双馈风电机组虚拟惯量控制对电力系统机电振荡的影响分析

虚拟惯量控制能使双馈风电机组为电网提供类似同步发电机的调频特性而得到广泛关注,但同时这种有功—频率外特性将不可避免地使双馈风电机组参与到同步发电机的机电振荡模式中,导致系统动态变得更为复杂。为了揭示双馈风电机组中虚拟惯量控制对电力系统机电振荡模式的影响规律,文中建立了基于虚拟惯量控制的双馈风电机组并网系统小信号模型,采用模态分析法分析了虚拟惯量控制相关控制回路(即虚拟惯量模拟环、锁相环和有功控制环)对同步发电机间机电振荡模式的影响规律。基于改进四机两区域系统的研究表明,增大下垂系数和适当增大滤波时间常数能改善系统阻尼,锁相环带宽和功率外环带宽过小将使双馈风电机组有功控制延迟,从而无法提供正向的阻尼转矩,导致系统阻尼减小。     

含虚拟惯量的双馈风电机组动态能量模型及振荡稳定性研究

针对含虚拟惯量的双馈风电并网系统振荡稳定问题,从动态能量的角度揭示了虚拟惯量对双馈风电机组(doubly fed induction generator,DFIG)参与系统振荡的作用机理。首先,构建了不同振荡模态下含虚拟惯量双馈风电机组的动态能量模型,并探究了虚拟惯量直接和间接通过锁相环影响机网耦合的能量通道。在此基础上,定义了耗散强度指标,表征双馈风电机组对各振荡模态的耗散作用,并分析了不同接入位置、不同控制参数、不同振荡模态下虚拟惯量通过各能量通道对双馈风电机组耗散强度以及机网耦合作用的影响,揭示了含虚拟惯量风电机组与网侧能量交互诱使系统振荡发散的作用机理。最后,以IEEE四机两区系统进行实时数字仿真(Real Time Digital Simulator,RTDS)仿真验证,结果表明:当锁相环(phase-locked-loop,PLL)自激振荡模态与网侧机电振荡模态频率相距较远时,含虚拟惯量风机接入送端区域产生负耗散作用,接入受端区域产生正耗散作用。当PLL自激振荡模态与网侧机电振荡模态频率接近时,受模态强耦合共振影响,风机通过锁相环自耦合能量通道和虚拟惯量能量通道与电网强交互...     

双馈风电机组虚拟惯量控制量化分析与参数优化整定

风电机组虚拟惯量控制与锁相环、滤波器等环节交互耦合，各环节及参数对惯量响应特性的影响机理尚不明晰，不利于虚拟惯量控制优化与参数整定。为此，首先建立了考虑锁相环动态特性、滤波器带宽的双馈风电机组虚拟惯量附加控制详细状态空间模型，从系统稳定性与阻尼特性2个方面，量化锁相环参数、滤波时间常数、虚拟惯量系数对风电机组惯量响特性的影响与变化规律；在此基础上，从系统小干扰稳定、惯量时间常数、阻尼比角度出发，探讨了上述参数的优选取值范围，并提出了虚拟惯量关键参数优化整定方案。最后，在Matlab/Simulink中搭建了双馈风电机组接入无穷大电网仿真模型，仿真验证了理论研究与所提参数整定方案的合理性与有效性。     

含惯量控制的高渗透率风电接入交直流混联输电系统的稳定性分析

为研究高渗透率风电接入交直流混联输电系统的稳定性,首先建立含惯量控制的双馈风机接入附加频率限制控制器的交直流混联系统的低频振荡分析模型。分析含惯量控制的双馈风电机组在不同渗透率下对交直流混联电网区域间振荡模式的影响,进一步分析直流输电系统频率限制控制的投入对系统阻尼特性和频率特性的影响规律。研究结果表明高渗透率下双馈风机惯量控制和直流输电系统频率限制控制能够增大系统阻尼,抑制低频振荡。在Matlab/Simulink中搭建时域仿真,对分析结果进行了验证。     

改进的双馈风力发电系统小干扰模型

基于双馈风力发电机转子运动方程,对双馈风力发电机组接入无穷大系统引发的负阻尼型低频振荡进行机理分析,寻找产生负阻尼的系统运行条件,以及影响系统阻尼的各个运行参数。基于李亚普诺夫原理,建立了改进的双馈风力发电机组小干扰稳定性模型,相比传统的双馈风力发电机组小干扰稳定性模型。该模型将风机的机械特性、轴系传动特性、发电机电磁特性以及定、转子侧的控制特性全部反映到风机的状态方程里,可以更加准确地反映风机接入系统后的振荡模态。仿真结果验证了上述模型的有效性,并对比了双馈风电机组处于不同运行模式不同控制方法下的系统模态。     

含双馈风电场的电力系统低频振荡模态分析

大规模风电场接入电网可能增加区域间和局部区域低频振荡和风电机组轴系扭振的风险。研究了含双馈风电场的电力系统低频振荡特性;在考虑风力机传动链、变桨控制和双馈发电机动态模型及其控制策略的情况下,建立含双馈风电场的电力系统小信号稳定性分析的详细模型;采用模态分析方法,分析了IEEE两区域四机的双馈风电系统低频振荡模态,并通过时域仿真验证了模型和模态分析的正确性。针对风电接入潮流不变和改变两种情况,研究了风电场不同运行工况、接入容量以及是否参与无功调度对系统区域间、局部振荡模态以及风电机组轴系振荡模态的影响。结果表明,含双馈风电场的系统低频振荡特性不仅受风电场运行控制及其容量大小的影响,而且与接入系统潮流变化情况密切相关,采用同步电机协调控制方式使得系统潮流不变时将有助于改善系统区域间振荡模态的阻尼。     

双馈风电机组惯量控制对系统小干扰稳定的影响

研究了双馈风电机组加入惯量控制后对系统小干扰稳定的影响。首先,分析了双馈风电机组为系统提供惯性支持的基本原理,讨论了两种惯量控制的方法。然后,分析了这两种控制方法对系统小干扰稳定的可能影响。最后基于仿真,用模式分析法分析了不同控制策略和参数下的惯量控制对系统小干扰稳定的影响特性。分析表明,引入惯量控制对系统的小干扰稳定存在较明显的影响,在设计控制方法和参数时需要考虑小干扰稳定的安全约束。     

风电场整合对系统小干扰稳定的影响研究

论述了异步风电机组、双馈变速风电机组和永磁直驱风电机组三种风电机组并网后对系统低频振荡模态及阻尼特性影响的机理.以实际电力系统为例,在考虑风电场出力变化的情况下,用特征值分析方法研究了三种类型风电机组引入的振荡模态,得出如下结论:风电场采用异步风电机组能够对系统振荡起到阻尼作用,而采用双馈变速风电机组和永磁直驱风电机组在某种程度上降低了系统阻尼.     

多运行方式下DFIG-PSS输入信号选取的探讨

为考虑系统运行方式的随机不确定性,采用概率方法研究含风电场的电力系统的小干扰稳定性。在双馈风电机组转子侧变频器有功控制环加装电力系统稳定器,以改善风电并网系统小干扰概率稳定性。通过在五机两区域系统中进行仿真,比较了不同输入信号在多运行方式下的阻尼特性。仿真结果表明,双馈风电机组的转差和终端电压是最为合适的输入信号,二者的阻尼效果相同。     

直驱永磁风电机组虚拟惯量控制对系统小干扰稳定性影响分析

虚拟惯量控制方式下,直驱永磁风力发电机组(DDPMSG)能够为电力系统提供较好的频率支撑,但虚拟惯量控制使DDPMSG与系统之间产生了新的耦合关系,给系统的小干扰稳定带来新的影响。建立了包含DDPMSG的风电并网系统状态空间平均模型,并通过线性化得到其小信号模型。基于该小信号模型,利用特征分析法分析了虚拟惯量控制的比例系数和微分系数对风电并网系统的小干扰稳定性的影响,同时对比分析了虚拟惯量控制及最大功率跟踪控制对系统小干扰稳定的影响。结果表明虚拟惯量控制对系统阻尼特性的影响与DDPMSG接入系统的位置及容量有关,且主要影响其所接入区域的局部振荡模式和系统的区域振荡模式。     

弱电网下双馈风力发电系统的稳定性极限研究

研究了弱交流电网下双馈风机的稳定性极限。首先,研究双馈风机注入电网的有功功率、端电压与转子d、q轴电流间的关系以及稳定性极限的物理约束,进行灵敏度分析,发现当电网变弱时,有功功率对转子d轴电流的灵敏度由正变负,降低了双馈风机的稳定性极限。然后,建立连接弱电网的双馈风机的小信号模型,通过特征根轨迹分析,研究双馈风机控制环路的动态行为对其稳定性极限的影响。分析结果表明,考虑所有控制环路的动态,在极弱电网情况下,等阻尼降低锁相环带宽或提高端电压控制环带宽可以提高稳定极限;若不考虑端电压控制环的动态特性,双馈风机失去动态无功支撑,稳定极限降低。     

改善含风电场虚拟惯量互联电力系统稳定性的自适应鲁棒滑模控制策略

在以风电为代表的可再生能源大规模接入传统电力系统的背景下,非同步机电源与同步机电源之间的耦合作用以及风电出力的不确定性,使互联电力系统稳定性控制面临复杂的运行场景。针对该问题,基于功率平衡原理建立考虑双馈风电机组虚拟惯量影响的同步发电机组等效转子运动模型,将系统参数协调性及故障因素统一表达为等效惯量参数摄动及有界的不确定扰动;运用滑模变结构方法,结合等效惯量和等效阻尼的可变性及可控性,提出一种自适应鲁棒滑模控制策略以改善互联电力系统的动态稳定性。理论分析和仿真结果表明,与传统的虚拟惯量控制方法相比,所提控制策略能够更好地抑制频率振荡,降低频率变化率以及相对功角振荡幅度。     

基于功率跟踪优化的双馈风力发电机组虚拟惯性控制技术

基于电力电子换流器并网的变速恒频风力发电机组对电力系统的惯性几乎没有贡献,这将成为风电场大规模接入电网之后面临的新问题。在分析双馈风电机组运行特性和控制策略的基础上,研究双馈机组的虚拟转动惯量与转速调节及电网频率变化的关系,提出双馈风电机组的虚拟惯性控制策略。该控制策略通过检测电网频率变化来调节最大功率跟踪曲线,从而释放双馈机组"隐藏"的动能,对电网提供动态频率支持。通过对含20%风电装机容量的3机系统的仿真分析,验证该控制策略在系统出现功率不平衡后,能够利用双馈风电机组的虚拟惯量使风电场具备对系统频率快速响应的能力,从而提高了基于双馈风电机组的大规模风电场接入电网后的电力系统频率稳定性。     

风电采用MGP并网的小干扰建模和阻尼特性

针对高比例新能源给电网带来的低惯量和弱阻尼问题,提出新能源同步机的并网方式,即新能源驱动同步电动机—同步发电机(MGP)后并网。详细阐述了MGP的小干扰建模方法。首先,分析MGP的功角关系并考虑励磁系统动态,建立包含自动电压调节器和电力系统稳定器的小干扰模型,指出MGP存在阻尼转矩叠加效应。然后,考虑双馈风机状态变量,建立其与MGP对接的完整的小干扰状态方程。在此基础上,推导了基于K系数的动态特性和转矩分量表示法,揭示MGP的阻尼转矩叠加效应的本质是双励磁耦合特性。最后,基于模型建立单机无穷大算例,对比了MGP和传统机组的小干扰稳定特性;在双馈风机采用传统和MGP两种并网方式下,研究了双励磁耦合特性对风机主导的振荡模态的影响。结果表明,提出的小干扰建模方法可以准确反映MGP系统的双励磁耦合特性,该特性能够有效提升阻尼转矩分量和改善系统振荡模态。     

双馈风机附加频率控制对系统调频动态的影响

针对双馈风机附加频率控制对系统调频动态特性产生的影响,通过建立双馈风机多物理控制环节耦合特性数学模型、互联电力系统考虑风机接入的负荷-频率控制动态特性数学模型,以风机采用惯性支撑与下垂控制结合的附加频率控制为研究对象,利用小干扰稳定分析研究了风机参与系统调频的动态特性,以及各控制环节的运动模态耦合特性。分析结果表明,双馈风机附加频率控制对系统调频动态的小干扰稳定性不会产生明显影响,但惯量支撑控制使系统的调频动态增加一种模态,并使负荷-频率控制的调频动态环节与风机的多物理控制环节在部分振荡和非振荡模态上发生耦合作用。进一步利用阻尼比和振荡频率研究了附加频率控制参数对振荡模态动态特性的影响,并通过时域仿真验证了理论分析的合理性。     

并网风电场改善系统阻尼的仿真

提出一种基于双馈变速风电机组的系统稳定控制技术,将双馈电机转差信号引入转子侧变频器控制模型。在系统发生功率振荡时,通过改变转子励磁电压的相角调节双馈变速风电机组输出与振荡相关的阻尼功率,达到使风电场能够改善系统阻尼的目的。在电力系统分析软件DIgSILENT/PowerFactory中建立风电场和实际电力系统等效模型,对双馈变速风电机组采用电力系统稳定器(PSS)前后的系统进行特征值分析和系统故障时域仿真。2种分析结果表明,引入PSS控制环节的基于双馈变速风电机组的并网风电场能够改善系统阻尼,对系统功率振荡具有很好的阻尼和抑制作用,加强了系统动态稳定性。     

含双馈风电场的互联电力系统虚拟惯量与虚拟阻尼协调控制方法

风电场的大规模接入会同时降低互联电力系统的相对惯性和阻尼,虚拟同步发电机(VSG)技术能够有效支撑电网频率,目前对VSG技术虚拟阻尼方面的研究成果较少。为了更有效地利用VSG虚拟阻尼,进一步提升高风电渗透率电力系统的稳定性,推导了VSG控制器参数与虚拟惯量、虚拟阻尼之间的数学关系,针对VSG虚拟惯量与虚拟阻尼调节存在的矛盾,提出一种结合系统主导振荡模式在线辨识和粒子群优化算法的VSG控制器参数协调控制策略。最后通过含双馈风电场的两区域互联电力系统仿真模型验证了所提控制策略的有效性,仿真结果表明所提控制策略可实现系统频率稳定性和功率稳定性的综合优化。     

考虑惯性调频的双馈风电机组主动转速保护控制策略

双馈风电机组模拟惯性调频能响应系统频率变化、缓解大规模风电并网导致的系统惯性降低问题。但是转子储存动能有限,当转子转速下降到一定限值时风电机组将退出调频并恢复转速,这将引起系统频率二次跌落。文中首先对双馈风电机组在不同风速区内的惯性调频特性进行了分析,并量化分析了不同风速区内风电机组参与调频过程中的有效释放动能,然后提出了基于动能损失负反馈的主动转速保护控制策略。该策略根据双馈风电机组容量和实时运行工况调整转速保护控制器的比例—积分系数,使双馈风电机组随着转子转速下降逐渐退出调频过程,从而维持风电机组在释放动能过程中自身的稳定性,避免频率二次跌落。不同风速区内仿真结果验证了所提主动转速保护控制策略的有效性。     

弱电网情况下双馈风电机组改进虚拟感抗控制方法

当前弱电网条件下双馈风电机组的运行稳定性问题受到广泛关注。在同步旋转坐标系下建立了综合考虑锁相环、转子侧电流环和功率环控制器影响的双馈风电机组等效输入导纳模型。在此基础上,结合广义奈奎斯特稳定判据分析了增大转子侧电感对系统稳定性的提升作用,由此提出在控制器中引入虚拟感抗提高系统稳定性的方法。相对于传统的直接在转子侧电流环中引入虚拟感抗,在设计基于虚拟感抗的控制器时,充分考虑锁相环耦合弱电网扰动对双馈风电机组运行稳定性带来的不利影响,提出了改进的控制方法。通过广义奈奎斯特判据证明了该方法能有效提高弱电网条件下双馈风电机组的运行稳定性。在MATLAB/Simulink中搭建了1.5 MW的双馈风电机组详细模型,通过仿真验证了所提改进控制器对提高系统稳定性的有效性。     

经柔性直流接入的大规模直驱风电场等效建模与小干扰稳定性分析

含多台风机的大规模风电场经柔性直流接入交流系统的详细模型阶数过高,对小干扰稳定性分析和失稳机理研究提出了挑战.为此,建立了风电场经柔性直流接入交流系统的开环、闭环线性化状态空间模型.基于风电场开环状态空间模型及风电场节点电压电流关系,将全阶风电场模型通过单台风机动态及交流拓扑信息矩阵进行等效,并分析了风机输出功率、风机...