大规模风电集中接入对电力系统暂态功角稳定性的影响（一）：理论基础

该文作为2篇系列文章的第1篇,旨在从理论上分析双馈风机组成的大规模风电场集中接入对电力系统暂态功角稳定性的影响。首先,根据双馈风机的暂态特性,提出了一种适用于电力系统暂态功角稳定分析的双馈风机简化模型,并讨论了利用直流潮流计算方法研究风电接入前后系统暂态功角稳定变化趋势的合理性。其次,在双馈风机简化模型和直流潮流计算方法的基础上,利用扩展等面积定则分析了双馈风机接入两机系统后系统暂态功角稳定性的变化,提出一种判断风电接入对两机系统暂态功角稳定影响的判据。最后,在双机互联系统中进行仿真,结果表明,提出的判据具有较高的准确率。     

DFIG风电机组协同SVG抑制电网低频振荡方法

随着风电渗透率的日益增加,电力系统阻尼不足时易发生低频振荡,双馈风电机组（DFIG）可解耦控制有无功和无功输出,有利于增强系统阻尼。提出一种DFIG协同静止无功发生器（SVG）并网的方法,采用附加阻尼的控制策略,接入控制系统的功率控制节点,改变参考装置的有功和无功参考电流,实现装置动态输出功率,抵消功率增量,对系统中产生的功率振荡进行抑制。搭建DFIG协同SVG并网的4机2区域系统的控制系统模型,添加附加阻尼控制信号,控制DFIG输出的有功功率和SVG输出的无功功率,改变系统的特征根,并基于Prony方法分析振荡信号各模态。结果表明：该方法能够有效提供正阻尼,抑制系统低频振荡,加速振荡波形平息,提高电力系统的小干扰稳定性。     

采用串联网侧变换器的双馈风电系统高电压穿越控制策略

针对采用串联网侧变换器的双馈风电系统电机定子端电压灵活可控的特点,提出了适用于该系统的对称高电压穿越控制策略。该策略通过控制串联网侧变换器,实现电网电压对称骤升时发电机定子电压保持不变,从而抑制定子磁链的暂态直流分量,使得电机转子过电压及过电流得到有效抑制,且可有效减小发电机电磁转矩及功率的波动。在变流器电流容量的约束下,故障期间通过控制转子侧变换器与并联网侧变换器吸收无功功率,可实现该系统对电网的故障暂态无功支持。仿真结果表明,所提控制策略既能保证在电网发生对称骤升故障期间双馈风电系统不脱网运行,又可使该系统为电网电压的恢复提供无功支持。     

不平衡电网下双馈感应发电机的虚拟同步机控制优化策略

由于虚拟同步机(VSG)控制技术的控制带宽有限,因此当电网电压不平衡时,VSG控制无法有效控制电网负序电压引起的功率二倍频波动分量。当电压长时间不平衡时将会引起双馈感应发电机(DFIG)定、转子电流畸变,功率及转矩振荡等问题,严重影响系统输出的电能质量及系统运行性能。针对此问题,文中提出一种采用二阶广义积分器对DFIG电磁转矩及无功功率二倍频脉动进行定量控制的方法,使DFIG的VSG控制系统在不平衡电网条件下可以实现3种控制目标,即定子电流正弦且平衡、定子电流正弦且有功功率恒定和定子电流正弦且无功功率及电磁转矩同时恒定。同时,可根据电网实时要求对各控制目标进行灵活切换,提高了DFIG的VSG控制系统的控制性能。最后,所提方法的有效性通过仿真结果得到了验证。     

基于双馈风电机组的变下垂系数控制策略

对双馈风电机组采用传统的固定下垂系数控制策略时,不能根据风速的变化自适应调整风电机组的实时可用容量。若下垂系数设定偏小,将导致风电机组过度响应,造成系统频率二次跌落,同时发电机转速不能恢复;若下垂系数设定偏大,将无法充分发挥风电机组的频率响应能力。针对此问题,提出了变下垂系数控制策略,即在低、中风速区,将纯机械减载容量和可利用转子动能的总和作为机组可用容量整定下垂系数;而在高风速区内,则以纯机械减载容量整定下垂系数的策略。仿真结果表明,所提策略可有效提升双馈风电机组的频率响应能力,防止双馈风电机组发生过度响应,有利于双馈风电机组的稳定运行。     

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。     

DFIG-FMAC-PSS控制对风电并网系统的暂态稳定性改善

风电并网会对电力系统的稳定运行产生影响。为此本文考虑在双馈感应发电机(DFIG)上装设电力系统稳定器(PSS),提出DFIG转子磁链幅值和相角控制(FMAC)加PSS的控制方案。选用DFIG定子电功率作为PSS输入信号,通过调节DFIG转子磁链矢量的幅值和相角对发电机的端电压和输出功率进行控制,在大扰动的情况下对风电并网系统的稳定性进行研究。研究表明所提DFIG-FMAC-PSS的控制方案经济可行,在提供电压控制、促进阻尼作用和提高风电并网的暂态稳定性方面优于基于同步发电机的PSS解决方案。     

集成服务环境下风电并网的无功调节(一)无功调节

依据风电功率预测和地区系统无功优化运行方案,计算风电机组电气控制参考值,通过每台风电机控制器和变频器调节风电场注入系统的无功功率。提出了集成服务环境下风电场的无功调节策略,介绍了风电数据采集与监控（SCADA）系统的功率预测过程和参数整定过程。以基于双馈异步发电机的变速恒频风电机组为例,介绍了风电机组无功调节的实现方案。     

VSCF-DFIG在电压瞬间跌落情况下的应对策略

变速恒频（VSCF）双馈感应发电机（DFIG）在电网电压跌落的情况下,通过连接在转子绕组上的电阻来为电压跌落期间在转子侧产生的浪涌电流提供一条通路,从而达到限制转子回路最大电流的目的。在电网需要时,快速向电网提供无功功率,调节电网电压和稳定弱电网。通过保持系统稳定性,减少电压崩溃的危险,降低电网解列的影响。所有结果通过了仿真验证。     

计及撬棒保护的双馈风电机组不对称短路电流特性分析

电网故障时,双馈式感应风电机组(DFIG)在机端电压深度跌落过程中表现出的电磁暂态特性十分复杂。计及撬棒保护的DFIG不对称短路特性研究较少,为了准确描述机端电压深度跌落过程中DFIG不对称短路电流变化特性,基于空间矢量和序分量法,建立了双馈感应电机的正、负序数学模型。在考虑双馈风电机组不同初始运行功率的情况下,通过数学解析的方法推导了撬棒保护电路投入后定转子正、负序磁链的计算表达式,在此基础上得到了定、转子电流的解析表达式。该方法同样适用于对称性故障时DFIG短路电流的解析计算。最后,通过Matlab/Simulink仿真软件验证了双馈风电机组机端发生对称和不对称电压跌落时定子电流解析计算表达式的准确性。