风电接入比例对电力系统暂态功角稳定性影响的分析方法

随着风电在电力系统中的占比越来越大,分析系统对风电的接纳能力日益重要。针对风电接入比例对电力系统暂态功角稳定性影响的研究尚不充分,在分析双馈风电机组对系统暂态稳定性影响途径的基础上,提出一种有利于系统暂态稳定性的最佳风电接入比例分析方法。通过风电场的等效导纳模型和节点导纳矩阵的收缩处理,依据扩展等面积定则构建了含有风电接入比例参数的系统等效转子运动方程,分析了风电接入比例对系统转子运动方程中各个参数的影响,推导得到系统功角加速度与风电接入比例的函数关系,使风电接入比例对系统暂态稳定性的影响分析得以量化。在此基础上可以确定有利于系统暂态稳定性的最佳风电接入比例,为系统中风电接入情况的合理配置提供理论指导。在MATLAB/Simulink中搭建仿真模型,对风电场不同接入比例以及不同低电压穿越方案下的系统暂态稳定性进行仿真对比分析,验证所提理论分析方法的正确性。     

双馈风电机组对接入区域系统暂态功角稳定性的影响分析

系统惯性中心的动态行为可以有效地反映系统的整体动态趋势。基于系统惯性中心的动态数学模型,推导了双馈风电机组(Doubly Fed Induction Generator, DFIG)接入后的系统惯性中心运动方程。并通过分析DFIG接入对系统惯性中心运动方程中关键因素的影响,揭示了DFIG以不同方式接入系统时对系统惯性中心功角加速度暂态响应的影响机理。当DFIG直接接入系统时,系统惯性中心的暂态功角加速度的变化趋势主要取决于DFIG的接入容量和暂态功率响应特性。当DFIG等容替代同步发电机组接入系统时,DFIG的暂态功率响应和被替代同步发电机组的功率和惯量在原系统中的比重大小将共同决定系统惯性中心的暂态功角加速度的变化情况。仿真结果验证了理论分析的有效性和正确性。     

基于PSCAD的双馈风电机组暂态等值模型研究

随着接入电网的风电场规模日益增大,电力系统暂态过程研究对风电场准确简洁建模的需求愈发迫切。本文研究了一种基于PSCAD仿真平台的降阶双馈风电机组等值模型。该等值模型保留了原双馈风电机组(DFIG)详细模型中的风力机模型、轴系模型以及发电机模型,同时采用两组独立可控电流源及其对应配套控制策略,替代了由电力电子装置构成、仿真计算资源需求大、精度要求高的背靠背PWM变流器组及配套控制系统。基于PSCAD的仿真分析对所搭建的双馈风电机组等值模型的基础控制特性、暂态响应特性,以及仿真计算效率进行了验证,证明了该模型既可以有效保持双馈风电机组的暂态响应特性,同时又大幅度提高了仿真计算效率。     

高风电渗透互联系统的功角暂态稳定分析与惯性综合控制

具备虚拟惯性的变速风电机组接入电网,互联系统的暂态稳定控制将因惯性可控而更加灵活.首先推导含风电的两区域互联电力系统的线性化状态方程,分析风电机组的虚拟惯性作为系统运行可控参数对暂态功角特性的影响机理.其次,针对互联系统两侧区域电网,分别提出基于惯性调节的系统功角暂态稳定控制策略,通过协调两侧子区域惯性,提高系统功角暂态稳定.最后,通过建立高风电渗透下的两区域电网的仿真模型,验证所提控制策略通过灵活调节风电惯性,可显著改善区域互联系统的功角暂态稳定性.     

双馈风电机组并网暂态稳定性研究

构建了双馈风电机组的数学模型,着重分析了其在恒功率因数和恒电压控制两种运行方式下的无功电压控制原理,在Matlab/Simulink工具中搭建风电并网系统模型,仿真结果表明恒电压控制方式能使双馈风电机组充分发挥其无功调控潜能,故比恒功率因数运行方式更好地改善风电并网系统的暂态稳定性。     

大规模风电集中接入对电力系统暂态功角稳定性的影响（一）：理论基础

该文作为2篇系列文章的第1篇,旨在从理论上分析双馈风机组成的大规模风电场集中接入对电力系统暂态功角稳定性的影响。首先,根据双馈风机的暂态特性,提出了一种适用于电力系统暂态功角稳定分析的双馈风机简化模型,并讨论了利用直流潮流计算方法研究风电接入前后系统暂态功角稳定变化趋势的合理性。其次,在双馈风机简化模型和直流潮流计算方法的基础上,利用扩展等面积定则分析了双馈风机接入两机系统后系统暂态功角稳定性的变化,提出一种判断风电接入对两机系统暂态功角稳定影响的判据。最后,在双机互联系统中进行仿真,结果表明,提出的判据具有较高的准确率。     

双馈变速风电机组频率控制的仿真研究

双馈变速风电机组采用双脉宽调制（PWM）变流器实现电磁与机械的解耦控制,这也使得双馈变速风电机组对系统频率变化的响应降低。文中以双馈变速风电机组模型为基础,根据双馈变速风电机组控制特点和控制过程,在电力系统仿真软件DIgSILENT/PowerFactory中增加了频率控制环节,在系统频率变化时,双馈变速风电机组通过释放或者吸收转子中的一部分动能,相应增加或者减少有功出力,实现了风电机组的频率控制。仿真结果证明了频率控制环节的有效性和实用性,并证明了通过增加附加频率控制环节,风电场能够在一定程度上参与系统频率调整。     

考虑过渡电阻的风机并网对电力系统稳定性的影响

大规模双馈风电集中接入对电网中传统同步机组暂态功角稳定有重要影响。将双馈风电机组近似等效为恒功率源,基于等面积定则分析了不同故障时段双馈风机等容量替代同步机组时同步机组暂态功角的变化,考虑了不同三相接地故障过渡电阻对同步机组功率特性的影响,据此分析了风电场并网运行时对系统暂态稳定影响的机理。理论分析表明,当过渡电阻值较小时,双馈风机接入增强了系统暂态功角稳定性,当过渡电阻值较大时,可能降低了系统暂态功角稳定性,对风机并网产生不利影响。通过PSCAD/EMTDC仿真验证了所提观点的正确性。     

DFIG-FMAC-PSS控制对风电并网系统的暂态稳定性改善

风电并网会对电力系统的稳定运行产生影响。为此本文考虑在双馈感应发电机(DFIG)上装设电力系统稳定器(PSS),提出DFIG转子磁链幅值和相角控制(FMAC)加PSS的控制方案。选用DFIG定子电功率作为PSS输入信号,通过调节DFIG转子磁链矢量的幅值和相角对发电机的端电压和输出功率进行控制,在大扰动的情况下对风电并网系统的稳定性进行研究。研究表明所提DFIG-FMAC-PSS的控制方案经济可行,在提供电压控制、促进阻尼作用和提高风电并网的暂态稳定性方面优于基于同步发电机的PSS解决方案。     

双馈风电机组低压穿越特性对电力系统暂态稳定的影响

双馈风电机组(DFIG)的低压穿越(LVRT)特性与同步发电机不同,使得大规模DFIG接入电力系统后同步发电机的功角特性发生改变,因此分析系统暂态稳定性时有必要考虑DFIG LVRT行为的特殊性。推导机电暂态时间尺度下DFIG撬棒未投入和投入2种工况下的等值模型,基于该模型对典型LVRT策略下DFIG的外特性进行分析;基于等面积定则研究DFIG LVRT策略中无功补偿系数与撬棒电阻对电力系统暂态稳定的影响。时域仿真结果表明,提高无功补偿系数和增加撬棒电阻有利于电力系统的暂态稳定性,验证了理论分析的正确性。     

风电接入VSC-HVDC系统的附加频率控制

为了使风电场系统和电网系统能相互提供惯性支撑和进行频率响应,提出了一种换流站级的附加频率控制策略。该附加控制策略在风电场侧换流站(WFVSC)的定频率控制和电网侧换流站(GSVSC)的定直流电压控制中分别引入了频率-直流电压(f-Udc)下垂特性,人为的耦合两侧交流电网系统频率的关系,在不需要通信的条件下,实现了在事故期间可以灵活相互支援的目的,从而缓解了事故端系统调频的负担。最后在仿真软件PSCAD/EMTDC中搭建了风电场并网直流外送的模型,仿真结果表明所提附加频率控制策略增强了系统的惯性支撑水平和频率控制储量。     

计及风电不确定性的暂态稳定概率分析

研究风电不确定性对电力系统暂态稳定性的影响。采用威布尔分布模拟风速的概率分布,建立适用于含大规模风电的电力系统暂态稳定分析的双馈型风电机的动态模型。以IEEE 10机39节点系统为算例,在MATLAB和电力系统分析软件DAS-TSAT平台上,运用蒙特卡洛方法,计算得到电力系统暂态稳定性各项指标的概率分布及其随风速变化规律。结果显示,大规模风电接入电网后,在一定的风速范围内,系统暂态稳定性能随着风速的增大而增强。     

考虑风电场暂态电压稳定的无功控制策略

基于哈密地区风电场内无功设备的动态补偿和物理分布特性,提出了一种综合考虑动态无功补偿设备和双馈风力发电机组协调控制无功出力的集群风电场暂态电压稳定的控制策略。算例分析的仿真结果表明,所提的无功暂态控制策略在满足风电场接入并网点暂态电压稳定的同时,能使得无功补偿设备补偿无功裕度更大,集电线上各风机的机端暂态电压裕度更均衡。     

适应频率变化的双馈风电机组稳定分析改进模型

为分析变速恒频风电机组在不同电网频率下的稳定性,提出了考虑适应电网频率变化的双馈风电机组小干扰稳定性的电磁暂态模型。首先,分析了双馈感应发电机现有常规电磁暂态模型不含电网频率导数项,不能反映电网频率变化的问题,提出了双馈感应发电机改进转子暂态电动势的表达式,并建立了含变流器控制系统在内的双馈风电机组小信号改进模型。其次,采用特征值方法,对不同电网频率运行下采用改进及常规双馈感应发电机电磁暂态模型时的系统特征值进行计算与稳定性分析。最后,建立考虑电网频率变化的双馈风电系统时域仿真模型,分别对不同电网频率及不同负荷扰动下的风电机组有功功率和转速特性进行仿真。理论分析及仿真结果表明,相对常规电磁暂态模型,所提出的双馈风电机组改进模型对电网频率变化更为敏感,可适应频率变化的双馈风电机组小干扰稳定分析。     

电网频率扰动下并网变换器系统暂态稳定性分析

在弱电网条件下,锁相环固有的非线性特性会对电网扰动条件下并网变换器系统的暂态稳定性产生影响.针对并网逆变器系统中电网频率扰动工况,建立了锁相环输出相角的二阶微分方程.基于非线性动力学多尺度法对模型进行了时域解析求解,并量化分析了电网扰动对锁相环输出相角的影响,进一步给出了暂态稳定边界.针对电网频率、电流以及电网阻抗扰动...     

基于永磁直驱同步风电机组的分频海上风电系统控制策略

海上风电经分频输电线路传输的研究近年来引起国内外的关注。由去除机端换流器的多台基于永磁直驱同步发电机(PMSG)的风电机组、海底电缆和交交变频器组成的分频海上风电系统,可通过线路末端的交交变频器控制PMSG的转速捕获风能,可节省初始投资和运行维护费用。考虑变压器和输电线路的影响后,推导出分频海上风电系统的准稳态模型,基于转子平均磁链定向给出多机矢量控制器的设计原理;从曲线拟合的角度,给出多机组运行频率的求解方法;以4台PMSG为例,搭建了分频海上风电系统仿真模型。结果表明采用多机矢量控制方法,在不同风速条件下,风电机组的转速均能够跟随指令值,并实现风能的最优捕获。     

不同风电机组对电网暂态稳定性的影响

为了研究由恒速异步风力发电机、双馈异步风力发电机和直驱永磁同步风力发电机组成的风电场对电网的影响,利用DIgSILENT/Powerfactory建立了风电场的动态模型,通过仿真分析比较了上述3种风电场对电网暂态稳定性的影响,以及风电场出口电压恢复情况和风电场的无功变化等,得结论：恒速异步风力发电机的稳定性较差,双馈异步风力发电机和直驱式交流永磁同步风力发电机能够提高电网发生故障后同步发电机的短期电压稳定性,减小系统所需的无功储备,有利于电网的电压稳定。     

变速恒频双馈风力发电机的最大风能追踪控制

为了最大限度的利用风能,提高风力发电系统的效率,提出了一种不依赖于风速测量的最大风能追踪和转换策略。通过模糊逻辑控制器的设计得到低风速时发电机的参考转速,模糊自适应控制器作为直接转矩控制系统速度调节器的基本组成单元,从而使发电机转速跟踪风速。最后,利用Matlab软件对1MW双馈型风电机组的运行性能进行了分析和比较。仿真结果表明,在风速变化时,控制器可以使发电机转速跟踪最佳理论值,系统性能稳定,达到了预期的控制目标。     

基于DFIG的变速风电机组对系统暂态稳定影响

探讨了基于双馈风力发电机组(DFIG)的大规模风电场对电力系统暂态稳定性的影响。首先建立了DFIG的动态数学模型,讨论了DFIG的暂态响应特性;进而将风电场的电磁功率简化等值到同步发电机内节点,并等效为同步发电机"机械"功率,将风电机组暂态过程中机械功率的减小等效为近端同步发电机等值机械功率的线性衰减,利用经典等面积定则分析了DFIG对近端同步发电机暂态稳定影响机理;最后,基于Dig SI-LENT/Power Factory平台搭建仿真系统进一步验证理论分析的有效性,为分析大规模DFIG并网对电力系统暂态稳定的影响提供了一种参考思路。