DFIG在微电网中的电压控制策略与小干扰电压稳定性分析研究

为增强微电网小干扰电压稳定性,针对含双馈感应风力发电机(DFIG)的风光柴微电网,DFIG无功控制采用V-Q下垂控制并引入积分逻辑环节,同时计算变风速情况下DFIG有功功率对应的无功功率极限,对V-Q下垂控制与积分环节进行限幅。通过小干扰分析法找出了一对反映微电网电压响应特性的典型特征值,分析DFIG无功下垂系数取不同值时对典型特征值分布轨迹的影响。为了解决无功下垂系数取较大和较小值时带来的问题,经过参数改进后既促进了DFIG参与微电网调压的效果,又使微电网拥有更好的小干扰电压稳定性。最后在DIg SILENT/Power Factory仿真软件中搭建微电网模型,通过动态时域仿真验证了所提策略和方法对促进微电网调压以及提高微电网小干扰电压稳定性的有效性。     

基于双馈感应风力发电机虚拟惯量和桨距角联合控制的风光柴微电网动态频率控制

微电网孤岛模式下的频率稳定性是微电网安全稳定运行的重要保证。为提高微电网频率动态特性,通过在双馈感应风电机组(doubly fed induction generator,DFIG)中加入虚拟惯量控制环节,增加微电网惯性,释放转子中储存的部分动能为微电网频率提供动态支持;为解决虚拟惯性控制环节加入后转子转速恢复过程中DFIG的有功功率跌落问题,采用桨距角控制,在频率跌落时释放DFIG备用功率,从而弥补转速恢复过程的功率跌落,并减小电网的稳态频率偏差。结合DFIG虚拟惯量特性和桨距角控制,配合柴油机的一次调频功能,有效抑制了负荷变化引起的微电网频率波动。最后在DIgSILENT PowerFactory仿真软件中建立含柴油发电机、光伏电池、DFIG的微电网控制模型,验证了所提策略的有效性。     

基于深度信念网络的低风速风电参与微电网频率优化控制

低风速分散式风电接入微电网使得微电网能够利用低风速风资源为负荷供电,但其低惯量的特点也对微电网的频率稳定性提出了挑战。为了探究微电网中低风速风电机组(LWTG)如何有效参与抑制微电网频率波动,在LWTG中引入虚拟惯量控制、超速控制和下垂控制。针对风电机组最小转子转速限制,通过理论分析确定了合适的LWTG的参数;针对超速控制存在的盲区问题,利用深度信念网络来优化不同风速下的减载率以及虚拟惯量控制、下垂控制的控制参数;在低风速风况下验证了优化后的参数能够有效减少负荷波动引起的微电网动态频率跌落幅度,并获得较好的调频效果。     

基于可变系数的双馈风机虚拟惯量与超速控制协调的风光柴微电网频率调节技术

为了提高风光柴微电网孤岛运行时的频率稳定性,将变速恒频双馈感应风力发电机(DFIG)和柴油机作为调频电源,通过DFIG的虚拟惯量、转速和桨距角的协调控制与柴油机的一次调频相配合,共同抑制负荷波动和风速变化引起的微电网频率变化。低于额定风速时,DFIG采用虚拟惯量控制和超速控制;高于额定风速时,采用虚拟惯量控制和自动桨距角控制。以此弥补虚拟惯量控制作用时转速恢复过程的功率跌落问题,并为微网提供持久的功率支撑。为保证此调频策略在时变风速中的有效性,通过不同风速下的参数分析制定了DFIG的虚拟惯量控制系数曲线与功频静特性系数曲线,实现了可变系数控制。并在DIgSILENT PowerFactory软件平台上搭建了包含柴油机、DFIG、光伏电池的微电网模型,验证了此策略的有效性。     

基于DFIG虚拟惯量的微电网双维自适应动态频率优化控制

为了解决微电网高风电渗透率带来的惯性不足问题,需要利用虚拟惯量控制等手段来释放新能源的调频能力。通过对双馈感应风电机组(doubly fed induction generator, DFIG)的虚拟惯量控制进行研究,使虚拟惯量在适应风速变化的同时,适应动态频率调整不同阶段的取值要求,从而实现双维自适应控制。此外,利用深度信念网络预测动态频率调整的指标,从而优化双维自适应虚拟惯量的控制参数。微电网中仿真验证的结果表明,双维自适应控制策略可有效防止频率突变,能够减小扰动后的动态频率偏差及频率恢复的时间,展现出了更优的调频效果。研究结果可为风电机组参与调频的相关控制研究提供参考。     

基于奇异摄动降阶的风电接入系统阻尼分析

为分析风电机组接入对同步机主系统低频振荡的影响,首先建立FSIG及DFIG风电机组小干扰分析模型,其次应用基于奇异摄动系统动态降阶技术揭示两类风电机组接入后同步机主系统阻尼变化机理。将奇异摄动动态降阶与特征值分析相结合,分析不同控制参数的FSIG及DFIG风电机组接入对系统低频振荡模式及阻尼的影响。基于风电接入IEEE测试系统仿真表明,所提出的分析方案能够直观、有效地对两类风电接入系统低频振荡进行分析。     

基于虚拟同步发电机的微电网延时补偿二次频率控制

虚拟同步发电机控制能够为电网提供虚拟惯量,提高系统的频率稳定,但在通信线路传输延时的影响下,传统二次频率控制动态特性显著恶化。建立包含二次调频环节、通信延时环节的微电网完整小信号状态模型,基于该模型对虚拟同步发电机接入后的微电网频率稳定进行了研究,讨论虚拟惯量等重要控制参数对微电网频率控制延时边际的影响。针对通信延时对频率控制的负面作用,设计含虚拟同步发电机的微电网延时补偿二次频率控制策略,在原有控制回路中增加延时响应预测环节以补偿通信延时影响。利用PSCAD/EMTDC仿真对比了是否包含延时补偿下系统的频率响应,结果表明所提延时补偿控制策略能够有效提高微电网频率控制对通信延时的鲁棒性并增强系统的频率稳定。     

定子故障下的双馈风力发电机组建模与稳定性分析

针对双馈风力发电机组(DFIG)发生定子绕组匝间短路(SWITSC)故障后的稳定性问题,建立了SWITSC故障下的DFIG的小干扰稳定性分析模型。基于Lyapunov稳定性理论进行特征值分析,并勾勒出主导特征值的变化轨迹;另外,找出了对稳定性影响作用较大的关键性控制参数,结合仿真波形说明了DFIG稳定性的变化情况。得到结论:DFIG发生SWITSC故障后,其稳定性有所下降,但在风速及控制参数合理的条件下仍然具有保持稳定运行的能力。     

定子匝间短路故障下的双馈风力发电系统的小干扰稳定分析

建立了双馈电机(Doubly Fed Induction Generator,DFIG)在正常运行情况下和故障情况下的数学模型,并结合轴系部分和桨距角控制部分建立DFIG组的小干扰稳定模型。改变外界条件和内部状态(如风速和短路比),基于Lyapunov稳定性理论判定DFIG组是否稳定,并观察特征值的变化轨迹。同时为分析每个特征值的影响因素,引入参与因子。最后结合仿真验证,结果表明:一定条件下SWITSC故障对DFIG组稳定性影响是可以接受的。     

基于频率响应区间划分的风电机组虚拟惯量模糊自适应控制

根据系统频率波动区间自适应调整风电虚拟惯量参数有利于改善系统频率响应特性.首先分析了典型高比例风电系统频率响应动态过程,进而建立了含风电的电力系统频率响应线性化模型,揭示了风电虚拟惯量参数的变化对系统频率稳定性及动态性能的影响及变化规律,确定了虚拟惯量参数稳定取值范围.在此基础上,提出了一种基于频率响应区间划分的风电机...     

灵活虚拟同步机主要控制参数对系统频率稳定性的影响分析

基于虚拟同步机(VSG)控制的换流器可以模拟出同步发电机的惯性,虚拟惯量可在一定范围内灵活调整是其区别于传统同步发电机的重要优势。然而,灵活虚拟同步机(FVSG)控制参数的变化会对系统频率稳定性造成严重影响,探究主要控制参数对系统频率稳定性的影响规律对其大小选择具有重要意义。首先给出了固定惯性时间常数下的虚拟同步机控制策略,构建了VSG的控制框架;其次,研究了3种典型的FVSG控制方法,并对其进行了对比分析;最后,针对基于指数惯量的灵活虚拟同步发电机控制技术,通过构建小信号模型、灵敏度计算及根轨迹分析的方法,揭示了主要控制参数对系统频率稳定性的影响规律,为控制参数的选择提供了依据。     

考虑构网型与跟网型逆变器交互的孤岛微电网小信号稳定性分析

随着新能源在电力系统中的渗透率越来越高,低惯性成为以新能源为主体的新型电力系统的重要特征,极大影响了系统的同步稳定运行能力。由于缺少大电网的频率支撑,孤岛微电网在故障扰动下将产生频率偏移现象。同时考虑新能源渗透率和频率偏移的影响,研究低惯量孤岛微电网的小信号稳定性。低惯量微电网由构网型逆变器和跟网型逆变器组成,其中构网型逆变器采用虚拟同步机控制策略。首先建立了孤岛微电网的全阶小信号模型。应用特征值分析法,揭示了2种类型逆变器的功率渗透率对微电网系统小信号稳定性的影响规律。进一步利用参与因子法分析了系统参数和控制参数对微电网系统稳定性的影响程度。最后仿真结果验证了理论分析的准确性。研究成果为低惯量微电网中2类逆变器的容量规划、参数设计和控制器优化提供了理论支撑,旨在提高微电网的小扰动同步稳定性。     

高风电渗透率系统的模糊自适应虚拟惯量控制

随着风电大规模并网,电力系统逐渐发展为低惯量系统,广泛推广风电机组转子惯性控制技术对于提高系统的频率稳定性具有重要意义。该文通过对双馈风电机组和火电机组调频特性的分析以及对双馈风电机组等效惯性常数的研究,提出了风-火系统模糊自适应虚拟惯量控制策略。首先根据风电机组运行工况和系统风电渗透率模糊动态决策出了风电场调频比例系数,其次基于风电机组辅助惯性控制微分系数与风电机组等效惯量常数的关系和风火联合增量系统模型整定了风电机组虚拟惯性控制参数的变化范围,最后设计算例验证了所提自适应调频控制策略的有效性。仿真结果表明该策略不仅使得风电机组在各种运行工况下均能够提供可靠的有功支撑,还保证了调频过程中风电机组的稳定运行,提高了系统的频率稳定性。     

参与微电网调频的电动汽车虚拟同步机充放电控制策略

针对两级双向充/放电机,提出一种接入微电网的电动汽车充电控制策略。首先,将虚拟同步机控制技术应用于前级AC/DC控制,引入虚拟惯量、阻尼和虚拟励磁,使得充电机具有与同步机类似的惯性阻尼特性和电压调节特性。然后,重点设计了辅助调频控制算法,根据考虑电动汽车的负载有功功率—频率特性曲线计算"功率参考值修正量",改变电动汽车的充/放电功率参考值,使得电动汽车参与微电网一次、二次调频。基于MATLAB/Simulink仿真平台搭建有电动汽车接入的微电网模型,算例验证表明,所提出的控制策略能够在实现电动车与电网的双向功率交互的同时为微电网提供惯量、阻尼、电压和频率支撑,实现了对独立模式下微电网频率的无差调节,提高了微电网动态稳定性。     

双馈风机虚拟惯量控制对电力系统暂态稳定的影响

双馈风力发电机(DFIG)虚拟惯量控制在满足系统调频需求的前提下,其快速响应特性也会对系统暂态稳定造成影响。首先分析了DFIG机端母线电压不同跌落深度条件下DFIG的暂态有功响应特性,指出DFIG虚拟惯量控制影响系统暂态稳定的条件。基于此,结合拓展等面积定则分析了带有虚拟惯量控制的DFIG对电力系统暂态稳定的影响机理,最后进行时域仿真验证,结果表明,故障后若未触发DFIG低电压穿越控制,则含虚拟惯量控制的DFIG在S机群时可改善系统暂态稳定性, 而在R机群并网时会恶化系统暂态稳定性。研究结果为DFIG虚拟惯量控制的应用和优化提供参考。     

面向频率稳定提升的虚拟同步化微电网惯量阻尼参数优化设计

为了解决电力电子化微电网惯性小、频率稳定性弱的问题,该文采用虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)控制技术来提升微电网的稳定性。VSG能够模拟传统同步发电机的惯量和阻尼等特性,为系统提供惯量和阻尼支撑。首先建立含虚拟同步发电机的微电网模型,然后研究VSG的虚拟惯量和虚拟阻尼对频率稳定的影响,并提出面向频率稳定的虚拟同步化微电网虚拟惯量和虚拟阻尼参数优化设计方法来提升系统的频率稳定性,最后以3机9节点的虚拟同步化微电网系统为例验证该文方法的有效性。     

基于可变减载率超速控制的双馈异步风机参与微电网调频研究

为了使双馈异步风机(DFIG)能够更好地参与微电网频率调节并减少有功控制成本,综合考虑风机向微电网输送有功功率和提供备用容量参与系统调频两方面因素,提出了变减载率超速控制法。计及风速出现概率,采用概率加权求和法,考虑减载成本、调频效益和调频恢复成本求解超速控制成本(COC),得到变减载率曲线。通过对一个含DFIG的微电网系统进行仿真分析,验证所提方法可有效改善微电网频率动态特性,减少风机有功控制成本,有利于微电网的稳定运行。     

面向小干扰稳定提升的虚拟惯量优化分配模型与方法

虚拟惯量控制使可再生能源发电系统能够具备与火电类似的惯量特性,有利于为系统提供惯性支持。该文研究了虚拟惯量的分布对系统小干扰稳定的影响,并提出面向系统小干扰稳定提升的虚拟惯量优化分配模型与方法。首先,以小干扰分析中的区间振荡模式阻尼比最大为优化目标,以虚拟惯量控制参数为优化变量,频率稳定为约束条件,建立惯量优化分布模型;然后,利用基于灵敏度分析的牛顿法求解该模型,得到虚拟惯量优化分配方案;最后,通过仿真验证所提优化分配方法的有效性。     

直流微电网暂态自适应虚拟惯性控制策略及其参数可行域研究

附加虚拟电容控制能够挖掘直流微电网隐藏的惯性,从而缓解新能源渗透下直流母线电压对功率波动敏感的问题,但其无法满足系统在动态调节过程中灵活的惯性需求。为了向直流微电网提供灵活惯性支撑能力,通过在源侧换流器控制中耦合电压参数与惯性参数改变系统电量积累进程,提出一种能够实时响应微电网运行工况变化并投入可变虚拟电容的暂态自适应虚拟惯性控制策略。借助系统小信号模型和根轨迹分析,揭示惯性参数变化对系统稳定性的影响。在此基础上,采用控制理论配置极点的方法为参数选取提供有效约束,实现控制参数的优化设计。搭建五端直流微电网仿真系统,验证暂态自适应虚拟惯性控制提供的动态虚拟电容灵活的暂态自适应能力。     

一种提高系统频率响应特性的风储协调控制策略

风电并网规模的不断扩大削弱了电力系统的惯量水平,给频率稳定带来巨大挑战.通过分析不同风速下双馈风机(DFIG)参与惯性响应的能力,给出了一种风速分段方法,从而确定DFIG参与调频的风速范围.在此基础上,提出了一种DFIG与储能技术联合的调频控制策略,根据系统惯性响应和频率恢复2个阶段的频率变化特点,制定风储协调出力模式:在惯性响应阶段,通过虚拟惯性控制使DFIG释放转子动能以阻止频率跌落,并采用超速控制将DFIG转速变化分配至最大功率点跟踪控制运行点两侧以改善调频效果,同时逐渐增加储能系统的输出功率对DFIG后期的调频功率下降进行补充;在频率恢复阶段,将DFIG退出调频模式以避免虚拟惯性控制从系统索取能量,主要依靠储能系统出力辅助同步发电机加快完成一次调频.算例仿真结果表明所提方法能够有效改善系统的频率响应特性,避免二次频率事故的发生,提高了系统的频率稳定性.