新能源电力系统次同步振荡问题研究综述

随着风力发电等新能源并网容量的增加,大功率电力电子技术的广泛采用,以多源多变换复杂交直流系统为组成架构的新能源电力系统逐渐形成,由此引发的次同步振荡新问题不断凸显,次同步振荡的概念和内涵不断延伸,它们的起因、表现形式、影响程度、监测和抑制方法等诸多错综复杂的问题再一次引起世界范围的广泛重视。本文首先总结新能源电力系统次同步振荡的基本问题与发展态势,并剖析我国次同步振荡问题的特点与表现,最后提出当前次同步振荡研究中的新问题,以及在抑制技术等方面面临的挑战与应对措施,以期推动我国次同步振荡问题的研究。     

光伏逆变器直流电压扰动引起的间谐波电流解析模型

大规模光伏电站的并网给电力系统的稳定运行带来了挑战。研究光伏发电系统的间谐波产生机理和传变规律对于分析光伏发电引起的电能质量问题具有理论必要性和工程迫切性。为此,该文首先构建了dq同步旋转坐标系下的内外环控制模型,经推导变换建立了光伏逆变器直流扰动引起的间谐波电流解析模型:利用直流扰动电压、逆变器控制参数和电网阻抗参数,即可定量计算光伏并网逆变器输出间谐波电流的幅值、频率和相位。基于PSCAD仿真平台搭建光伏并网算例,仿真结果验证了该模型的有效性与正确性。最后,该文分析了光伏逆变器直流扰动引起的间谐波电流的幅频和相频特性,并定量讨论了内外环控制参数和电网阻抗参数对间谐波电流幅值的影响,为进一步研究光伏发电系统间谐波的抑制奠定了基础。     

静态无功补偿对双馈风机串补输电系统次同步振荡特性的影响

静态无功补偿装置会影响风电系统的次同步振荡特性,需要进行深入分析。为此,针对双馈风电经串补外送系统,在电网侧安装并联电抗器和并联电容器,采用阻抗扫描法测取电网侧和双馈风机的总等效阻抗,从阻抗的角度分析了静态无功补偿装置的位置和容量大小对系统次同步振荡特性的影响机理。分析结果表明并联电抗器补偿容量越大对等效阻抗影响越大,安装位置距风机很近时会减小谐振频率并提高谐振点电阻,距风机较远时会使谐振频率和谐振点负电阻绝对值增大,相比之下并联电容器对系统阻抗影响则很小。最后采用时域仿真验证了理论分析的正确性。     

机电-电磁暂态混合仿真多端口模型的比较分析

机电—电磁暂态混合仿真在端口建模方面主要有两种方法:一种基于多端口诺顿等值电路在端口处进行直接的电路耦合(耦合模型);另一种是在电磁侧的端口与端口之间进行解耦,通过机电暂态计算进行间接耦合(解耦模型)。建立了稳态期间两种模型的数学模型,将机电暂态的计算过程考虑进解耦模型的等值电势,证明了稳态情况下解耦模型与耦合模型的一致性。考虑电磁侧直流输电系统的控制特性,推导了经扩展之后的两类模型的节点导纳矩阵。结合两种模型的节点导纳矩阵的特点,对两种模型进行了暂态特性的对比分析。理论和仿真结果表明,当扰动和故障发生在电磁侧时,两种模型在本地直流的换相失败现象的分析过程中表现基本一致,而对一回直流逆变侧故障引起其他直流的换相失败的分析,解耦模型的适应性较弱。两种模型在仿真建模中应进行合理选择。     

配电网电力电子化的发展和超高次谐波新问题

结合功率半导体技术和智能配电网技术的发展与进步,探讨电力电子化的科学内涵和四个方面的特点,分析了电力电子化的重大需求。电力电子技术的广泛应用改变了传统电力系统的源-网-荷电气参数及特性,新一代智能配电网呈现出非线性、高敏感、快变化、冲击性、多能调控的特征,给电网的优质电能保障和安全稳定运行带来了重大挑战。该文归纳总结衍生出的典型问题,指出应从理念视角、理论方法和技术标准三方面体系化地研究和解决问题。其中超高次谐波是配电网电力电子化发展背景下出现的新问题,国内外对此课题的研究刚刚开始。该文重点梳理了超高次谐波的起因、发生源的规律与特点、危害、传播特性和标准的研究现状,然后从频域、时域、时-频域整理并介绍了超高次谐波发射标准的一些建议指标,供读者参考。     

基于脉宽调制的DFIG并网谐波/间谐波幅频特性分析

双馈感应发电机(DFIG)并网存在谐波/间谐波发射问题。文中采用DFIG理想阻抗模型与脉宽调制(PWM)开关函数,推导了背靠背双PWM变流器系统引起的输出端谐波/间谐波电压解析式。考虑滤波器结构及发电机异步特性的影响,推导了换流器直流电压为输入的DFIG并网谐波/间谐波电流的幅值和频率解析式,揭示了DFIG背靠背换流器调制谐波/间谐波的产生机理。针对实际运行工况,获得了背景谐波条件下DFIG谐波/间谐波的典型发射特性。最后,通过PSCAD仿真及某风电场风机实测数据验证了所推导解析表达式和机理特性分析的准确性。     

直驱风机对火电机组次同步振荡的影响及抑制方法

风火打捆系统中,风电机组的并网使得火电机组的次同步振荡情况变得更为复杂。基于IEEE第一标准模型搭建了风火打捆经串补外送系统,推导了直驱风机输出功率与火电机组次同步阻尼的关系,分析了其对火电机组次同步振荡的影响机理,并通过PSCAD平台结合复转矩系数法和时域仿真分析进行验证。基于此机理,提出了一种在直驱风机的网侧变流器控制系统无功外环处附加阻尼控制的抑制方法,并对其关键参数的优化设计方法进行了分析,时域仿真结果表明所提出的附加阻尼控制可以有效抑制火电机组的次同步振荡。     

基于VSC的双馈风电场群宽频带次同步谐振抑制作用分析与实验

双馈风电场的次同步谐振频率具有宽频时变特性,为其抑制带来了难题。对此,基于并联型电压源换流器(VSC)技术,设计了双馈风电场群宽频带次同步谐振的抑制装置,并将其安装于风电场群的汇集线上,将抑制装置等效为受控源,给出了分析该装置抑制双馈风电场次同步谐振作用的等值电路的一般形式和简化形式,通过次同步电流的响应方程揭示了其抑制次同步谐振的作用。该装置测取汇集线的次同步电流作为馈入信号,采用宽频滤波器并进行相位补偿的方案提取振荡模态,调整其幅值和相位后,向系统中注入次同步阻尼电流,通过增强系统阻尼实现抑制。不同工况下的数字-物理闭环仿真实验结果表明,通过参数优化设计,该装置能快速、准确地动态检测出宽频带次同步谐振信号并实现有效的抑制,可集中解决大型风电场群的时变次同步谐振。     

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。     

基于出行链随机模拟的电动汽车充电需求分析

电动汽车充电需求的分析是研究充电对电网影响,充电设施规划布局等的基础,分析电动汽车充电需求首先需要较准确地描述用户行驶规律。为此提出一种基于出行链随机模拟的充电需求分析方法,首先结合出行链的概念,对出行链中各特征量(出行时刻、行驶时间、行驶里程、出行目的)的概率分布进行分析拟合;通过蒙特卡罗模拟法抽取样本,形成完整的出行链,实现用户出行行为的模拟;进而计算各功能区域的充电需求。以美国家庭出行调查(national household travel survey,NHTS)为基础数据,进行了方法应用及案例分析。结果表明,该方法可较准确地模拟用户的出行规律,反映充电需求的时空分布特点;而且不同的充电情景将导致不同的分布形式,从而影响系统的功率总需求。