基于SVC的大型风电场次同步谐振抑制

当风电场通过含串联补偿电容线路提升外送功率时可能会发生次同步谐振。分析了风电场次同步谐振机理以及SVC在抑制大型风电场次同步谐振方面的作用,将SIMPLEX算法与单隶属度函数模糊控制技术相结合,设计了基于单隶属度函数模糊控制的SVC附加控制器。与常规模糊控制器相比较,论文提出的控制方案性能更优,能更快速抑制次同步谐振。仿真结果验证了所提出附加控制器的优越性。     

含双馈机组转子侧附加控制的风电场次同步振荡抑制方法

针对含双馈机组风电场通过串联补偿外送功率时产生的次同步振荡(sub-synchronous oscillations,SSO)问题,建立了包含两质量块轴系、d-q解耦控制回路等的详细模型。采用测试信号法绘制分析阻尼曲线。该曲线显示,串联补偿的加入改变了电气阻尼特性。如果控制器参数不合理,较低串补度下也有发生振荡的风险;随着串补度的加大,电气谐振点的负阻尼越大,对应于转子侧的电气谐振频率越低。当轴系参数耦合时会发生轴系扭振。针对双馈机组转子变换器控制回路的特点,在转子侧注入次同步电流,以激发次同步电磁转矩阻尼振荡,设计附加功率控制的次同步阻尼控制器(sub-synchronous damping controller,SSDC)对次同步振荡予以抑制,并给出了控制器参数的整定方法。时域仿真结果表明:采用该SSDC方案,能够有效抑制串补引发的风电场SSO问题。     

直驱风电场和串补之间的次同步振荡风险

随着电网规模的持续扩大,串补长距离输电系统引发的次同步振荡现象频现。因此,如何探析串补输电系统失稳的深层原因是当前系统稳定性分析发展方向之一。本文基于开环模式谐振理论,提出了一种串补输电线路引发次同步振荡的开环模式谐振分析方法,文章首先建立了直驱风电场外接串补输电线路的小信号模型,并通过开环模式谐振分析方法研究了串补线路和直驱风电场之间的动态交互作用。结果表明串补主导的开环次同步振荡模式与风电场主导的开环次同步振荡模式在复平面靠近时,系统的闭环稳定性将会下降,并运用残差指标成功预测了开环模式谐振条件下闭环模式的位置,而改变风机参数或调整串补度可以规避动态交互的发生。本文通过算例系统验证了上述理论分析的正确性,证明直驱风电场通过串补输电线路进行输电时存在一定的失稳风险,能在一定程度上为串补输电系统的参数整定提供借鉴。     

双馈风机次同步相互作用研究

分析了产生谐振的条件及机理.根据某风电场提供的实际参数,利用PSCAD建立1.25 MW双馈风力发电机模型用于次同步振荡分析,采用时域仿真分析了系统的次同步谐振频率随串补度的变化及其对双馈风机电流和功率的影响.通过对比某风电场脱网故障时的录波监测数据,验证了风电机组次同步振荡分析模型的准确性,为风电机组的次同步振荡控制提供了分析基础.     

不同位置子群风电场主导因素变化对次同步谐振特性影响程度比较

为了说明不同位置的子群风电场变化同样的参数范围对整个大型风电场的次同步特性的影响程度不同。以华北地区某大型风电场双馈风机串补系统为研究背景,采用3台风机来等效实际中处于不同位置的3个子风电场群,建立了整个系统的线性化模型,利用参与因子确定了系统中的次同步谐振模态。着重比较了各子风电场群中转速、输出功率、风机台数以及线路参数等主导因素变化对整个系统次同步谐振特性的影响。结果表明:离汇流母线电气距越近的子风电场,变化同样的参数范围,对系统的稳定性影响越大。子风电场群中投入的风机数量对于次同步谐振特性的影响与风机的转速有关,呈非线性关系。各个子风电场群与汇流变电站之间的输电线路阻抗增大时,系统的稳定性增强,系统的谐振频率增大。     

频率扫描法分析南方电网串补工程引起的次同步谐振可能性

针对南方电网串补工程引发的次同步谐振的可能性进行了分析研究.研究表明除百色串补工程外,平果和河池串补工程可以不考虑其对次同步谐振的影响,且百色串补中的马百线对待研机组的影响可以不予考虑.并用频率扫描法分别分析了百色串补线路在不同串补度下的谐振问题,说明了长距离输电系统在高串补度下容易引起次同步谐振.     

降低次同步谐振风险的大型火电基地经串补线路送出规划和运行方案

为减小大型火电基地经串补线路送出所面临的次同步谐振(subsynchronous resonance,SSR)风险,采用特征值分析法研究了发电厂侧机组型号、机组运行组合对系统电气谐振特性的影响,并分析了电力网侧关站选址/串补度设置综合方案对系统SSR特性的影响,提出了同电厂采用不同型号机组、优化关站选址/串补度设置来降低系统SSR风险的大型火电基地经串补外送系统的规划方案。针对已经投入运行的系统,提出通过减少运行发电机台数等运行机组组合的调整方案,来降低系统面临的SSR风险。后,通过基于PSCAD/EMTDC的电磁暂态仿真对上述方案的有效性进行了验证。     

多运行方式下风电机组变频器参与次同步相互作用的分析与抑制

大规模风电经串补线路进行远距离传送存在引发次同步相互作用的风险,系统运行方式、串补度及变频器控制参数为主要影响因素。采用概率法和模式分析相结合,分别在含双馈感应型和永磁同步型风电场系统中,研究多运行方式下风电串补系统的次同步相互作用。利用参与因子进行模式识别,研究了串补度对次同步振荡模式及概率稳定性的影响,引入概率灵敏度指标分析起主导作用的变频器PI控制参数,并基于风电机组变频器提出一种鲁棒抑制次同步相互作用的附加阻尼控制策略。仿真结果表明,双馈风电串补系统中易产生次同步控制相互作用,在网侧变频器加装鲁棒DFIG-PSS能实现其有效抑制,而永磁同步风电机组对这一相互作用具有免疫特性。     

TCSC对发电机组次同步谐振阻尼特性影响研究

采用基于时域仿真实现的复转矩系数法—测试信号法研究了含有可控串补(TCSC)的电力系统中的次同步谐振(SSR)阻尼特性。采用 IEEE SSR第一标准测试系统模型,将其中部分固定串补电容改造为 TCSC。TCSC采用3种闭环控制方式如恒电流、恒功率及阻尼功率振荡控制。通过频率扫描计算出发电机组在次同步频率范围内的电气阻尼特性曲线,分别研究了开环控制和3 种不同闭环控制方式下 TCSC导通角对电气阻尼特性的影响。结果表明,不论在何种控制方式下,相对于固定电容串补,TCSC都能大大减小谐振点附近的电气负阻尼;TCSC的导通角对阻尼特性有很大影响,TCSC运行在较大导通角时可有效减小谐振点附近的电气负阻尼。     

双馈风电场并网次同步振荡分析与抑制方法研究

针对风电场引发的次同步振荡问题,研究了产生机理,并提出了抑制方法.建立了双馈风电场经串补线路并网的小信号模型,基于特征值分析法和相关因子对振荡模态和机理进行分析.结果表明,线路串补度过高是引起次同步振荡的主要原因.提出采用避开谐振点、提高电气阻尼的方法抑制次同步振荡.     

直驱风电机组全运行区域的次同步振荡特性分析

针对直驱风电机组(direct-drive permanent magnet synchronous generator, D-PMSG)并入弱交流电网的次同步振荡(subsynchronous oscillation, SSO)问题,现有研究多是在风机处于最大功率跟踪运行区域的情况下进行分析,未考虑恒输出功率等运行区域。建立了D-PMSG并入弱交流电网的小信号模型,进而采用特征值法对全运行区域下不同风速、不同输出功率时的次同步振荡特性进行分析,并建立了D-PMSG并入弱交流电网的PSCAD/EMTDC时域仿真模型,验证理论分析结果的正确性。结果表明：在最大功率跟踪运行区域,风速增大且输出功率为最大值时,次同步振荡阻尼增大;在恒输出功率运行区域,输出功率一定,风速增大,次同步振荡阻尼和频率基本不变;在全运行区域,相同风速下,输出功率越小,阻尼越小;在实际运行中,若电网限制D-PMSG的输出功率,降低系统的输出功率更适合采用切机措施,使得系统在发生次同步振荡现象时有更大的阻尼。     

Modal Analysis of Induction Generator Based Wind Farm Connected to Series-compensated Transmission Line and Line Commutated Converter High-Voltage DC Transmission Line

This article presents a comprehensive analysis of the potential of sub-synchronous resonance in induction generator based wind farms connected to a line commutated converter based high-voltage DC transmission line. Since series-compensated lines are also known to cause sub-synchronous resonance in induction generator based (Type 1) wind farms, this study also considers a series-compensated line in parallel with the high-voltage DC line for the investigation of sub-synchronous resonance potential. The CIGRE benchmark high-voltage DC system and the IEEE first benchmark system are considered as the study system components. A linearized state-space model of the study system is developed for eigenvalue analysis followed by participation factor analysis. A sensitivity study of the sub-synchronous resonance modes with respect to variation in different model parameters, such as rectifier firing angle, DC line power flow, and series compensation level, is also reported. It is found that the high-voltage DC rectifier station current regulator does not interact with any of the sub-synchronous modes of the wind farm. However, in the event that the high-voltage DC line is blocked during a contingency, the wind farm will operate radially with the series-compensated line and may experience sub-synchronous resonance oscillation due to the induction generator effect.     

风火电组合外送系统中风电改善火电机组SSR的研究

大型煤炭基地电力与风电基地电力的组合外送在中国具有现实需求。外送通道中一般需加装串联补偿装置,以提升风火电组合外送能力,但可能导致送端火电机组发生次同步谐振（sub-synchronous resonance, SSR）。为此,基于加入风电系统的IEEE SSR第一标准测试模型,采用时域仿真及Prony阻尼比辨识法,定量分析风电场接入对其近端火电机组SSR特性的影响;并根据相位补偿原理设计风电机组附加阻尼控制器,通过动态调节风电机组的无功出力,在次频域内提供电气正阻尼,以消除SSR。此时,由于双馈风电机组采用有功、无功解耦控制,风电机组的有功出力基本不受影响。仿真结果表明,该方法能改善经串联补偿外送的大容量风火电组合系统动态特性,提高大规模风电跨区消纳能力。     

混合型统一潮流控制器抑制风电次同步振荡控制策略

混合型统一潮流控制器(hybrid unified power flow controller,HUPFC)可以实现统一潮流控制器(unified power flow controller,UPFC)与移相变压器(‘Sen’ transformer,ST)的优势互补,广泛应用于系统潮流控制之中。但是,尚未有文献开展HUPFC抑制系统次同步振荡(sub-synchronous oscillation,SSO)的研究。针对双馈风机(double-fed induction generator,DFIG)经串补输电系统存在的SSO问题,提出一种HUPFC附加有源电阻控制(supplementary active resistance control,SARC)策略。首先,阐述了HUPFC的原理及其SSO抑制机理。然后,设计了SARC策略,该策略通过实时跟踪线路中的次同步电流信号,使HUPFC向输电线路叠加一个与次同步电流信号相位相同、幅值可变的次同步电压,进而实现系统等效正电阻,达到抑制SSO的目的。最后,给出了SARC的参数设计方法,在PSCAD/EMTDC仿真环境中,以华北某风电场为仿真算例,采用频率扫描与时域仿真相结合的方法,验证了所提HUPFC的SARC策略抑制双馈风机经串补输电系统SSO的有效性。     

考虑SVG控制模式的风电场系统中频谐振分析与抑制

目前对集群风电场谐振的研究多集中于次同步与高频谐振问题,缺乏对含静止无功发生器(SVG)的集群风电场中频谐振机理的深入探索。针对空载线路投入导致的风电场区域系统中频谐振问题,根据谐波线性化理论,分别建立定功率因数控制与恒无功控制模式的SVG序阻抗模型以及直驱风机序阻抗模型。采用阻抗分析法,发现SVG采用定功率因数控制将扩大风电场区域系统中频负阻尼范围,增加风电场区域系统发生中频谐振的风险,因此提出一种基于SVG电压前馈施加低通滤波器的谐振抑制措施,实现对风电场区域系统的阻抗重塑,以减小风电场区域系统负阻尼区间。最后通过仿真验证了理论分析和所提谐振抑制措施的正确性。     

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。     

吉林通榆风电基地次同步振荡现象研究

针对吉林省通榆风电基地的次同步振荡现象,首先对风电场的振荡形态进行了归纳,发现其存在突发式短时间振荡、恒幅值长时间振荡和变动的长时间振荡等三种典型的振荡形态。然后,利用现场实验研究了不同因素对系统振荡的影响,结果表明双馈型风力发电机组和固定串补是造成振荡的根源。最后,提出了应对通榆风电基地次同步振荡的对策。     

不同输电方式下风电接入对传统火电次/超同步振荡影响研究

随着风电等新能源并网容量的增加,电网中风电的大规模接入为系统的稳定性带来了新的挑战。当风电机组接入火电系统时,风电机组与传统火电因交互影响产生的次同步振荡的机理尚未明确,因此值得进一步来探讨。文中采用特征值分析法建立了风火混合经交流串补及柔性直流输电并网外送系统的状态空间模型,并通过对比分析研究了风机的接入对传统火电固有振荡模式的影响,进一步地,通过改变并网距离等参数来分析系统结构参数对风机与火电交互作用引发的次/超同步振荡模式的影响;在此基础上,揭示了交流输电与直流输电两种不同输电方式下风电接入对传统火电次/超同步振荡的影响机理与因素;并利用PSCAD/EMTDC平台进行时域仿真证实了所建立系统的正确性。