基于状态空间方法的频域阻抗计算及其灵敏度分析方法

风机并网造成的故障问题频发,尤其是风机并网次超同步振荡现象还没有很好的机理解释。而阻抗法是一种常用的分析次同步振荡的方法。提出了一种基于状态空间的直驱风机阻抗求解方法,以单机无穷大的简单风机系统为例,考虑锁相环影响,建立dq坐标系下的全系统数学模型,并通过Park变换与abc坐标系联系,通过列写全系统状态空间方程,计算电压电流时域表达式的扰动频率分量,解释了单一频率扰动下次超同步分量同时产生的原因;根据电压电流表达式得到扰动频率下直驱风机系统阻抗。在此基础上提出了特征值与阻抗的灵敏度分析方法。最后通过算例验证了上述方法的正确性,以及阻抗法和特征值法在判定除工频振荡以外的其余稳定性问题效果是一致的。     

直驱风机网侧换流器引发次/超同步振荡机理研究

针对实际电网发生的直驱风机引起的次/超同步振荡现象,以典型的单机并网模型为例进行研究。考虑锁相环的动态特性,在电网dq坐标系下建立直驱风机等效控制模型。分析网侧换流器对电网谐波的响应过程,发现当换流器输入输出谐波间相位满足一定关系时,会因为正反馈在某一频率下产生次/超同步振荡。振荡强度和振荡频率与锁相环比例和积分系数、电流内环比例系数及电网强度等多个因素相关。基于该相位关系,给出直驱风机引发次/超同步振荡的判据,并由该判据可以获得直驱风机引发次/超同步振荡的频率,时域仿真及频谱分析结果验证了该判据的有效性。     

直驱风机与静止无功发生器的次同步振荡特性及交互作用分析

我国西北等风电汇集地区存在不同程度的次同步振荡问题,其中大容量的直驱风机和动态无功补偿装置接入弱电网诱发的次同步振荡机理尚不明确。该文推导直驱风机并网变流器和静止无功发生器的线性化分析模型,获取其输入阻抗模型及并网系统的传递函数;探讨同步旋转坐标系下双输入双输出系统的稳定性判断方法;通过阻抗特性分析、传递函数极点分析及时域仿真验证,提出两者间次同步振荡交互作用及影响因素。     

基于频域振荡模式的次/超同步分量可观可控分析

直驱风电机组接入弱交流电网时会引发电力系统的次/超同步振荡，产生的超同步分量幅值一般不同于次同步分量，具体产生机理缺少清晰解释。文中基于频域正负序耦合阻抗回路的振荡模式，定量分析了次/超同步分量的可观可控度，解释了次/超同步分量的可观可控规律。首先，建立直驱风电机组并网系统的频域正负序回路耦合阻抗方程，分析了次/超同步分量与正负序分量、dq分量之间的关系，解释了次/超同步分量幅值不相等的成因。然后，从定量的角度推导了次/超同步振荡模式在正负序分量、次/超同步分量上的可观可控度表达式，实现了次/超同步分量可观可控分析。最后，应用灵敏度的方法分析了影响次/超同步分量大小的参数，并针对理论分析结果进行了仿真验证。     

基于移相变压器的直驱风机次同步振荡抑制

针对直驱风机接入弱交流电网引发严重的次同步振荡问题,建立了并网系统的小信号模型.首先,利用特征值分析法得出系统的次同步振荡模态,通过参与因子分析揭示了直驱风机接入弱交流电网的次同步振荡机理;然后,在分析移相变压器应用原理的基础上,提出了基于移相变压器可实现直驱风机并网系统负电阻补偿的次同步振荡抑制方法;最后,在Matl...     

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。     

直驱风机风电场与交流电网相互作用引发次同步振荡的机理与特性分析

近年来,国内许多地区的直驱风机风电场在附近电网没有串补的情况下出现了持续的次同步频率范围的功率振荡。为深入研究该问题,该文建立典型直驱风机风电场接入交流电网的等值系统模型,通过电磁暂态仿真、阻抗模型和小信号分析研究次同步振荡产生的机理;分析接入交流电网强弱、风机出力、并网风机台数、风机控制参数及动态无功补偿设备对振荡特性的影响;结果表明,多台直驱风机通过弱交流系统并网时会出现次同步振荡模态,直驱风机在该振荡模态频率上表现为"具有小值负电阻的容性阻抗",与交流电网的电感构成谐振回路,并因负电阻效应而导致危险的功率振荡现象。最后,讨论了这种次同步振荡问题的潜在危害及其防范措施。     

新能源发电并网系统的同步参考坐标系阻抗模型及其稳定性判别方法

近年来,新能源发电并网系统中出现了新型的次同步振荡问题。为应对该问题,迫切需要开展适用于新能源发电并网系统的建模和稳定性判别方法研究。首先以一个简单的直驱风机–交流并网系统为例,分别推导了直驱风机和交流电网基于同步参考坐标系(synchronous reference frame,SRF)的阻抗模型,进而构建了系统整体的SRF阻抗模型;然后,基于该模型提出一种新的稳定性量化分析方法,并通过数学推导证明其有效性;最后,采用时域仿真和特征值分析验证了模型和判稳方法的有效性和精确性。所提方法具有针对实际复杂新能源并网系统开展阻抗网络建模和稳定性量化分析的潜力。     

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。     

基于输入导纳的直驱风电次同步振荡机理与特性分析

近年来新能源发电并网系统中多次发生了次同步振荡问题,其中直驱风电并网系统出现了新型的次同步振荡问题,迫切需要开展这种次同步振荡机理研究。该文基于同步参考坐标系,推导了直驱风机动态模型和输入导纳模型,分析了输入导纳实部及虚部(电导及电纳)的频率特性,提出了直驱风机网侧输入导纳在次同步频率范围的负电导特性是次同步振荡的重要表现形式,进一步分析了前置滤波、电流内环、直流电压外环及锁相环控制参数和接入系统强度对负电导特性影响;最后,采用传递函数的极点分析和时域仿真验证了所提出机理的正确性。     

MMC的交直流侧扰动特性分析

为规避模块化多电平换流器(MMC)带来的振荡失稳风险,对其交直流侧的受扰动特性进行深入研究。首先,基于桥臂电感和子模块电容的动态特性,建立了MMC的状态空间模型,其中特别考虑直流侧中点电位电压的影响。然后基于频率分量平衡原则,对正常工况以及交直流侧受扰动情况下MMC内部各变量的频率分量进行分析,并建立描述各变量扰动频率分量间对应关系的多频率扰动矩阵。在此基础上,通过时域仿真验证多频率扰动矩阵的准确性,并对次/超同步频段内MMC交直流侧的端口阻抗进行计算。最后,基于阻抗频率特性对MMC的交直流侧扰动放大效应进行分析。分析结果表明,MMC在次/超同步频段内某些频率下会放大系统扰动,且这些频率与系统参数有关。     

基于一阶LADRC控制的直驱风机次同步振荡抑制策略

针对直驱式风电机组接入弱交流电网诱发次同步振荡 (subsynchronous oscillation, SSO) 问题,提出一阶线性自抗扰控制(linear active disturbance rejection control, LADRC)策略抑制该现象,从而提高系统稳定性。首先,建立直驱式风电机组的并网数学模型,分析次同步振荡频率扰动分量的传播机理;然后,进行一阶LADRC电流内环控制器设计以及参数优化整定,分析表明：控制器对于次同步频率扰动分量有较强的抑制作用。最后,基于PSCAD/EMTDC仿真软件,建立传统PI和一阶LADRC控制的直驱式风电机组电磁暂态仿真模型。结果表明：所提方法能够阻断次同步频率扰动分量传播,有效抑制SSO。     

抑制直驱风电并网系统次/超同步振荡的储能变流器有源阻尼控制方法

为应对直驱风电并网系统接入弱电网引发的次/超同步振荡问题,针对储能变流器提出了一种改进的有源阻尼控制方法,建立了考虑所提有源阻尼控制方法的储能变流器序阻抗模型,并分析了含储能变流器的直驱风电并网系统阻抗特性。在次/超同步振荡频段,并网系统阻抗幅值较低且部分呈容性,当输出功率增大、电网短路比降低或锁相环带宽减小时,容易与感性电网阻抗发生交互,从而诱发次/超同步振荡。然后,考虑不同有源阻尼控制参数对系统稳定性的影响,并给出选取参数的方法,使直驱风电并网系统的正负序相角裕度大于零或幅频特性不与电网阻抗发生交截。分析结果表明,所提有源阻尼控制方法能够有效改善直驱风电并网系统的阻抗特性,在更为复杂恶劣的条件下,耗散振荡能量,抑制次/超同步振荡,增强系统的稳定性。最后,通过仿真验证分析的正确性。     

次同步扰动下并网电压源换流器电气量的频率分布及其幅值特性

针对并网电压源换流器在次同步电压扰动下输出多频率分量的现象,采用动态响应分析法和二阶近似,推导并分析了相应的输出电气量近似解的频率分布特性及其幅值大小。具体地,在次同步电压扰动下,保留二阶扰动量,逐步分析推导了锁相环、电流控制部分电气量的多频率分布及其幅值特性,得到了各频率分量幅值的近似计算公式;进一步地,分析了所提方法和传统小信号分析方法的区别和联系。通过仿真结果表明,次同步扰动下电压源换流器并网端口会出现互补的次/超同步分量,并伴有幅值较小的多频率分量产生,且其与次同步扰动频率互补的电压分量幅值与积分参数有关,与其他控制参数基本无关。仿真结果与理论推导结果基本一致。     

RSC扰动分量与转差频率耦合引起的DFIG定子间谐波电流解析模型

研究双馈风机(double fed induction generator,DFIG)的间谐波产生机理和传变规律对于分析风电的次同步振荡和电能质量问题兼具理论必要性和工程迫切性。为此,文章考虑转子侧变流器(rotor side converter,RSC)在逆变侧产生的扰动电压分量,根据双馈风机的稳态电压方程和磁链方程,构建了DFIG间谐波等效电路数学模型;通过坐标变换将转子与定子电气量统一于同步速dq旋转坐标系中;然后经推导和坐标反变换建立了RSC扰动分量与转差频率耦合引起的DFIG定子间谐波电流解析模型。在PSCAD平台上搭建双馈风机并网算例,仿真结果验证了该模型的准确性。最后利用该模型进行定量计算,分析了RSC扰动分量在DFIG中的传变规律和感应出的定子间谐波电流随风速变化的时变特性,从而为DFIG中定子间谐波电流的抑制奠定了基础。     

SVG与直驱风机间的次同步相互作用特性分析

近年来,新能源并网系统的次同步振荡问题日益凸显,我国许多地区的直驱风电并网系统出现了次同步频率下的功率振荡。目前风电场基本均装设了SVG等无功补偿装置来改善风电场的电压稳定问题,而SVG装置与直驱风电在次同步频段下的相互作用尚未明确。该文采用模态分析法,研究考虑SVG与直驱风机间相互作用的并网系统次同步振荡问题。首先,根据直驱风机和SVG装置的数学模型推导了其小信号分析模型。基于该模型,计算系统根轨迹,研究了控制参数和运行参数对次同步振荡模态特性的影响。同时利用模态的参与因子观察并网系统中装置间的耦合作用特性,最后利用电磁暂态仿真验证了模态分析结果的正确性。结果表明SVG的并入会影响风机并网系统稳定性,装置间存在次同步相互作用。     

基于虚拟同步控制的电压源型直驱风电机组并网稳定性分析

随着风电装机的增加,风电机组在弱电网下的稳定运行面临严峻考验。电压源型风机采用自同步方式运行,因而不受锁相环的影响,并且能够提供频率和电压支撑,更适于在弱电网下运行。为研究基于虚拟同步控制的电压源型直驱风机的并网稳定性,建立了电压源型直驱风机的数学模型及状态空间模型,采用特征模态分析方法,对比了电流源型/电压源型直驱风机的并网稳定性,分析结果表明电压源型直驱风机具有更好的弱电网适应性,但在较高短路比下容易出现低频振荡问题,在此基础上研究了关键参数对于低频模态稳定性的影响。然后进一步研究了电流源型/电压源型直驱风机混合风场的并网稳定性,结果表明：加入电压源型直驱风机可以提高原有电流源型直驱风场在弱电网下的稳定性。最后,通过PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真验证了特征模态分析结果的正确性。     

正阻尼PMSG并网系统限幅间歇饱和引起的次/超同步振荡分析

风电并网所引起的次/超同步振荡研究多集中于小信号模型分析,较少考虑遭受大扰动后限幅等非线性影响。基于单边限幅的描述函数与广义Nyquist判据,对正阻尼直驱式永磁同步发电机(PMSG)限幅环节间歇饱和引起的切换型次/超同步振荡进行分析。首先给出并网PMSG状态空间简化模型并分析其小干扰稳定性;其次发现一种大扰动后并网PMSG因不对称单边d轴电流限幅间歇饱和引起的新型切换型振荡现象;再次结合并网PMSG网侧变流器的频域模型以及单边限幅的描述函数,给出含限幅环节的PMSG系统近似分析模型;最后结合广义Nyquist判据,近似分析不同限幅值和参数下的振荡频率,并解释该种振荡频率随限幅上限降低而增加的现象。     

计及频率耦合和汇集网络的风电场序阻抗模型等值方法

近年来,中国河北沽源、新疆哈密等风电基地频繁发生电网振荡问题,呈现次、超同步频率振荡分量强耦合现象。频域小信号阻抗方法是建模和分析这类由电力电子并网装置引起的控制不稳定和振荡问题的有效方法。目前针对单个逆变器或风电机组频率耦合阻抗模型已有研究基础,文中基于此提出一种考虑频率耦合和汇集网络的风电场序阻抗模型等值方法,建立的风电场等值阻抗与单个逆变器或风电机组的模型定义和形式统一,能够用于分析次、超同步频率耦合的振荡问题。以直驱风电场并入弱电网系统为例,对所提出的模型应用于系统稳定性分析及振荡频率预测的准确性进行了仿真验证。     

双馈风电场次同步谐振特性及对电力系统的影响分析

针对双馈风电场次同步谐振问题,通过理论计算与现场实测,分析了等效电路模型在计算谐振频率时存在的问题,并且提出了准确计算谐振频率的方法。通过分析不同风电并网规模时振荡电压、电流波形的特点,讨论了系统阻尼与振荡特性之间的关系,提出弱阻尼系统在风机满发下仍会出现振荡幅值较大的现象。结合次同步振荡频率范围以及电压、电流的振荡幅值,讨论了次同步谐振可能造成系统保护误动、风机脱网、发电机轴系损伤和变压器偏磁等问题,为准确分析风电场次同步谐振对系统的影响提供依据。