扰稳定性问题,提出了一种双馈风电场小干扰失稳的判定方法。首先建立了单台双馈风机二阶线性化模型,其次根据单机等值模型将推导的二阶线性化模型推广至并网双馈风电场。最后依据劳斯-赫尔维茨定理（the Rausch-Hurwitz theorem）推导出锁相环动态主导的并网双馈风电场小干扰稳定极限,解释了风机有功出力、电网连接强度、锁相环控制参数及风机数量对锁相环动态主导的并网双馈风电场小干扰稳定的影响规律及内在机理。结果表明,有功出力增加、系统连接强度变弱及控制参数设置不当会对系统小干扰稳定性产生不利影响。以15台双馈风机构成的并网双馈风电场为例验证了所提小干扰稳定性极限的正确性和有效性,并且不需要建立风电场的全阶模型,减小了计算量。     

基于VSC-HVDC的双馈式变速恒频风电机组启动及并网控制

启动控制是双馈式变速恒频风机可靠并网运行的基础,同时柔性直流输电技术作为最具技术经济性的风电场并网方式,其工程应用日益广泛。该文分析了双馈式变速恒频风机的柔性直流并网控制,提出一种基于定子磁链定向和转子电流闭环控制的双馈式风机启动控制,以抑制并网过程中的冲击电流。为实现风电场稳态运行,设计风场侧模块化多电平换流器无源电压跟随控制器,使其在风机并网过程中呈现理想电压源特性;该控制策略无需检测风电场物理量,只在换流器本地即可实现。在PSCAD/EMTDC环境下进行49电平柔性直流风电并网仿真分析,并进行了现场试验,仿真和试验结果验证了所提出的风电场经柔性直流启动及并网控制策略的正确性。     

新型混合高压直流输电技术在海上风电场并网中的应用

对由双馈风电机组组成的海上风电场采用混合高压直流输电技术并网时风电场内部的电压和频率控制进行了研究。混合高压直流输电系统由双桥十二脉波不控整流换流器(DBC)、模块化多电平换流器和高压直流输电线路组成。首先,通过深入的理论分析阐明当由双馈风电机组组成的海上风电场采用混合高压直流输电技术并网时,风电场内部的电压可以自动维持在一个合适的范围内并随双馈风电机组输出有功功率的变化而变化。在此基础上,设计了双馈风电机组转子侧换流器的控制器以实现对风电场内部交流系统频率的控制,同时实现了双馈风电机组输出有功功率的最大功率点跟踪。为防止岸上公共连接点发生三相接地短路故障时基于DBC的高压直流输电系统发生过电压,设计了故障时双馈风电机组的控制策略。最后,对建立的采用混合高压直流输电技术并网的海上风电场模型进行了数字仿真,仿真结果验证了理论分析的正确性和所提出控制策略的有效性。     

双馈风力发电机斜率控制特性分析

针对并网运行双馈风力发电机斜率控制系统结构及控制特性进行了分析。考察了控制系统对周边电网的影响。并进行电压骤降下的机电暂态特性动态仿真分析,姑果表明：双馈风力发电机在电压骤降下能够维持稳定的功率输出,有功功率输出减小,无功功率输出增加,但在双馈风机在运行所允许的范围内变化;同时在定转子功率交换过程中直流电压能够保持恒定值,系统稳定运行;此外,在电压骤降消失后．风机能够调节有功功率和无功功率输出,在机纽允许的功率输出范围内恢复初始运行状态;最后,双馈风机的斜率控制器应该合理进行选取,斜率过大将造成系统的低频振荡。     

湍流对风力发电机输出功率影响的研究

针对风电场中湍流对风能捕获和风力发电的影响,依据“湍流圆”模型、空气动力学模型与经典的湍流强度表达式,反向推导因湍流影响而导致风能捕获的损失.以双馈式感应发电机为例,对其并网功率输出与理论风机功率输出进行比较,分析湍流时风机功率输出曲线变化;利用风电场的实际湍流强度值,通过Fluent软件仿真风机运行情况,证明在湍流影...     

风电场接入系统静态电压稳定研究

大型风电场并网运行将会影响电力系统的电压稳定性。分别就两种主流风机（即普通异步发电机和双馈感应电机）风电场接入系统的静态电压稳定问题进行了研究。首先简要介绍了文中分析静态电压稳定问题的方法,即连续潮流法。然后分别建立了两种主流风机的稳态数学模型,分析了两种风电场静态电压稳定的特点。最后通过算例仿真,分析了影响风电场静态电压稳定的主要因素,比较了不同风机类型对风电场静态电压稳定的影响。     

大型分布式电源模型化研究及其并网特性分析——(一)光伏电站专题

就大型光伏电站各系统进行了模型化研究,确立了光伏电池、逆变器、控制系统的数学模型.基于这些模型,对大型光伏系统光伏电池组输出功率特性,在复杂电网环境中的输出电压、电流特性进行了理论分析,并着重分析了光伏电站在系统在故障状态下的各种响应特性和其低电压穿越能力,以及输出谐波、电压波动等其他电能质量方面的问题.部分实验验证和仿真结果表明所建立的大型光伏电站模型及其并网特性分析具备一定的正确性,为国家新能源战略提供了一定的理论基础和并网指导.     

海上风电场柔性直流送电并网控制研究

针对大型风电场并网难题,分析了适合大型海上风电场送电并网方式。针对应用柔性直流方式送电并网方式,研究了柔性直流输电系统的数学模型和控制策略。应用变速恒频风机的海上风电场随风速变化而功率输出变化,海上换流站的控制需要保持电压频率稳定,根据其暂态方程提出了改进的直接电压控制来控制风电场母线电压频率。对电网侧换流站采用双闭环直接电流控制,控制直流电压和无功。基于PSCAD/EMTDC仿真平台搭建了海上风电场等效模型以及通过柔性直流送电系统仿真模型,对风电场风速变化、当地负荷切入以及无功指令变化进行了仿真,验证了控制策略的正确有效。     

近振荡中心规模化风电对电网阻尼特性的影响

大扰动冲击后,电网中振荡中心的电压变化幅度大、幅值跌落低,受此影响,其近区风电场功率会出现显著波动,从而加剧风电场与电网交互作用。基于通用电气双馈风机机电暂态仿真模型,分析了并网电压U_s低频跌落与回升过程中,风电场并网系统暂态功率特性,以及不同控制方式对其影响;基于等面积原理,分析了等值电纳B_w的3种典型受扰U_s-B_w轨迹对振荡的影响,并据此揭示了风电场并网系统对电网振荡阻尼的作用机制。通过蒙东外送电网大扰动时域仿真,验证了沽源风电并网系统提升电网振荡阻尼的作用,以及优化风机控制方式增强阻尼能力的效果。     

含STATCOM的双馈电机风电场无功电压协调控制策略

为增强风电场并网点电压稳定性,提出了变速恒频双馈风电场与动态无功补偿装置STATCOM间的无功电压协调控制策略。电网故障导致风电并网点不同深度的电压跌落时,根据双馈风机Crowbar保护投切状态,对DFIG风电机组转子侧及网侧变流器与STATCOM进行无功功率分配,协调控制促进风电场LVRT期间风电并网点电压的快速恢复。最后,在DIg SILENT/Power Factory仿真软件中建立了风电场和STATCOM控制模型,通过仿真验证该控制策略的有效性。     

STATCOM对大型双馈风电并网系统稳定性改善的研究

对大型风电场中所常采用风机类型的优缺点进行分析,选取以双馈风力发电机为研究对象,提出采用基于三电平PWM控制的STATCOM控制来解决风扰动工况下大型双馈风力发电场并入系统稳定性问题,以PSCAD/EMTDC仿真平台建立仿真模型,由实际运行工况仿真结果分析,验证出了STATCOM对提高大型双馈风力发电场并网系统的稳定性具有很好的作用。     

基于Matlab的双馈风机并网系统仿真分析

以双馈风机并网系统为研究对象,利用Matlab/Simulink搭建了双馈风机并网系统的仿真模型,并分别针对不同类型风速的场景和电网侧发生不同类型故障的场景进行了仿真分析。仿真结果验证了所搭建模型的正确性,该模型可为研究双馈风机并网运行动态特性提供有效的分析工具和验证手段。     

无功与电压控制方式对双馈风机轴系的暂态稳定性影响

针对双馈风电场的不同控制策略对轴系暂态特性的影响,提出了基于PI控制的双馈风电机组转子侧的有功、无功、电压控制策略。搭建双馈风机系统等效二质量块数学模型。在Matlab/simulink搭建了某风电场的电力系统仿真模型,对无功、电压控制模式下轴系暂态运行工况进行仿真,验证了所提控制策略的正确性与有效性。     

计及风机无功约束的电压稳定性分析

应用PV曲线法对基于双馈感应风力发电机组(doubly-fed induction generator,DFIG)风电场的静态电压稳定问题进行研究,提出基于分岔理论的方法来分析考虑双馈风机无功限制影响的风电场静态电压稳定裕度情况。通过含有双馈风电机组的风电场的IEEE30节点算例进行仿真研究,对比分析了不同无功极限对系统电压稳定裕度的影响,仿真结果表明考虑双馈风机功率极限对电压稳定裕度有一定的影响且影响分岔类型。DFIG的无功极限下系统的分岔类型不同,对风电接入系统的裕度影响不同。考虑DFIG发生的不同分岔可以更真实揭示系统的失稳原因和提供实际裕度。     

双馈风电场串补送出系统次同步振荡及参数调整分析

针对双馈风电场经串补送出系统存在次同步振荡(sub-synchronous oscillation，SSO)问题，基于三相静止坐标系建立了考虑PLL的双馈风机正负序阻抗模型，并从带宽角度分析了转子侧变流器外环控制对阻抗特性的影响，对理论推导阻抗特性和频率扫描结果进行了对比验证；然后，分析双馈风电机组网侧变流器对风机总阻抗的影响；最后，基于奈奎斯特稳定判据定量分析了风机出力、电流环控制器控制参数、系统串补度以及风机台数等因素对送出系统稳定性及振荡频率、振荡风险大小的影响，并提出了抑制次同步振荡的参数调整措施，可以通过调整风机出力、减少并网风机台数、减小线路串补度、调节RSC电流环参数等措施来抑制SSO风险。