基于戴维南电路的双馈风电场动态等值方法

根据双馈感应发电机(DFIG)的3阶简化动力学模型,提出了基于戴维南电路的双馈风电场等值方法。首先,根据风电机组的功率—转速特性对含风电场的电力系统进行快速潮流计算,确定各DFIG的初始运行点,应用离线计算确定DFIG暂态内电势动态特性发生显著变化时所对应的风速上、下界,据此将DFIG分群;接着,通过理想变压器将同群DFIG戴维南等效电路中的暂态内电势节点移置到公共等效母线上,并借鉴同步发电机参数聚合方法求取等效风电机组电气参数,按照总机械功率不变的原则,在设定的等效风电机组功率—转速特性基础上,推导出等效注入风速及等效机转速;最后,进行网络化简,消去移相变压器及其他联络节点,得出等效DFIG与公共连接点之间的电气连接。对6机双馈风电场算例的仿真表明:单机等值方案稳态精度较好,但动态误差偏大;按照DFIG机电暂态特性分群的3机等值模型兼具较高的稳态与动态精度,能较好地适用于内部连接复杂且注入风速相差较大的风电场。     

考虑弃风的DFIG风电场动态等值模型

我国弃风现象严重,在此大环境下,为了得到更为准确的风电场模型,提出了一种考虑弃风的双馈感应异步发电机(DFIG)风电场的建模方法。该方法考虑了由于尾流效应导致风电场内各台风力机输入风速不同,兼顾调度部门向风电场下达的弃风指令,提出了以风能利用率Cp为分群指标,建立了DFIG风电场的多机等效动态模型,大幅度提高了仿真速度。该方法更贴近风电场实际运行情况,分群指标易于得到。通过PSCAD算例仿真及结果对比,表明该风电场等值模型的输出在稳态和故障情况下都能更好地拟合详细模型。     

风电场动态等值及其在暂态稳定分析中的应用

风力发电厂系统的完整模型建模,阶数太高,不适合全系统在线安全分析和稳定裕度计算。提出一种风电场双馈感应发电机(DFIG)动态等值技术,即将风力发电厂中的多台DFIG发电单元等值聚合为一个发电单元,对发电单元的聚合包括风力涡轮机的聚合、双馈感应发电机聚合以及电能传输和收集系统的聚合。保留了在不同的风速下,被聚合的发电单元的主要的动态性能。聚合模型应用在电力系统在线仿真中,优化了在线分析计算时间,提高了在线计算的精确性。等值前后发电单元具有相同的模型结构。通过仿真研究,验证了动态等值方法的正确性。     

基于双馈感应发电机风电场等效建模中控制器聚合方法分析

在对风电场进行等效建模时,一般以风电机组运行状态相近为原则进行分群聚合,从而得到风电场的多机等效模型。如果在保证精度的情况下能够对运行状态有明显差异的风电机组进行聚合,将有助于建立更加简化的风电场等效模型。以基于双馈感应发电机(DFIG)的风电场为研究对象,针对承受风速有显著差异的DFIG机组的聚合问题,提出了相应的DFIG机组转子侧控制器聚合方法。该方法通过调整等效控制器的控制参考值,来提高风电场等效模型的稳态和动态精度,从而实现风速差异显著的DFIG机组的聚合。文中给出了基于控制参数调整的DFIG风电场单机等效建模流程,为建立具有良好精度的风电场等效模型提供了一种不同于分群聚合的思路。最后,通过仿真算例对所提方法进行了分析和验证。     

双馈风力发电机串补输电系统全运行区域的次同步特性分析

针对双馈风力发电机串补输电系统中出现的次同步谐振(subsychronous resonance,SSR)问题,现有研究多是针对风机处于最大功率跟踪运行区域的情况进行的,不够全面;风机还有恒转速运行区域和定功率等其它运行区域。对双馈风机全部运行区域进行了分析,以华北地区某风电场实际的风机参数及运行方式为原型,建立了双馈风机与无穷大系统的线性化模型和PSCAD仿真模型,进而利用特征值分析和时域仿真方法对双馈风机串补系统全运行区域的次同步特性进行了研究,得到了SSR稳定区。结果表明:在低风速条件下,风机无论运行于最大功率跟踪状态还是其他运行状态都会发生SSR现象;随着风速增大,风机稳定运行区域的面积逐渐增大。据此,对实际风电场的稳定运行提出建议。     

大型风电场的等值模型及其改进研究

随着风电场规模的日趋扩大,其随机变化功率对接入电网的影响也越来越受到重视。风电场并网的仿真研究中,通常将数十台甚至上千台风力发电机等值简化为由几台风电机组成的风电场模型。因此,如何在多方面因素的影响下建立符合实际情况的风电场等值模型极为重要。本文分析了风电场风速的实际状况,运用同调等值法,结合风速产生的尾流效应和时滞效应,对大型风电场中不同型号的双馈风力发电机(DFIG)进行了区域划分,将同一区域的风电机等值为一台风电机。最后,基于Matlab/Simulink仿真平台,验证了在不同风速情况、故障情况下的等值效果,证实了本文等值方法的正确性,为风电场并网研究提供了一种可靠的参考模型。     

计及风电场集电网络等值模型的仿真研究

以双馈感应发电机组构成的风电场为研究对象,考虑了风力发电机与集电网络的等值,提出两种模型,研究了单机加权等值与等功率损耗结合模型,降阶变尺度等值与并联化结合模型。针对风电场机组参数完全相同的算例,利用PSCAD/EMTDC建立了风电场的不同等值模型,对风速扰动和PCC处发生电压跌落故障下的风电场暂态特性进行了比较分析,研究结果验证了等值模型的正确性。     

双馈风电场接入串补输电系统引发次同步谐振的研究模型

双馈风电场连接固定串联电容补偿输送电力的系统容易产生次同步谐振(SSR)。对于经电力电子变流装置接入系统的双馈风电场,其SSR特性与传统的SSR不同,双馈风机的变流器控制环节对SSR具有重要的影响。为了分析这种电力电子设备接入导致的新型SSR问题,以发生了此类SSR事故的国内某大规模风电汇集地区风电场为原型,建立了实际系统的等值模型。该等值模型可以作为研究此类SSR问题的一种标准模型,从而进一步对其产生机理、振荡特性以及抑制措施展开研究。验证了所提研究模型的有效性。利用该模型,通过时域仿真方法分析出各因素对双馈风机串补系统稳定性的影响。根据得到的结论提出了抑制此类SSR的措施。     

并网DFIG多通道附加阻尼控制器设计及其控制参数整定

针对双馈感应发电机(DFIG)并网电力系统中多低频振荡(LFO)抑制的问题,提出一种基于DFIG的多通道附加阻尼控制器(MBSDC)设计及其参数整定方法,用于增加系统多LFO模式的阻尼。建立DFIG并网系统状态矩阵,由特征值分析筛选出待抑制的LFO模式,并设计了MBSDC控制策略。在DFIG-MBSDC系统线性化模型基础上,推导目标LFO模式对相应抑制通道传递函数灵敏度的解析表达,以量化多LFO模式与MBSDC传递函数间的联系,应用于控制参数整定。特征值分析与时域仿真结果表明,所提DFIG-MBSDC能抑制DFIG系统中多LFO模式。基于传递函数灵敏度对控制参数进行整定,提高多LFO的抑制效果。     

考虑DFIG桨距角参数优化的小干扰稳定约束最优潮流模型

现有小干扰稳定约束最优潮流(SC-OPF)一般选择同步发电机(SG)有功出力作为控制参数,当某些危险特征值受SG出力影响较小时,电网稳定水平改善效果有限。基于双馈感应发电机(DFIG)详细模型,推导风电系统危险特征值对控制参数灵敏度的解析表达,利用特征值灵敏度调节控制参数,从而改进现有SCOPF算法;同时优化SG有功出力和DFIG桨距角参数,以调整各自主导特征值。仿真结果表明,所提优化模型能够同时改善电网阻尼比和稳定裕度,并且减小经济损失。     

风电次同步谐振实例特征及机理分析

集群风电-串补发输电系统面临着次同步谐振的风险,我国某大规模风电汇集地区近几年发生了多起次同步谐振事件,造成风机脱网和设备损坏等后果,威胁到电网安全运行。通过对该地区历次风电次同步谐振实例分析,全面总结出振荡事件的发生条件、频谱分布、阻尼特性、不同类型风机响应特性等特征。在此基础上,采用时域仿真复现了现场现象,通过特征根和电路模型分析,揭示了该地区次同步谐振的机理为“双馈风机控制参与的感应发电机效应”。     

在动态仿真中风电场模型的简化

分别针对异步风力发电机组风电场和双馈风力发电机组风电场,研究在动态仿真中风电场模型的简化.以风力机和发电机具有相同或相近运行点为风电场动态模型简化原则,依据尾流效应影响对风电场进行区域划分,将风力发电机组合并简化,建立风电场整体简化模型.针对风力发电机组类型和风速变化、电力系统短路的动态过程,通过仿真对比详细模型和不同程度的简化模型,验证各种简化模型的适用性,提出在动态仿真中风电场简化模型的应用建议.     

双馈风电机组静止坐标系下阻抗建模及次同步谐振抑制策略

为清楚分析双馈风力串补系统次同步谐振发生机理,建立了双馈风电机组静止坐标系下的阻抗模型。首先,将双馈风电机组同步旋转坐标系下阻抗模型转换为复矢量形式,通过频率变换得到其在两相静止坐标系下的频域阻抗模型。基于阻抗模型所代表的物理意义,采用等效RLC串联电路,分析了控制器参数及电网参数对并网系统等效阻抗及谐振频率的影响。分别从增大次同步频段阻尼和降低系统发生次同步谐振频率的角度出发,在转子侧控制器中同时引入了附加阻尼和虚拟感抗控制,分析表明该方法能有效地抑制次同步谐振。最后,通过仿真验证了所建模型及理论分析的正确性。     

Modal Analysis of Induction Generator Based Wind Farm Connected to Series-compensated Transmission Line and Line Commutated Converter High-Voltage DC Transmission Line

This article presents a comprehensive analysis of the potential of sub-synchronous resonance in induction generator based wind farms connected to a line commutated converter based high-voltage DC transmission line. Since series-compensated lines are also known to cause sub-synchronous resonance in induction generator based (Type 1) wind farms, this study also considers a series-compensated line in parallel with the high-voltage DC line for the investigation of sub-synchronous resonance potential. The CIGRE benchmark high-voltage DC system and the IEEE first benchmark system are considered as the study system components. A linearized state-space model of the study system is developed for eigenvalue analysis followed by participation factor analysis. A sensitivity study of the sub-synchronous resonance modes with respect to variation in different model parameters, such as rectifier firing angle, DC line power flow, and series compensation level, is also reported. It is found that the high-voltage DC rectifier station current regulator does not interact with any of the sub-synchronous modes of the wind farm. However, in the event that the high-voltage DC line is blocked during a contingency, the wind farm will operate radially with the series-compensated line and may experience sub-synchronous resonance oscillation due to the induction generator effect.     

含主动轴系扭振阻尼的并网双馈风电场惯量控制方法

电网中风电容量的增加,使得电力系统等效惯量减小、频率稳定性下降。为避免此风险,各国电网并网导则要求大规模风电场参与系统调频,并能提供类似同步发电机的惯量响应。本文基于时域仿真并辅以特征值分析,研究了风电场惯量控制对风电机组及电力系统运行特性的影响。传统的风电场惯量控制方法有益于电力系统频率稳定,但仿真结果揭示该控制会减小风电机组轴系扭振的阻尼,严重时将导致机组转速振荡失稳。为解决此问题,提出了含主动轴系扭振阻尼的风电场惯量控制方法,在满足并网导则有关惯量控制要求的同时可有效避免机组发生轴系扭振失稳。仿真结果验证了控制方法的有效性。     

风力发电机集团式接入电力系统的故障特征分析

我国风电场多为集团式接入电力系统,风电场并网对系统安全运行及继电保护正确动作的影响越来越突出.由于风电场的容量相对较小,而且风机出口电压很低,从高压侧来看,风力发电机、箱式变压器及相应低压电缆相当于一个很大的限流电抗,即风电场侧的正负序等值阻抗远远大于系统侧的等值阻抗;对于零序网络,风电场主变压器的中性点直接接地,故障期间风电场侧的零序等值阻抗仅包括输电线路与主变的零序阻抗.因此风电场侧保护背侧的正负序阻抗远大于零序阻抗,属于典型的弱馈电源系统,风电场侧保护感受到的故障电流几乎全部为零序分量,非故障相电流在幅值与相位上均与故障相电流近乎相同,使保护的正确动作受到很大影响.以某风电场送出线故障为例,对风电场接入后,风电场侧保护感受到几乎全部零序故障电流而不正确动作的现象进行了分析,并在 PSCAD/EMTDC 下建立了实际风电场模型,对这一现象进行了仿真再现,并对其影响因素进行了分析     

基于绕线式异步发电机的风电场并网暂态稳定机理分析

随着许多大容量风电场直接并入输电网,电网受风电的影响程度已不客忽视.针对目前基于绕线式异步发电机(WRIG)的风电场并网的情况,通过详细分析WRIG风电场的暂态特性,将WRIG风电场在暂态过程中的制动作用简化等值到近端同步发电机上,进而提出一种采用经典等面积定则定性分析WRIG风电场近端同步发电机暂态稳定性的方法.最后通过仿真验证了该分析方法的正确性,并比较了WRIG风电场与同步发电机参与系统暂态调节的效果.     

Effects of Wind Turbines Equipped with Doubly-fed InductionGenerators on Distance Protection Hossein

Nowadays wind energy is the fastest growing renewable energy resource in the world.The problems of integrating wind farms are caused by changes of wind speed during a day.Moreover,the behaviors of wind turbines equipped with doubly-fed induction generators differ fundamentally from synchronous generators.Therefore,more considerations are needed to analyze the performances of the distance protection relays.The protection of a wind farm with distance relay is inspected.By changing the conditions of the wind farm,the characteristics of the distance relay are studied.     

基于PSS/E的风电系统暂态仿真研究

大容量风电场的接入对电力系统稳定提出了新的挑战。以GE 1.5 MW双馈感应发电机组成的风电场为研究对象,采用电力系统分析软件PSS/E仿真和分析了风速波动对风电场和系统的影响,比较了风电场和常规电厂对电力系统暂态过程中的不同影响。     

双馈风电场单机与多机等值模型对次同步振荡特性影响的对比

以2机系统为例,将大型双馈风电场划分为2个参数不同的子风电场,对比研究了2个子风电场在汇流线路阻抗不同、容量配比不同的情况下,采用单台风机等值模型与2台风机等值模型时整个风电场次同步振荡特性的差异。分析结果表明,在考虑不同影响因素的情况下,采用单台风机等值整个风电场会引入一定误差,但是风电场参数变化对次同步振荡的影响规律与2台风机等值是一致的。