TCSC提高大容量风电接入系统的稳定性及控制策略

大容量风电的接入使得系统的稳定性发生变化。本文推导出了含有大容量风电的网络暂态能量函数的表达式,分析了大容量基于双馈感应电机(DFIG)的风电机组接入系统后暂态能量在网络中的分布特性。根据大容量基于DFIG的风电机组接入系统,暂态能量的分布同样具有聚积性的特点,分析了可控串联补偿装置对系统暂态稳定性的影响,并以网络能量函数为依据提出了仅依赖于支路信息的控制策略。以单机无穷大系统和New England 10机39节点系统为算例进行了仿真计算,结果表明了所提控制策略可以有效提高系统暂态稳定性,并能改善风电场在电网发生故障后电压的恢复。     

端口能量及其在风电系统暂态稳定分析中的应用

大规模风电接入后,研究计及风电的能量函数法有助于提高稳定评估的计算速度,并为稳定控制提供灵敏度信息。在结构保留能量函数的启发下,提出端口能量的概念,证明了采用端口能量的系统总能量是系统的能量函数;证明了端口能量的能量聚集效应;分析了采用端口能量计算对象系统的暂态能量给暂态稳定评估带来误差的原因;基于端口能量,提出了包含风电的暂态稳定能量函数分析方法。不同场景下的临界切除时间对比分析验证了所提能量函数法的有效性。在精度方面,各个场景下所提能量函数法比时域仿真法保守0~0.02s,在速度方面,所提能量函数法比基于时域仿真的二分法和逐步法快3~26倍。     

基于暂态能量流的双馈风电机组强迫振荡源定位

暂态能量流法是一种新型的振荡源定位方法。首先,根据暂态能量流的计算公式,结合双馈风电机组的轴系模型、网侧变换器模型及双馈感应电机的三阶简化模型,推导适用于双馈风电机组的暂态能量流,并定义能流功率作为判断能量流向的指标。然后,对双馈风电机组加入强迫振荡源后的频率特性进行分析。最后,基于PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真平台搭建包含强迫振荡源的单机无穷大系统和多台风电机组经串补并网系统进行时域仿真。利用采集的数据计算暂态能量流和能流功率,验证了暂态能量流法对双馈风电机组强迫振荡源定位的有效性。     

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。     

基于改进支路暂态能量函数的风电并网暂态最优切机控制

大规模风电接入比例的增加对电力系统暂态稳定性造成了影响,因此在风电并网系统的紧急控制中必须考虑风电切机措施。首先分析了双馈式感应发电机(DFIG)的暂态运行特性;然后运用改进支路暂态能量函数法分析了DFIG和传统火力发电机切机效果的差异性。结果表明在风电并网系统的紧急控制中应考虑风电和火电机组切机比例的配合。因此,提出一种考虑风力发电机的最优切机决策模型和一种实用化解法,合理选择最优的风火电切机比例,改善系统恢复过程的特性,极大地提高了系统运行稳定性。通过某区域风电外送系统暂态切机算例验证了该方法高效可行。     

改变风电场接入阻抗对电压暂态特性影响的研究

对风电场接入地区电网后的电压暂态稳定性进行了仿真研究.首先分析了电压暂态稳定的相关理论,通过实际电网的仿真计算研究了风电场接入地区电网对电压稳定性的影响,通过改变风电场接入系统的阻抗值,比较了系统电压暂态稳定性的程度,并得出地区电网在风电接入后的电压稳定性状况.仿真模型采用实际电网模型,对实际电网研究风电接入后的电压稳定性具有一定借鉴意义.     

风电接入某地区配电网安全稳定分析

随着风电装机容量的不断增加,风电波动对网架结构薄弱的地区电网造成不利影响。首先建立适用于机电暂态仿真的双馈异步风电机组数学模型,然后利用Matlab/Simulink实现包含风电场、本地同步发电机、电网负荷等电力系统潮流计算和暂态仿真,分析了典型运行方式下风电接入对某薄弱地区电网的影响。计算分析表明,风速突变对电网影响较小,但在三相短路故障时,风电出力、风电并网点电压均急剧下降,严重情况可导致风电场与电网解列,不利于当地电网安全稳定运行,需要制定合理的安全稳定措施。     

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。     

风电接入系统后的电压稳定问题

针对风电接入系统后电网电压的稳定将变得更加复杂的问题,分析并指出负荷特性、风电并网点的选择、系统的无功电源以及风电机组特性等是影响电网电压稳定的主要因素.为提升风电接入系统电网后电压的稳定性以避免电压崩溃的发生,提出了几种措施,主要包括充足的风电场无功补偿装置配置,合理的电源结构配置.完善的低频/低压减载整定以及风机技术性能的提升等.通过一个实际系统的仿真算例说明了双馈风机的低电压穿越能力对于阻止电压崩溃的有效性.     

定义于输出轨迹的网络暂态能量函数

建立了计及输电线路暂态能量的网络暂态能量函数。分析支路暂态能量的变化规律,从系统 动态的角度研究支路暂态能量变化对系统暂态稳定性及网络参数和运行参数的影响。指出所 有支路中分担暂态能量最大的支路或割集是对系统暂态稳定性影响最为关键的输电环节,系 统的暂态稳定性取决于该环节的强壮程度。仿真算例进一步验证了分析结果的正确性。     

基于网络能量的高比例DFIG并网电力系统暂态稳定紧急控制

规模化风电并网场景下,在电力系统暂态稳定紧急控制中,若采用传统切除火电机组的方式,因火电机组并网容量降低,其可提供的最大切机量随之减少,故而难以保证系统切机后一定可恢复至稳定运行状态,且切除火电机组后,系统惯量进一步降低,会带来较大的切机代价。因此,必须考虑包含风电切机措施的暂态稳定紧急控制策略。基于此,提出了基于网络能量的高比例双馈风机并网电力系统暂态稳定紧急控制策略。首先,计算含风机系统支路稳定度指标,判断系统暂态稳定状态并识别系统临界割集。其次,构建支路暂态势能灵敏度指标,建立临界割集支路稳定度与火电机组和风电机组有功的联系。进而通过灵敏度指标筛选调控对象,以切机量最小为目标,预设割集稳定度和切机裕度为约束条件,设计了一种风火协调定量调控策略。最后,通过单机系统仿真分析了风机接入对暂态过程中网络能量分布的影响;通过十机系统仿真验证了所提切机策略可实现风电并网系统暂态稳定的定量调控。     

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。     

电网故障下并网异步风电机组的暂态特性分析

研究了由笼型和双馈型异步风电机组组成的风电场并网后风电机组的暂态行为,并对比分析了在同一接入点接入不同比例容量的笼型异步发电机和双馈异步发电机时,外部三相短路故障对风力发电机组电压和转速的影响。提出了在双馈型风电机组中采用一种PI控制器,以提高风电场的稳定运行能力的方案。仿真结果表明,故障清除后,能有效地提高风电机组的稳定运行能力。该试验结果可为风电场的建设提供参考。     

大规模双馈风机接入对电网暂态电压的影响

分析含风电场系统无功电压特性和风电接入点电压支撑规律,建立适用于暂态过程中暂态电压安全稳定分析的双馈风机简化模型,根据暂态过程中风电机组的恒电压控制策略,推导仿真双馈风机接入系统的暂态电压安全裕度机理。     

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。     

计及风电附加频率控制作用的电力系统暂态稳定性分析

含附加频率控制的风电机组可响应电力系统的动态行为,同时也对系统的动态特性存在影响。首先基于惯性中心等效理论(center of inertia,COI),分析了大规模含附加频率控制系统双馈风电机组接入电网后,系统暂态特性的变化,并推导了惯性中心同步机转子运动方程;其次基于双馈风电机组自身运行特性,分析了其运行极限与运行模式对响应系统动态行为能力的影响;将上述分析结合得出含附加频率控制系统双馈风机对系统暂态稳定性影响的关键因素。最后在电力系统综合程序PSASP中,搭建接入双馈风机的IEEE-3机9节点电力系统模型,验证上述结论的正确性。     

双馈风电机组的通用型机电暂态模型及其 电磁暂态模型的对比分析

针对风力发电系统的电磁暂态模型复杂、计算速度慢的问题,研究了一种风力发电系统的通用性机电暂态模型。该模型不包含电力电子器件,由纯粹的数学计算完成,模型简单、计算速度快。该机电暂态模型分为风速模型、风力机及其控制模型、发电机/变流器模型、电气控制模型四部分。在PSCAD对该机电暂态模型进行了仿真,得到的结果与电磁暂态模型的仿真结果吻合,且仿真时间大大减少,验证了该模型在保证一定计算精度的前提下大大提高了计算速度。该通用性机电暂态模型为大规模并网风电场的仿真建模提供了模型参考,具有实用价值。     

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。     

不同类型风电机组对小干扰和暂态稳定性的影响

随着风电装机容量在电力系统中渗透率的逐步提高,其对电力系统的影响越来越明显。这样,就很有必要系统地分析风电机组对电力系统小干扰和暂态稳定性的影响,以便研究针对性措施。在此背景下,对3类常见的风电机组接入后的电力系统稳定性进行了系统的比较研究。首先给出了这3类风电机组的动态模型,之后以美国西部联合电力系统(WSCC)3机9节点系统为例,采用特征值分析和动态时域仿真方法,系统地比较了在同一母线接入异步风电机组、双馈风电机组、永磁直驱风电机组与接入同等容量同步发电机组对小干扰稳定和暂态稳定性的影响。研究结果表明,3类风电机组并网对小干扰稳定和暂态稳定性的影响程度均有所不同。