磁链控制型双馈风电机组及其弱电网阻尼优化策略

区别于跟网型结构,采用构网型结构的双馈风电机组不存在电流环与锁相环的耦合,且具备一定的频率/电压主动支撑能力,因而更适合在弱电网下运行。针对双馈风电机组的构网型结构,提出一种磁链控制型双馈风电机组(FC-DFIG)构网方案,通过构建定子磁链外环-转子电流内环的双闭环结构实现对定子磁链矢量的幅相控制,进而调节并网功率。基于传输功率与定子磁链矢量的关系,提出FC-DFIG构网方案,并建立其小信号模型,证明该结构稳定可控。此外,针对弱电网下的低阻尼特性,基于定子d轴磁链微分前馈策略优化系统阻尼,理论和实验证明所提方案可以改善机组阻尼特性,有效提升FC-DFIG在弱电网下的稳定性。     

MMC-HVDC接入对同步发电机阻尼转矩的影响机理分析

模块化多电平换流器型柔性直流输电(MMC-HVDC)接入可能引起同步发电机之间发生低频振荡失稳。为此,研究了采用功率同步控制和电流矢量控制的MMC-HVDC对同步发电机阻尼转矩的影响机理。首先,建立考虑模块化多电平换流器(MMC)影响的同步发电机改进Heffron-Philips动力学模型。随后,采用复转矩分析法,研究MMC通过网络动态耦合导致发电机出现负阻尼转矩的机理。进而,采用参数灵敏度分析,讨论和对比了两种典型控制策略下,导致同步发电机发生振荡失稳的MMC关键控制环节。最后,对采用功率同步控制的MMC提出了一种辅助控制策略,能够消除由其接入引起的同步发电机负阻尼转矩。基于PSCAD/EMTDC下搭建的多机系统电磁暂态仿真模型,验证了所提辅助控制策略的有效性和鲁棒性。     

虚拟同步控制对风电并网系统次同步振荡阻尼影响分析

为厘清虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)对风电并网系统次同步振荡的影响机理,建立了含VSG的风电并网系统全阶状态空间模型。以振荡频率及阻尼比为量化指标,定量评估了在次同步振荡模态下VSG的阻尼特性,并通过求解参与因子得到VSG控制参数对次同步振荡的灵敏度。最后,通过时域仿真验证了建模方法的有效性和机理分析的准确性。结果表明,尽管VSG削弱了转子侧换流器内环比例系数对次同步振荡的影响,但是该系数对次同步振荡的影响仍然最大,且VSG励磁控制积分系数对次同步振荡的影响程度高于阻尼系数。     

光伏与LCC-HVDC系统的次同步振荡耦合路径及阻尼特性分析

随着电网换相型高压直流(LCC-HVDC)系统送端近区光伏容量的增加,光伏经LCC-HVDC外送系统的振荡稳定性问题日益凸显。然而,光伏与LCC-HVDC系统的次同步交互作用尚不明确,相关研究较少。为此,首先建立光伏经LCC-HVDC外送系统的闭环传递函数框图,探明次同步分量在光伏与LCC-HVDC系统间传递时的耦合路径;然后,提出一种阻尼分离方法,评估交互作用对系统次同步振荡（SSO）阻尼的影响;最后,结合时域仿真进行影响因素分析。研究结果表明：光伏自身的闭合回路及光伏与LCC-HVDC系统、交流系统的耦合路径均经过与直流电容振荡模态相关的传递函数,导致各类交互作用阻尼特性共同决定系统SSO特性;对于所提算例,光伏与交流系统、光伏与LCC-HVDC系统的交互作用为SSO提供负阻尼;LCC-HVDC系统定电流控制器和光伏逆变器外环的比例系数减小、积分系数增大,或光照强度增大时,系统SSO风险增大。     

基于双馈风机抗阻比的次同步振荡抑制策略

现有的抑制双馈风机次同步振荡(SSO)的方法大多以转子转速偏差信号作为输入,需要较大增益的同时可能会引起超同步振荡。利用双馈风电场-串联补偿输电系统的复频域阻抗模型,将基于双馈风机网侧变流器的阻尼控制等效为虚拟阻抗,解释了双馈风机在不同抗阻比以及不同补偿角度下的作用机理;基于以线路电流为输入的次同步阻尼控制方法,提出了改进的基于双馈风机抗阻比设计最佳补偿角度的阻尼控制策略及参数整定方法。以真实风电场SSO事件为算例,在MATLAB/Simulink平台搭建双馈风电场-串联补偿输电系统的等值模型,通过时域仿真验证了所提阻尼控制策略的效果。     

基于等效同步功率的孤岛并联构网变流器系统暂态稳定性分析

随着构网变流器在微电网中应用的增长,其对微电网暂态稳定的影响受到了广泛关注。不同于单机无穷大系统,孤岛并联构网变流器系统的频率和功角差相互耦合,暂态响应特性更为复杂。为精准分析孤岛并联构网变流器系统的暂态响应,文中基于功角耦合运动方程建立双机频率和功角差的三阶暂态同步模型,并且分析了双机出力差异和下垂系数对于暂态稳定的影响特征。为揭示出力和下垂系数对于暂态稳定的耦合机理,对双机系统进行等效同步功率分析,并且提出一种基于构网变流器出力的自适应下垂系数优化策略,可以根据出力差异自适应提升双机系统的等效同步功率,进而提升系统暂态稳定性。最后,采用实时仿真验证了三阶暂态模型的正确性和所提控制策略的有效性。     

风电弱电网次同步振荡吸收装置的研究

随着风电机组单机容量的不断增大以及并网规模的不断扩大,大量经验表明风电具有随机性、波动性和间歇性,这些特性会导致所电网功率快速变化。由于风电机组所接入的电网绝大多数为弱电网,电网的特性较弱,电网的波动与风电机组间由于机电耦合作用可能会导致风电机组产生振荡。为此研究了一种可以吸收风电机组次同步振荡(SSO)的装置,该装置由绝缘栅双极型晶体管(IGBT)型电力电子变流器和超级电容构成,通过采用相应的控制策略对风电机组的SSO分量进行吸收补偿,采用两种吸收治理控制策略,通过仿真研究比较两种方案的可行性和有效性。最终通过实验验证了该方案的有效性。     

基于构网型储能的风电场-弱电网次同步振荡抑制方法

随着新能源发电渗透率的增加,未来电力系统面临多种安全稳定挑战,次同步振荡即为广受关注的稳定性问题之一。基于构网型控制的电池储能系统(grid forming-battery energy storage system, GFM-BESS)实现次同步阻尼控制(subsynchronous damping controllers, SDC)策略,可高效抑制直驱风机与弱电网相互作用引发的次同步振荡,使得BESS在提供削峰填谷、调峰调频等基本功能的同时,能够为并网风电的潜在振荡模态提供正阻尼。设计了基于低通滤波器、陷波器和移相器的SDC结构,优选了控制环节的加入位置和滤波增益参数。最后,通过电磁暂态仿真验证了所提方法的有效性,比较了各种SDC的阻尼性能,并分析了BESS容量对阻尼控制效果的影响。具体地,采用基于二阶陷波器和移相器的SDC在所构建系统条件下拥有更优越的性能;阻尼目标次同步振荡模态需要5%及以上的BESS容量。     

虚拟同步直驱风机低频振荡机理分析及阻尼补偿控制

虚拟同步机技术可有效提升电网的电压支撑能力,但也引入了复杂的低频振荡问题。目前,对传统虚拟同步机的低频振荡研究大多忽略直流侧及机侧动态,难以准确刻画虚拟同步直驱风机的低频振荡特性。为解决上述问题,首先,建立了计及机侧动态和直流电压动态的统一阻尼转矩模型,利用阻尼转矩法揭示了机侧转子动态产生的负阻尼转矩是导致风机低频振荡的主要原因,并分析了各环节对风机低频振荡特性的影响规律。进一步,提出了阻尼补偿控制以削弱机侧动态的负阻尼效应,有效提升了机侧耦合下风机并网系统的稳定性。最后,简要分析了所提控制在多机系统的适用性,并基于MATLAB/Simulink仿真验证了理论分析的准确性和所提控制的有效性。     

DFIG并网对电网低频振荡特性的影响研究

风电装机容量的增长使其对电力系统的影响更加明显,因此研究风电并网对电力系统低频振荡特性的影响,对确保电网的稳定运行具有重要意义。文中建立了完整的3机9节点电力系统模型,运用改进Fast ICA与Prony算法相结合的方法研究双馈风电机组并网对电力系统低频振荡特性的影响。分析结果表明,风电机组的接入为系统引入一个新的低频振荡模式,并且随着风电机组接入容量与接入位置的不同,振荡模式的阻尼特性也随之发生变化。     

弱电网下双馈风机并网系统的次同步振荡研究

目前,大规模风电需经过多级升压变并网,并通过长距离输电线路实现电力外送,而由长电气距离造成的电网强度降低会对风电并网系统的稳定性造成威胁.现有对弱电网下双馈风机并网系统的稳定性研究不多,更鲜有考虑频率支撑控制的影响.鉴于此,采用状态空间分析法,研究了弱电网下考虑锁相环与频率支撑控制的双馈风机并网系统的次同步振荡问题.首...     

计及电压环影响的虚拟同步发电机低频振荡阻尼分析与控制

虚拟同步发电机（VSG）通过多层控制模拟同步发电机运行特性,其动态具有多时间尺度特征,并网系统存在宽频振荡模式。文中关注低频振荡模式,基于多时间尺度特性分析,建立计及相邻尺度dq轴电压环影响的类Heffron-Phillips稳定分析模型,进而借鉴传统电力系统低频振荡研究思路,应用阻尼转矩法揭示了虚拟转子运动的阻尼特性。分析发现VSG阻尼可分为两部分：虚拟转子运动自身固有阻尼和等效电磁转矩提供附加阻尼。附加阻尼为负,并深受电压环动态影响,当附加阻尼大于固有阻尼时,低频振荡模式会因阻尼不足而失稳。基于阻尼特性分析,提出一种电压环相位补偿方法,增大等效电磁转矩与阻尼分量负半轴角度,以削弱电压环引入的负阻尼影响。最后,通过仿真验证了理论分析的正确性和改进控制的有效性。     

弱电网下双向并网变流器虚拟正阻尼重塑控制

针对弱电网下恒功率控制模式中双向并网变流器系统稳定性会因功率传输方向的不同而产生差异进而引发系统振荡甚至失稳的问题,提出了一种虚拟正阻尼重塑控制策略,将负阻抗重塑为正阻抗,增强系统阻尼进而提升稳定性。首先,详细地建立了双向并网变流器交流侧端口阻抗在d-q坐标系下的小信号模型,分析了不同功率方向下阻抗特性的差异。其次,结合系统最小环路比表达式和电网等值阻抗表达式,基于奈奎斯特稳定判据,分析了电网等值阻抗大小和功率传输方向两个因素对系统稳定性的影响。然后,分析了弱电网下双向逆变器虚拟正阻尼重塑控制策略,并对其进行建模与分析。结果表明：虚拟正阻尼重塑控制可以实现将负阻抗重塑为正阻抗,并增强系统阻尼。并且,即使在电网等值阻抗较大的弱电网下,系统也能保持较好的双向功率稳定性。最后,基于MATLAB/Simulink和小功率实验平台验证所提策略的有效性。     

采用三阶模型的虚拟同步发电机功率振荡特性分析及附加阻尼控制

虚拟同步发电机(virtual synchronous generator, VSG)为电力电子化电力系统所存在的惯量不足等问题提供了新的解决方案,但VSG是基于同步发电机的数学模型设计的,因此也存在传统同步电机的功率振荡问题。采用同步发电机的三阶模型进行VSG–无穷大系统的小信号模型的构建,并通过复数力矩系数法,分析得出在一定条件下,VSG–无穷大系统在线路阻抗等因素的影响下将产生负阻尼力矩,且线路电阻对负阻尼力矩具有非线性影响,功率振荡的可能性较大。设计一种用于改善系统阻尼特性的附加阻尼力矩补偿器(additionaldampingtorquecompensator,ADTC),通过引入正阻尼力矩抑制功率振荡。最后通过仿真,验证了负阻尼力矩的影响因素及ADTC的可行性与有效性。     

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。     

柔性直流输电系统的构网型控制关键技术与挑战

随着大规模非同步电源替代传统电网部分同步电机,电源结构和电网骨架发生变化,电力系统将面临弱系统、惯量低和电压支撑弱的问题。采用构网型控制的柔性直流输电系统可模拟同步电机运行特性,在实现功率传输的同时发挥电网支撑作用。文中对构网型控制柔直应用场景和技术框架进行了介绍,从并网性能评价、宽频谐振稳定和暂态稳定性3个角度分析了构网型控制应用于柔直领域的关键技术,归纳分析了在控制参数设计、一次设备过流能力以及能量来源3个方面的挑战以及若干技术方向。     

基于DFIG功率振荡阻尼器的电力系统低频振荡抑制综述

随着大规模风电并网,风电机组与同步机组间的动态交互加剧,前者对电网低频振荡(low-frequency oscillation,LFO)的负面影响和正面控制效果渐趋显著。文章对双馈风电机组(doubly-fed induction generator,DFIG)并网系统LFO抑制问题展开调研。分析了DFIG并网对LFO的影响机理,从风电侧和电网侧比较了LFO抑制措施。重点讨论了DFIG附加功率振荡阻尼器(power oscillation damper,POD)的参数整定方法和控制策略设计。对基于传统方法、优化方法、鲁棒理论等参数整定方法,以及线性二次型调节器(linear quadratic regulator, LQR)、自抗扰控制(active disturbance rejection control,ADRC)、滑模变结构控制(sliding mode control,SMC)、模糊控制等控制策略进行比较分析。最后对DFIG并网电力系统低频振荡抑制问题,给出后续研究展望。     

自动发电控制振荡中元件与控制环节的阻尼特性分析

电力系统中的有功频率控制过程包含一次调频环节和自动发电控制(AGC)环节,频率振荡中与AGC环节强相关的振荡被称为AGC振荡。为研究不同的有功频率控制过程对于AGC振荡的阻尼贡献,将阻尼转矩法应用到AGC振荡分析中,提出AGC振荡中的机械功率阻尼转矩系数的计算方法,在单机单负荷系统中阻尼转矩系数可通过传统的将特征值代入传递函数的方式得到,但传统方法在多区多机系统中不适用。为此,提出了利用模态计算阻尼转矩系数的方法,推导了阻尼转矩系数与AGC模式稳定性的关系。结果表明,阻尼转矩系数为正时,机械功率为系统提供正阻尼,相反则提供负阻尼,且验证了阻尼转矩法在AGC振荡中的适用性。将阻尼转矩系数分解到各有功频率调节过程中,结果显示在AGC振荡中,由于AGC环节的相位滞后较大,而一次调频环节的相位滞后较小,故AGC环节整体上提供的阻尼转矩系数容易为负,而一次调频环节整体上提供的阻尼转矩系数容易为正。但具体到单台机组中,AGC环节和一次调频环节提供的阻尼转矩系数皆既可能为正,也可能为负。最后,利用阻尼转矩法分析了部分参数对于AGC振荡的影响。     

弱电网下计及锁相环影响的并网逆变器稳定性提升方法

并网逆变器通常使用锁相环获取电网电压同步信息。在弱电网中,电网阻抗不可忽略,公共耦合点处的电压扰动使得锁相环输出相角存在偏差,从而影响对并网电流的控制,不利于并网逆变器的稳定运行。为抑制锁相环引入的扰动、增强并网系统的稳定性,提出一种基于非理想广义积分器的改进小信号补偿控制方法。首先,在dq坐标系下建立考虑锁相环影响的LCL型三相并网逆变器小信号模型。然后,分析加入小信号补偿前后并网逆变器等效输出阻抗的变化特征,针对小信号补偿方法对稳定裕度的提升效果随频率升高减弱这一问题,在小信号补偿的基础上加入微分补偿通路,微分项由非理想广义积分器等效替代。在电网阻抗宽范围变化时,采用所提方法可以确保并网逆变器始终保持良好的稳定裕度,增强了并网逆变器的稳定性和动态性能。最后,通过实验验证了理论分析的正确性和所提方法的有效性。