双馈风电机组有功-无功混合调制阻尼控制

目前风电机组系统级阻尼控制中均采用单一有功调制或无功调制,无法兼顾系统阻尼和轴系振荡阻尼。为解决上述问题,针对双馈风电机组提出了有功-无功混合调制阻尼控制器,并提出了序贯优化算法设计阻尼控制器参数,通过特征值分析和时域仿真验证了该控制器在风电机组不同运行模式下的有效性和鲁棒性。结果表明,相比于单一调制,混合调制更能充分利用双馈风电机组转子侧变换器的阻尼控制能力,同时最小化对风电机组本身轴系振荡阻尼的不利影响。     

基于全局灵敏度的区间模式阻尼提升策略

互联系统中存在的弱阻尼低频振荡严重威胁电力系统安全稳定运行.针对系统中潜在的区间弱阻尼模式,提出了一种基于全局灵敏度的发电机有功调制策略,在线提高系统区间模式阻尼.首先利用随机子空间辨识算法从系统随机响应数据中提取系统振荡频率、阻尼比等振荡参数;在此基础上利用Sobol'法计算各参调发电机组的全局灵敏度,进而确定提升系统区间模式阻尼的关键发电机组;最后应用定向试探法根据当前运行方式下发电机有功输出及其限额确定有功调整量,从而实现区间弱阻尼模式阻尼的有效提升.IEEE 2区域4机系统和IEEE 5区域16机系统的仿真结果表明,通过全局灵敏度分析方法可以准确地对参调机组进行排序,应用所提阻尼提升策略可以有效提高系统阻尼.     

含传输线功率信号的双馈风电场附加阻尼控制策略

从抑制电力系统区域间低频振荡以及减少风电机组传动链轴系扭振方面,提出双馈风电场附加阻尼控制策略。首先,建立了考虑传动链柔性的风电机组暂态模型及控制策略。其次,提出了考虑电力系统传输线功率信号的双馈风电机组无功功率环的附加阻尼控制策略。最后,以双馈风电场接入IEEE两区域四机系统为例,针对电网传输线三相短路故障和区域内同步发电机有功功率小扰动2种情况,分别对不同阻尼信号增益下的有功功率环和无功功率环附加阻尼控制策略的系统动态性能进行仿真。比较结果表明,与无附加阻尼控制相比,基于有功功率环或无功功率环的附加阻尼控制能够更好地抑制传输线功率振荡,且无功功率环附加阻尼控制不会导致风电机组传动链轴系扭矩振荡幅值增加。     

海上风电场经VSC-HVDC并网的次同步振荡与抑制

基于电压源换流器的柔性直流(VSC-HVDC)输电技术已经成为远距离海上风电场接入系统的理想解决方案,由于海上风电机组采用大型风力涡轮机,导致轴系各质块的弹性系数相比传统内陆风电机组有所增大,当海上风电场经VSC-HVDC并网时,将引发两种次同步振荡:风电机组轴系扭振、风电机组与VSC-HVDC换流器控制装置之间相互作用引发的次同步振荡。针对此问题,文中建立海上双馈风电场经VSC-HVDC并网的小信号模型,利用参与因子辨识出轴系扭振和装置间相互作用两种振荡模式以及与之相对应的强相关状态变量;在此基础上,通过特征值分析法绘制根轨迹曲线,进一步分析强相关状态变量参数变化对系统电气阻尼特性的影响;基于信号测试法提出了一种附加阻尼控制的双馈风电机组附加励磁阻尼控制器与柔性直流输电系统次同步阻尼控制器协同抑制措施,并通过DIgSILENT/PowerFactory仿真验证了协同抑制方法的有效性。     

采用特征值灵敏度分析法的区域振荡临界线路选取方法

通过在临界线路上加装补偿装置来控制线路有功功率,可以抑制系统功率振荡,其有效性取决于最佳线路的选择.以特征值灵敏度分析方法为基础,提出了一种利用阻尼灵敏度指标选取临界线路的方法,通过计算特征值相对于线路参数的灵敏度,得到线路参数在区域振荡模式下阻尼灵敏度指标;然后通过阻尼灵敏度指标来选取区域振荡中的临界线路,并利用阻尼灵敏度指标评价系统线路参数对电力系统小干扰稳定性的影响.最后,通过新英格兰16机系统算例分析证明了该方法的正确性和有效性.     

电力系统区间振荡的阻尼与区域间送电功率关系特性

区间振荡的阻尼与区域间送电功率关系特性是电力系统区间振荡特性研究的重要问题。结合华东互联系统工程实例,对该问题着重进行了理论分析和探讨。定义了2机互联系统机电振荡模式的特征值对发电机转子相对角的灵敏度。通过对灵敏度符号变化规律的推导,获得了机电振荡模式的阻尼随转子相对角大小变化的一般规律。在此基础上,将区间振荡阻尼与区域间送电功率的关系特性问题,转换为2等值机互联系统机电振荡模式的阻尼与转子相对角关系特性问题,进而给出理论分析和解释。研究工作对于全面、准确掌握区间振荡的复杂特性有一定的指导意义。     

基于混合特征值灵敏度的广域PSS设计

为抑制互联电力系统的低频振荡,提出了基于混合特征值灵敏度的广域PSS设计方法。介绍了混合特征值灵敏度的概念,然后根据模式—机组的关联特性,采用反馈信号机组和控制机组相分离的设计思想,提出采用混合特征值灵敏度的幅值指标选取控制机组,根据模态等值选取广域反馈信号,最后根据特征值灵敏度的相角指标对两层式结构的广域PSS进行参数设计。IEEE39测试系统上的仿真结果表明,基于模式—机组关联特性的灵敏度指标设计的广域PSS能够有效抑制电力系统的区间低频振荡,提高互联系统的传输容量,提高系统的小信号稳定性。     

直流调制对电网区间低频振荡的抑制作用

随着电网规模的不断扩大,区域间低频振荡已成为危及电网安全稳定运行的主要问题之一。以国内某大型交直流并行电网为算例,采用基于隐式重启动Arnoldi算法IRA（implicitly restarted arnoldi）编制的SSAP软件,结合Prony模式辨识方法,对该系统进行小干扰稳定分析,找出存在的弱阻尼区间振荡模式。采用整流侧的直流功率调制和逆变侧的熄弧角调制来阻尼并行交流线路上的区间低频振荡。特征值计算结果表明,通过合理地配置直流附加控制器参数,直流调制可以有效改善系统阻尼,增加系统动态稳定性,     

应用于高压直流换流站近区机组的次同步振荡阻尼控制器研究

在交直流混联系统中,高压直流输电系统可能引发送端交流系统发生次同步振荡现象,造成换流站近区机组的轴系扭振,使得发电机组大轴及周围设备损坏,同时对升压变压器一次侧造成冲击。针对该问题,文中首先分析了高压直流换流站近区机组次同步振荡的产生机理,然后提出了一种基于附加次同步振荡阻尼控制器的抑制方法。最后在PSCAD电磁暂态仿真环境下计算表明,附加次同步振荡阻尼控制器能够快速响应次同步振荡扰动,抑制次同步振荡幅值,平抑次同步振荡引起的过电压和过电流,避免其对机组轴系和升压变压器一次侧的冲击。     

双馈风电机组轴系扭振的稳定与控制

在侧重研究双馈风电机组与电网的动态作用时,双馈风电机组轴系可用等效两质量块模型表示。在外界扰动下,轴系动态以振荡方式呈现,并反映在输出功率上,由于这一振荡频率接近电力系统低频振荡,因此会对同步机组的功角稳定产生影响;不仅如此,轴系振荡还会影响双馈风电机组自身的稳定性以及使用寿命。本文首先采用小信号分析方法,对有功控制回路进行电气阻尼特性分析,得出双馈风电机组在最大功率跟踪控制下的负电气阻尼特性,不利于轴系稳定;随后,提出一种轴系镇定器,包含电气阻尼和电气刚度两个回路,增加电气阻尼可以使轴系振荡得到有效抑制,对双馈风电机组和电力系统的稳定有利;增加电气刚度,等效加强了轴系的耦合强度,可有效抑制转速振荡的幅值,有益于延长机组寿命。     

A Damping Method for Torsional Vibrations in a DFIG Wind Turbine System Based on Small-Signal Analysis

Torsional vibrations present in the drivetrain excited by turbulent winds or grid disturbances (often manifesting as voltage sags) can produce severe stresses on the components of wind turbines. This study presents a damping method for the rotor side converter of a doubly fed induction generator (DFIG)-based wind turbine to improve system damping during small grid disturbances. Within the damping strategy, torsional damper is included into the power loop of the rotor side converter to provide damping for the system. During vibrations, a well-designed low-pass filter (LPF) is employed by the torsional damper to extract the dynamics of the generator speed and to generate a damping signal. To demonstrate the proposed damping approach, the small-signal stability model of a wind turbine connected to an infinite bus system is presented, and the eigenvalue analysis is conducted to verify the damping effect introduced by the torsional damper. In the case study, grid voltage sag at the point of common coupling (PCC) is applied to excite the torsional vibration of the wind turbine shaft. The validity and effectiveness of the proposed damping approach are testified by using the simulation results against theory analysis.     

基于信号注入法的风火打捆经直流外送系统次同步扭振分析

随着大规模新能源的发展,风火打捆经高压直流外送是解决风电消纳问题的关键手段。与此同时,风电机群、直流输电与同步发电机组之间的次同步振荡问题日益凸显。针对双馈风电机群、直流输电与同步发电机组的动态交互问题,建立了线性化模型,研究风电机群、直流输电的动态过程对同步发电机组机电暂态过程的影响。基于附加励磁信号注入法,分析直流输送容量固定时双馈风电机群控制参数、运行风速、并网台数等因素对同步发电机组各扭振模式阻尼特性的影响规律,辨识同步发电机组轴系负阻尼扭振机理。基于时域仿真模型,验证了所提方法能够有效揭示双馈风电机群对同步发电机组轴系扭振的影响。     

基于阻尼器的双馈风力发电系统扭振抑制策略

由风速扰动或网侧的电气扰动所引发的风机传动轴扭振现象会导致轴系机械零件疲劳过载,甚至损坏。提出一种对网侧电气小扰动引发机网扭振的抑制策略。该策略通过在转子侧逆变器功率控制环节引入阻尼器,当轴系发生扭振时,利用发电机转速波动信号产生阻尼功率,再附加到逆变器有功功率参考值上,使系统额外输出有功功率来增大系统阻尼,从而抑制轴系扭振。建立系统小信号稳定模型,分析扭振抑制原理,观察引入阻尼器后,系统主导扭振模态的特征根变化;并利用Bode图分析阻尼器对轴系扭振模态的抑制效果。最后,在Matlab/Simulink上进行仿真验证。结果表明,所提出的阻尼策略可以显著增大双馈风力发电系统的阻尼,增强对风力发电系统扭振尤其是低频振荡模态的抑制。     

DAMPING OF TORSIONAL OSCILLATIONS–A COORDINATED APPROACH

ABSTRACT

Damping of torsional oscillations using coordinated control through power system stabilizer (PSS) and thyristor controlled reactor(TCR) is presented in this paper. The PSS has modal speed deviations as its feedback signal. The reactive power control is achieved through thyristor controlled reactor (TCR) at the machine terminals. Generator speed deviation is used as auxiliary signal and terminal voltage feedback signal as main control signal for TCR. The following control strategies have been analysed :

a PSS with modal speed control

b PSS with modal speeds plus TCR with terminal voltage control

c PSS with modal speeds plus TCR with complete controls (voltage feed back signal and generator speed deviation signal)

The main objective of this paper is to discuss the modelling aspects and analyse different control strategies for damping torsional oscillations in series compensated ac transmission system. The control parameters like gains and time constants have been obtained by performing repeated eigenvalue analysis. IEEE First Benchmark Model is considered for illustration.     

基于混合整数线性规划的风电场有功优化调度

大规模风电并网背景下,风电场的有功优化调度对调度控制和电网安全运行至关重要。在风电场风速分布和风电功率有效评估的基础上,以风电机组的出力以及开停机状态为决策变量,考虑风电场弃风以及机组启停,建立了以风电场运行成本最低为目标的风电场优化调度模型。提出了风能利用系数的分段线性化方法,进而建立了基于混合整数线性规划的风电场优化调度模型。实际风电场的算例分析表明,该调度模型可在满足调度部门指令需求的前提下,给出风电场内最优的机组启停计划和出力安排,有效减少弃风及启停次数,降低风电场运行成本。     

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。     

直驱风电机组全运行区域的次同步振荡特性分析

针对直驱风电机组(direct-drive permanent magnet synchronous generator, D-PMSG)并入弱交流电网的次同步振荡(subsynchronous oscillation, SSO)问题,现有研究多是在风机处于最大功率跟踪运行区域的情况下进行分析,未考虑恒输出功率等运行区域。建立了D-PMSG并入弱交流电网的小信号模型,进而采用特征值法对全运行区域下不同风速、不同输出功率时的次同步振荡特性进行分析,并建立了D-PMSG并入弱交流电网的PSCAD/EMTDC时域仿真模型,验证理论分析结果的正确性。结果表明：在最大功率跟踪运行区域,风速增大且输出功率为最大值时,次同步振荡阻尼增大;在恒输出功率运行区域,输出功率一定,风速增大,次同步振荡阻尼和频率基本不变;在全运行区域,相同风速下,输出功率越小,阻尼越小;在实际运行中,若电网限制D-PMSG的输出功率,降低系统的输出功率更适合采用切机措施,使得系统在发生次同步振荡现象时有更大的阻尼。     

Battery energy storage-based system damping controller for alleviating sub-synchronous oscillations in a DFIG-based wind power plant

This paper presents the issue of the Sub-synchronous resonance (SSR) phenomenon in a series compensated DFIGbased wind power plant and its alleviation using a Battery Energy Storage-based Damping Controller (BESSDCL). A supplementary damping signal is developed considering the angular speed deviation and is incorporated into the BESS control system. Wide-area Measurement System data is used to determine the angular speed deviation. A linearized system model is developed to perform eigenvalue analysis, and to detect and examine unstable SSR modes. The variation of wind speed and three-phase fault are also taken into consideration to validate the robustness of the controller. To further verify the efcacy of the proposed damping controller, time-domain simulations are performed using MATLAB/Simulink. The application of the proposed BESSDCL stabilizes all the unstable system modes efectively at wind speeds of 7 m/s, 9 m/s, and 11 m/s, and at 40%, 50%, and 60% series compensation levels, as well three-phase fault conditions.     

FACTS装置对含风电互联系统低频振荡特性分析

随着电力系统互联加强,风电并网容量的增加对电网的稳定运行影响越来越大。构建了以UPFC(Unified Power Flow Controller, UPFC)和SVC(Static Var Compensator, SVC)为代表的FACTS装置与含风电系统的数学模型。采用留数指标定位FACTS装置,设计了附加阻尼控制器(Additional Damping Controller, ADC)。基于IEEE 2区域4机互联系统,从特征根分析和时域仿真两个方面分析了FACTS装置对含风电互联系统低频振荡特性的影响。研究结果表明,加装附加阻尼控制器的FACTS装置能够维持母线电压以及发电机转速的稳定,增加互联系统联络线功率传输范围,抑制低频振荡引起的电网参数波动,改善了含风电电力系统的低频振荡特性。     

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...