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。     

基于转子侧附加阻尼控制的双馈风机并网次/超同步振荡抑制方法

针对风电经串补输电线路并网发生的多起次/超同步振荡现象,首先推导了基于有功无功解耦控制的双馈风机阻抗模型。其次分析了电网参数、双馈风机控制参数以及电机参数对风电并网系统稳定性的影响。然后针对串联补偿输电线路参数以及风机控制参数引发的次/超同步振荡现象,提出了双馈风机转子侧控制环节附加阻尼控制器的抑制方法。并对比分析阻尼器放置于功率外环以及电流内环对系统稳定性的影响,得出阻尼器放置于电流内环对次/超同步振荡抑制效果更好的结论。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建双馈风机并网模型,通过时域仿真验证了阻抗模型分析风机并网次/超同步振荡的正确性以及所提方法对次/超同步振荡抑制的有效性。     

双馈风电场的次同步振荡分析与抑制

针对现有的风电串补系统次同步振荡的抑制措施缺乏对次同步振荡的机理研究以及参数的动态优化,物理意义大都不太明确且抑制效果受到了很大的局限性,本文建立了双馈风机串补并网系统的模型,通过数学推导详细分析了风机次同步振荡的机理并通过时域仿真分析了次同步振荡的影响因素。在此基础上,通过在转子侧附加基于遗传粒子群算法进行参数寻优的改进阻尼控制器抑制双馈风机串补并网的次同步振荡。时域仿真结果表明:与固定参数的抑制方法相比,此方法对风电串补系统的次同步振荡抑制效果更好。     

双馈风电场次同步控制相互作用仿真研究

首先,建立双馈感应风机包括其控制器的数学模型;然后分析风机并网次同步控制相互作用(sub-synchronous control interaction,SSCI)的产生机理和动态过程。在RTDS(real time digital simulator)软件中搭建单台额定功率为2.2 MW的双馈感应风机发电系统,通过对风机与电网相连线路的电流进行傅里叶分析,得到系统发生次同步振荡时的频率分布特性;通过对风机有功、无功出力的仿真,探讨风速、线路串联补偿度、风电场并列运行风机台数、转子侧变流器(rotor side converter,RSC)及电网侧变流器(grid-side converter,GSC)的控制参数对次同步控制相互作用的影响;风速和风电场风机台数的减小、串联补偿度的提高都会增强次同步控制相互作用,并迅速导致功率的振荡发散,同时控制器PI参数的变化也会对这种作用产生影响。     

基于SVC的大规模双馈风电场次同步振荡研究

为了探究动态无功补偿装置与大规模双馈风电场次同步振荡之间的关系,文中在MATLAB/Simlink软件搭建了含SVC的双馈风机经无串补线路并网系统模型,结合时域仿真法研究了SVC的拓扑结构、投入时间、控制器参数和系统扰动对系统运行特性的影响。结果表明:不同的SVC拓扑结构投入系统后,均会引发系统发生次同步振荡,且与投入系统的时间无关。当次同步振荡出现的情况下,给系统施加一个小扰动,控制器参数K_p过大产生超调,激增了次同步振荡。由于电压的超调发生振荡,进而导致各个SVC无功量的不规律运动,AVR中比例系数K_p的超调是产生次同步振荡的源。     

双馈风机转子侧变换器参数对次同步振荡的交互影响机理及其应用研究

当双馈风机转子侧变换器(rotor-side converter,RSC)参数设置不当时,与串补线路相连的双馈风电场可能会发生次同步振荡(subsynchronous oscillation,SSO),但目前对于变换器参数对SSO的交互影响规律及其作用机理研究还不够深入。分析了RSC内外环比例系数对SSO交互影响规律,研究表明,外环比例系数对SSO的影响程度与内环比例系数强相关,而内环比例系数对SSO的影响相对独立。针对这一现象,推导了RSC在系统中的等效电阻与其内外环比例系数的关系,从机理上解释了RSC内外环比例系数对SSO的交互影响规律,并利用特征结构分析法验证了机理解释的正确性。最后,直接利用所推导的计及内外环放大倍数的等效电阻值来配置虚拟电阻控制器参数。结果表明,相较于仅考虑内环参数配置的虚拟电阻控制器,所配置的虚拟电阻控制器效果更优,具有较强阻尼且不影响系统稳定性。     

基于复转矩系数法的双馈风机次同步控制相互作用阻尼特性研究

双馈风电场中的次同步控制相互作用(subsynchronous control interaction,SSCI)主要由双馈感应电机的多动态控制与传输线路中的固定串联电容之间的相互作用引起。从双馈风机转子电压方程出发,基于转速控制、转子侧变流器(rotor side control,RSC)的功率外环和电流内环控制,推导了电磁转矩对转速的传递函数,进而基于复转矩系数法提出了用于分析双馈风电机场经串补线路并网系统SSCI稳定性的电气阻尼系数表达式。在此基础上,利用电磁转矩的电气阻尼系数表达式分析了风速、串补度、转速和RSC不同控制参数对SSCI稳定特性的影响。分析结果表明:降低风速、增大串补度、增大转速和RSC控制的比例参数和减小RSC控制的积分参数都会导致系统SSCI不稳定。最后利用PSCAD/EMTDC时域仿真,验证了利用所提电气阻尼特性分析系统SSCI稳定性的正确性和有效性。     

基于双馈风机的次同步阻尼控制器设计

针对双馈风机串补并网系统的次同步振荡现象以及现有的次同步振荡抑制措施由于缺乏对振荡机理的研究而物理意义不明确等问题,在PSCAD/EMTDC软件中搭建双馈风机串补并网系统的模型,分析次同步振荡的机理,并基于次同步振荡的机理分别在转子侧和定子侧设计一种新的附加阻尼控制器,通过带通滤波、带阻滤波以及移相环节,以达到抑制次同步振荡的效果。仿真结果表明:两种附加阻尼控制器在不同的运行工况下都能使系统快速稳定,并且转子侧附加阻尼控制器的性能略优于网侧的附加阻尼控制器。     

基于无模型自适应控制的双馈风机次同步振荡附加阻尼控制方法

双馈风机并网系统易发生次同步振荡,受制于建模精度及控制器本身参数结构的固定性,传统的附加阻尼控制器可能存在适应性不强的问题。该文设计一种基于无模型自适应控制的次同步阻尼控制方法,依托动态线性化技术从系统输入输出数据中提取动态特征,以摆脱控制方法对建模准确性的依赖,增强控制器自适应性。首先,基于无模型控制方法设计控制器结构,并提出一种适用于阻尼控制的一步向前加权预测控制算法;进一步地,从理论上证明改进控制算法下闭环系统的跟踪误差一致最终有界性及有界输入–有界输出稳定性,并提出控制器参数的优化方法。最终,在综合考虑风速、风电场有功/无功出力、风机台数、线路串补度等影响因素的情况下,验证所提控制方法的抑制效果,结果表明,该方法具备很强的自适应性,在多种工况下均能有效抑制次同步振荡。     

基于全特征值轨迹多项式逼近的双馈风机并网宽频振荡分析

高比例新能源接入下的电力系统振荡呈现宽频特性，其阻尼和振荡频率受系统参数影响显著。为避免运行参数变化和控制器参数设置不当造成系统失稳，亟须量化系统振荡模态与参数之间的关系并分析其背后隐藏的机理。文中提出了基于多项式逼近的全特征值轨迹计算方法，通过一系列多项式基函数的线性组合来准确描述系统所有特征值与多个参数之间复杂的隐式函数关系，得到特征值变化轨迹的显式表达式。针对双馈风机并网系统进行了详细电磁暂态建模，以单机无穷大系统和风火打捆外送系统为例，验证了所提方法的准确性，并利用特征值轨迹显式表达式分析了线路串补度、转子侧控制器比例和积分系数等重要参数对双馈风机并网系统次同步振荡、低频振荡等关键模态的影响。