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。     

考虑励磁的DFIG静止坐标系输入阻抗的频域建模与时变特性研究

双馈风力串补输电系统的次同步谐振呈现频率时变特性,机理虽已有研究但尚需进一步阐释。双馈风机静止坐标系输入阻抗模型可物理意义明确地解释该现象,但已有模型并未考虑励磁。为此,利用小信号分析和谐波线性化法,在定子侧三相静止坐标系下,考虑励磁并计及扰动相序,采取逐层增加考虑因素的方法,该文建立考虑转子电流控制器和锁相环的双馈风机输入阻抗频域模型,给出阻抗的解析公式和等效电路拓扑,并解释锁相环作用的物理意义。从阻抗角度引入双馈风力串补输电系统的稳定判据,在分析输入阻抗及系统稳定性的影响因素后,研究并讨论双馈风机输入阻抗的时变特性,进而阐明双馈风力串补输电系统的次同步谐振频率时变的物理机制。PSCAD平台上搭建的双馈风力串补输电系统仿真验证了所建模型及衍生结论的正确性。     

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。     

基于转子侧双环阻尼控制器的双馈风电场次同步谐振抑制策略

近年来,在大规模风电集中接入电网系统中串补引起的次同步谐振问题引起了广泛关注,同时包含大量电力电子设备的高比例新能源系统使电网运行更为复杂。对双馈风机并网运行的振荡机理进行了分析,基于定转子转矩分析法提出一种转子侧双环阻尼控制器,为包含串补的双馈风机接入电网系统提供正阻尼,对可能产生的次同步谐振发挥抑制作用。同时提出一种双馈风电场次同步谐振的部分机组抑制策略,通过对一定比例的双馈风机装设阻尼控制器来抑制整个风电场的次同步谐振。在PSCAD上将风电场中的风机按照是否添加阻尼控制器分为两个群体,以不同功率输出比例的两台双馈风机来模拟,其中一台添加阻尼控制器,考察不同风况下该机组对次同步谐振的抑制作用。仿真结果表明:双馈风机转子侧双环阻尼控制器对次同步谐振具有较好的抑制作用,双馈风电场中一定比例的机组添加阻尼控制器对抑制整个风电场次同步谐振的策略是可行的。     

基于变流器改进控制的双馈风电机组SSO抑制方法

针对双馈风电机组经串联补偿电网运行时发生的次同步振荡问题,建立了双馈风电机组统一导纳模型,并根据变流器控制特点,进一步研究了抑制次同步振荡的策略。基于d-q坐标系下双馈风电机组统一导纳模型,利用广义奈奎斯特判据分析了双馈风电串补输电系统次同步振荡的主要影响因素,研究了在转子侧变流器上采用定子电流扰动反馈,在网侧变流器上利用网侧变流器电流扰动反馈的附加阻尼控制策略。比较分析了在转子侧变流器和网侧变流器上同时附加阻尼控制对次同步振荡的抑制效果,结果表明同时附加阻尼控制在串补度较高的情况下也能抑制次同步振荡。最后,通过仿真验证了所建模型及理论分析的正确性。     

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。     

基于频率扫描的双馈风电机组次同步控制相互作用分析

双馈风电机组中存在较多与次同步振荡频率范围耦合的控制环路,容易引发控制环路与线路串联电容补偿之间的次同步控制相互作用(SSCI)。其中双馈风电机组转子侧内环比例参数对SSCI影响显著,但由于其稳定阈值较小,在抑制SSCI时的可调范围有限,因此有必要探寻控制环路中的其他参数对SSCI的影响。在建立完善的含双馈风电机组控制环路的并网系统阻抗模型的基础上,通过波特图与灵敏度分析详细对比控制参数对系统阻抗的影响大小,采用频率扫描法揭示了控制参数对系统阻抗的影响机理。结果表明:转子侧内环积分参数直接影响系统的谐振频率与线路的临界串联电容补偿度大小,积分参数的减小能够增加比例参数的可调范围,从而有利于降低并网系统发生SSCI的风险。     

双馈风电机组附加阻尼控制器与同步发电机PSS协调设计

针对大规模双馈风电机组接入电力系统后的区间低频振荡问题,提出了一种协调双馈风电机组附加阻尼控制器和同步发电机电力系统稳定器(PSS)的设计策略。首先,考虑风电机组的机械部分、电气部分和控制结构,建立了双馈风电机组的机电暂态模型和附加阻尼控制器模型。在闭环电力系统线性化模型的基础上,提出利用动态指标值的优化模型来协调整定双馈风电机组附加阻尼控制器和同步发电机PSS的控制参数,并使用粒子群算法求解优化模型的全局最优解。最后,通过2个标准仿真系统算例,对比传统的阻尼控制器设计策略,验证了所设计策略的有效性和实用性。     

双馈风机次同步相互作用研究

分析了产生谐振的条件及机理.根据某风电场提供的实际参数,利用PSCAD建立1.25 MW双馈风力发电机模型用于次同步振荡分析,采用时域仿真分析了系统的次同步谐振频率随串补度的变化及其对双馈风机电流和功率的影响.通过对比某风电场脱网故障时的录波监测数据,验证了风电机组次同步振荡分析模型的准确性,为风电机组的次同步振荡控制提供了分析基础.     

双馈变速风电机组频率控制的仿真研究

双馈变速风电机组采用双脉宽调制（PWM）变流器实现电磁与机械的解耦控制，这也使得双馈变速风电机组对系统频率变化的响应降低。文中以双馈变速风电机组模型为基础，根据双馈变速风电机组控制特点和控制过程，在电力系统仿真软件DIgSILENT/PowerFactory中增加了频率控制环节，在系统频率变化时，双馈变速风电机组通过释放或者吸收转子中的一部分动能，相应增加或者减少有功出力，实现了风电机组的频率控制。仿真结果证明了频率控制环节的有效性和实用性，并证明了通过增加附加频率控制环节，风电场能够在一定程度上参与系统频率调整。     

无锁相环直接功率控制双馈感应发电机系统阻抗建模和稳定性分析

随着新能源渗透率的日益升高,基于双馈感应发电机(double fed induction generator,DFIG)的风力发电机组在电力系统中的比重越来越大。无锁相环直接功率控制(direct power control,DPC)不仅可以提高DFIG的动态响应能力,而且可避免锁相环对功率控制动态性能的影响。针对基于无锁相环DPC的DFIG系统接入弱电网下的稳定性问题,该文通过建立无锁相环DPC的DFIG系统阻抗模型,分析了其频率耦合特性及其对稳定性的影响,进而构建等效单输入单输出阻抗模型,实现控制参数和运行工况对系统稳定性的敏感性分析。最后构建仿真模型,对研究内容进行仿真验证。     

弱电网情况下双馈风电机组改进虚拟感抗控制方法

当前弱电网条件下双馈风电机组的运行稳定性问题受到广泛关注。在同步旋转坐标系下建立了综合考虑锁相环、转子侧电流环和功率环控制器影响的双馈风电机组等效输入导纳模型。在此基础上,结合广义奈奎斯特稳定判据分析了增大转子侧电感对系统稳定性的提升作用,由此提出在控制器中引入虚拟感抗提高系统稳定性的方法。相对于传统的直接在转子侧电流环中引入虚拟感抗,在设计基于虚拟感抗的控制器时,充分考虑锁相环耦合弱电网扰动对双馈风电机组运行稳定性带来的不利影响,提出了改进的控制方法。通过广义奈奎斯特判据证明了该方法能有效提高弱电网条件下双馈风电机组的运行稳定性。在MATLAB/Simulink中搭建了1.5 MW的双馈风电机组详细模型,通过仿真验证了所提改进控制器对提高系统稳定性的有效性。     

弱电网下双馈风电机组电网电压扰动补偿控制策略

针对弱电网下双馈风电并网系统的稳定性问题,文中提出了一种基于电网电压扰动补偿的双馈风电机组补偿控制策略。首先,在同步旋转坐标系下建立双馈风电机组,包括转子侧变换器和网侧变换器的统一阻抗模型。然后,基于所建立的阻抗模型分析了并网点电压扰动到控制器输出的传递关系,分别在转子侧电流环和网侧电流环引入了电压扰动补偿对变换器进行改进控制,并通过广义奈奎斯特判据证明了该方法能有效提高双馈风电机组在弱电网下的并网稳定性。理论分析表明,基于并网点电压扰动补偿的转子侧和网侧补偿控制能很好地改善双馈风电机组的输出阻抗特性,从而提高其在弱电网下的稳定性。最后,通过仿真分析验证了该补偿控制方法的有效性。     

无源高阶终端滑模控制双馈风力发电系统

为了简化双馈风力发电系统模型并且使得系统具有抗干扰的特性,依据无源性理论和滑模控制理论从能量和鲁棒性的角度研究了变速恒频双馈风力发电系统.首先建立了基于Euler La-grange (EL)方程的双馈风电系统数学模型,使得双馈风电系统分解为电气和机械两个无源子系统的反馈互联.在设计控制器时只需考虑电气子系统,而机械子系统是一个能量耗散系统,通过选择适合的参数可以保证稳定,因此简化了控制算法.针对速度环响应速度慢,鲁棒性差的问题设计了高阶非奇异滑模速度控制器.仿真结果表明了所提控制算法简单有效,能够保证风力发电系统输出恒定频率的同时,电机转速也能快速的跟踪参考转速,提高了整个系统的动静态性能.     

应对并补电网下DFIG系统高频谐振的宽频阻抗重塑策略

并联补偿在电力系统中广泛用于无功补偿及提高电网电压供电质量,当基于双馈式感应发电机(DFIG)的风电机组接入并补电网时,若其阻抗与并补电网阻抗不匹配,则风电机组与电网的互联系统会引发高频谐振,恶化系统运行性能。提出一种基于阻抗重塑技术的DFIG系统高频谐振抑制策略,在分析DFIG机侧和网侧阻抗的基础上,在网侧变流器中引入了基于切比雪夫滤波器的阻抗重塑控制器,对DFIG系统高频段阻抗特性进行宽频域范围重塑,从而避免了已有高频谐振控制策略中的谐振检测环节,改善了目前基于谐振频率检测的谐振抑制策略中存在的在并补度改变时谐振抑制性能下降的问题,提高了DFIG系统对并补电网的适应能力。进而,分析了所提出的谐振抑制策略对基频控制的影响,并对所提DFIG系统高频谐振抑制策略进行了仿真验证。     

基于SVG的双馈风电场电压稳定控制策略研究

双馈异步发电机(DFIG)在大规模风电并网环境下提供的无功功率无法满足并网需求。虽然引入固定电容器能够提供无功补偿,但系统受功率耦合的影响无法有效实时维持电压稳定。提出了一种静止无功发生器(SVG)与DFIG协调补偿无功的控制策略,同时引入电力系统稳定器(PSS)抑制系统的低频振荡,充分利用DFIG风电机组自身发出无功的能力,减少了SVG的配置容量。在MATLAB/Simulink软件仿真平台建立DFIG风电机组并网模型,仿真结果证实了此控制策略能够完成连续无功补偿,有效维持并网点电压稳定,增强系统输电能力。     

基于双馈风机转子侧变流器的次同步谐振抑制方法

从双馈风机产生次同步谐振的机理出发,当双馈风机转速变化时,其电磁转矩变化量可以分为转子转矩变化量和定子转矩变化量两部分。基于双馈风机转子侧变流器,提出一种新的抑制次同步谐振的附加阻尼控制策略。通过在转子侧变流器控制策略中引入附加控制,产生一个与转速反相的附加转矩,为系统提出正阻尼。然后,利用PSCAD/EMTDC对所提出的附加阻尼控制策略进行仿真验证。结果表明,通过对转子侧变流器进行附加阻尼控制后,可以有效抑制次同步谐振的发生。     

考虑整机转矩控制的双馈风机轴系扭振机理分析及抑制策略

双馈风电机组轴系模型可等效为风力机质块经柔性轴与发电机质块连接,其轴系柔性较大,阻尼较低,现场存在轴系扭振现象.提出将整机转矩控制嵌入双馈风机两质量块数学模型中,并进行小信号线性化,得到适用于轴系动态特性分析的双馈风电机组机电小信号模型,基于该模型开展扭振机理分析和抑制策略设计.双馈风机轴系扭振本质原因是电磁转矩与发电...     

传动链模型参数对双馈风电机组暂态性能影响

为了较准确地研究并网双馈风电机组机电耦合作用对其暂态性能的影响,考虑风力机和发电机之间传动轴扭转柔性因素,采用等效集中质量法,建立风力机传动链的等效为两个质量块模型.基于并网双馈风力发电机组的功率控制策略和电磁暂态模型,在电网电压跌落故障下,对采用两个等效质量块传动链模型时的机组暂态运行性能进行仿真,并和不考虑传动链柔性的等效为一个质量块模型时的结果进行比较.应用传动链柔性模型,选取不同参数值时的机组暂态效果进行仿真比较和分析.结果表明:考虑风力机传动链柔性有助于准确分析双馈风力发电机组暂态性能,其暂态性能和传动轴系刚度系数、风力机和发电机惯性时间常数密切相关.