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。     

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。     

大规模风电接入电力系统的概率小扰动稳定性分析与优化控制

确定性模型的特征值分析方法难以准确评估含大规模风电电力系统的小干扰稳定性,为此提出一种概率小 干扰稳定的分析方法.首先,通过Weibull分布描述风速的不确定性,利用极大似然法并结合实测数据计算Weibull 分布的形状参数及尺度参数.其次,提出基于点估计的小干扰概率稳定分析,利用半不变量法和Cornish-Fisher级数 展开法拟合输出状态变量,获得输出变量的概率分布.最后,以区域振荡模式阻尼比为优化目标,以电力系统频率稳 定为约束,优化风力发电系统的虚拟惯量控制参数,提高含大规模风电的电力系统小干扰稳定性.仿真计算结果表 明,通过对风电机组的虚拟惯量参数优化,可提高含大规模风电的系统阻尼比,有效改善系统的小干扰稳定性,为高 渗透率风电接入电力系统的安全可靠运行提供一定的理论基础.     

考虑频率空间分布特性的虚拟惯量配置优化

高比例电力电子设备并网改变了电力系统频率响应特性,使各节点的频率动态异质化明显,导致低系统惯量、弱频率稳定等问题。电力电子装备提供虚拟惯量支撑是提升频率稳定性的有效途径之一。为改善以新能源为主体的新型电力系统频率响应性能,提出一种考虑新型电力系统频率响应空间分布差异化的虚拟惯量配置优化方法。首先,基于分频器理论,构建反映频率空间分布差异特性的系统频率响应模型。其次,为定量描述惯量分布对节点频率响应性能的影响,提出节点惯量指标与节点动能偏差指标。然后,考虑频率空间分布特性,以优化扰动后各节点的能量不平衡为目标,建立虚拟惯量配置优化模型。最后,通过仿真验证了节点惯量指标有效性以及所提虚拟惯量配置方法对系统节点频率稳定性的提升作用。     

风电并网系统的虚拟同步稳定分析与惯量优化控制

风电并网系统引入虚拟惯量后,应综合分析风电机组安全和电网动态稳定,完善附加控制的友好并网功能,提升其推广应用价值。首先建立了含虚拟惯量风电并网系统的状态方程。其次,采用小信号分析理论,并设计非线性扩张干扰观测器,为惯量控制附加动态响应补偿信号,完善其动态稳定支持功能。通过积分流形方法,对风电机组轴系模型降阶,进一步分析虚拟惯量控制对风机轴系振荡模式的影响,并建立轴系暂态能量函数,为轴系稳定控制提供参数设计范围。最后,基于RTLAB数模混合仿真平台,建立含高渗透风电并网系统,结果表明虚拟惯量在互联系统功角摆动及风机轴系振荡中的稳定控制功能得到显著改善。     

双馈风电机组虚拟惯量控制对系统小干扰稳定性的影响

含虚拟惯量控制的双馈风电机组与电力系统的动力学特性存在耦合关系,而锁相环的跟踪能力将直接影响虚拟惯量的控制输入量,因此,考虑虚拟惯量控制的双馈风电机组在锁相环作用下,对系统小干扰稳定性的影响成为亟需解决的问题。首先,计及双馈风电机组的转子电压、锁相环、虚拟惯量控制、转子侧变频器、风电机组机械部分等暂态特性,建立了考虑锁相环与虚拟惯量控制的双馈风电机组并网的互联系统小干扰模型。在此基础上,考虑到锁相环与虚拟惯量控制均会影响同步发电机振荡模态,采用解析的方法从机理上揭示了二者共同作用下系统的小干扰稳定性,即对于含虚拟惯量控制的双馈风电机组,锁相环主要通过影响虚拟惯量对系统的参与程度进而影响系统阻尼:锁相环比例—积分(PI)参数越小,虚拟惯量控制状态变量对区间振荡模态的参与因子越小,机电振荡模态阻尼比越大,这与不含虚拟惯量控制的双馈风电机组中锁相环对系统阻尼特性的影响相反。仿真结果验证了所建模型的合理性与分析结果的正确性。     

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。     

面向频率稳定提升的虚拟同步化微电网惯量阻尼参数优化设计

为了解决电力电子化微电网惯性小、频率稳定性弱的问题,该文采用虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)控制技术来提升微电网的稳定性。VSG能够模拟传统同步发电机的惯量和阻尼等特性,为系统提供惯量和阻尼支撑。首先建立含虚拟同步发电机的微电网模型,然后研究VSG的虚拟惯量和虚拟阻尼对频率稳定的影响,并提出面向频率稳定的虚拟同步化微电网虚拟惯量和虚拟阻尼参数优化设计方法来提升系统的频率稳定性,最后以3机9节点的虚拟同步化微电网系统为例验证该文方法的有效性。     

VSG-DFIG风力发电系统小信号建模及稳定性分析

基于虚拟同步发电机技术的双馈型风力发电系统具有可以提供惯量支撑和自同步电压源特性等优点,因此受到广泛关注。为更好地研究及优化其控制性能,需对其小信号稳定及性能进行分析。为此,建立了基于虚拟同步发电机技术的系统总体模型,并针对电网与双馈电机定子、网侧变流器公共连接处的代数方程计算中存在计算过程复杂、数学模型不匹配和物理意义不清晰等问题,提出了基于戴维南-诺顿等效的双馈电机模型,最后进行了算例仿真分析。分析结果表明:系统存在3种振荡模式,且弱网下锁相环与VSG控制相关的振荡模式之间存在"借阻尼"现象,并引起系统不稳定。该建模方法为包含虚拟同步发电机技术的双馈型风力发电系统的小干扰稳定分析提供了理论依据和实用工具。     

基于Voronoi图重心内插法的虚拟惯量配置

随着新能源在电力系统中的渗透率逐渐增加,系统对频率的支撑能力越来越差,为系统配置虚拟惯量是解决支撑问题有效的途径,有效分配虚拟惯量是一大难点。针对该问题,提出基于Voronoi图插值法对虚拟惯量进行优化分配。建立电力系统中虚拟惯量的数学模型,通过李雅普诺夫直接法判定系统稳定性并以其判定矩阵的二范数作为综合评价性能指标,分析多个影响因子相互作用对系统频率稳定性的影响。利用Voronoi图重心内插法寻找配置惯量最优解,通过仿真对优化结果进行验证,仿真结果表明相较其他传统方法,应用该方法对虚拟惯量进行配置,结果较精确,计算速度较快,能够更有效地利用虚拟惯量,提高系统频率稳定性。     

面向区域间振荡模式的电力系统小扰动惯量域构建

为提升低惯量电力系统的小干扰稳定性,给出保障适应新能源发展的合理惯量裕度,并明确惯量分布对于互联系统小干扰稳定性的影响规律。研究了惯量分布对系统区域间振荡模式的影响规律,构建了面向区域间振荡的电力系统小扰动惯量域(Small Signal Inertia Region, SSIR)。首先,基于部分惯量中心(Part of the Center of Inertia,PCOI)等值方法和多项式Leverrier解法,构建了等值两机系统区间振荡模式阻尼比解析式。在此基础上,依据临界阻尼比构建了计及小干扰稳定约束的惯量域。进而,对区域互联系统惯量分布和小干扰稳定性之间的联系进行解析。最后,对惯量域进行全面分析,并在新能源系统中进行了初步验证。仿真结果表明,所提出的计算方法能够实现电力系统小扰动惯量域的准确、快速构建,增强低惯量电力系统小干扰稳定性的评估和监控能力,并为新能源惯量域的构建提供理论指导。     

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。     

频率扰动下虚拟同步电机控制型分布式电源自适应惯性控制策略

逆变型分布式电源作为分布式电源并网的主要形式,其控制精确且响应迅速,但因缺少惯性,面对外界频率扰动时动态调节能力不足。随着分布式电源渗透率逐渐提高,系统扰动时这种不足对配电网稳定运行的影响越来越严重。为解决这一问题,以虚拟同步发电机控制原理为基础,提出一种自适应惯性频率控制策略,在受到频率扰动后根据频率波动范围自适应调节虚拟惯量,提高逆变型分布式电源在上级系统频率扰动时的动态调节特性以及运行稳定性。基于虚拟同步电机三层控制策略,建立以并网公共母线角频率波动为输入、微电源角频率偏差为输出的传递函数模型,研究外界频率干扰时虚拟惯量对微电源输出频率特性与稳定性的影响机理;根据机理分析结果以及储能配置约束,提出自适应惯量上下限以及控制灵敏因子的选取方法。基于PSCAD/EMTDC建立虚拟同步电机控制型光储系统仿真模型,验证配电网不同类型频率扰动下自适应惯性控制型微电源的稳定性与响应能力。与固定惯量对比,所提控制策略兼顾超调量小和响应迅速的特点,控制效果良好。     

基于系统惯量需求的风储协同快速频率响应技术EI北大核心CSCD

利用频率安全预警预估系统惯量需求,并通过风储协同虚拟惯量支撑完成频率快速响应是保障新型电力稳定运行的关键。该文首先分析频率安全约束下的系统惯量需求。其次,分析风、储虚拟惯量响应特性,建立含虚拟惯量风储系统的频率响应模型,并量化系统频率变化特性及惯性响应时间。在此基础上,为完成频率预警,通过风、储运行约束离线评估风、储惯量的储备能力,并根据系统惯量需求,预估扰动参考功率,提出风储协同快速频率响应技术,完成风、储虚拟惯量分配。最后,搭建风电高渗透区域电网仿真系统,验证在所提控制策略下常规发电机组及风储可协同形成多源频率快速响应,灵活满足系统频率安全的设定要求。     

低惯量交流系统并网变流器次/超同步振荡分析

低惯量电力系统中跟网型变流器可能会与同步机转子动态产生交互,给系统稳定性分析引入新的问题,仅靠跟网型设备动态和短路比衡量交流系统强度不再准确。为此,该文综合分析系统惯量和短路比对跟网型变流器小干扰同步稳定的影响,提出适用于分析低惯量系统中并网变流器稳定性的方法,所提方法计算量低、物理意义明确。首先,推导变流器和同步机混联系统的闭环模型,并提取出能表征低惯量动态的相互作用系数矩阵,定性分析两类设备间的交互关系。其次,基于模态摄动理论,将原多机系统解耦为稳定性等效的子系统。然后,选取适用于分析小干扰同步稳定问题的相位主导回路,根据该回路提出综合考虑惯量和短路比的稳定性分析方法。最后,基于仿真算例验证了所提低惯量系统中并网变流器小干扰同步稳定性分析方法的有效性。     

同步耦合双馈风机的虚拟惯量优化控制技术

双馈风电机组在同步并网时虚拟出的可控惯性将显著影响电网的动态特性,仍须通过优化控制减少其附加运行风险,充分发挥其控制潜力。该文首先建立引入虚拟同步控制后的双馈风电机组的动态模型,并分析双馈风机与同步发电机之间建立的虚拟同步耦合关系。在此基础上,构建双馈风机同步并网系统的能量函数,基于同步并网耦合关系提出双馈风电机组的变惯量优化控制策略,并借助控制参数对系统稳定性的影响分析,设置虚拟惯量参数范围。最后,搭建双馈风机同步并网系统进行仿真验证,双馈风机的虚拟惯量需要在合理范围内通过变惯量优化才能为并网系统提供可靠的动态稳定支撑。     

虚拟惯量控制方式下永磁风力发电机组轴系扭振机理分析

基于风电并网系统的状态空间平均模型,分析传统比例微分(PD)虚拟惯量控制方式下兆瓦级直驱永磁风力发电机组(D-PMSG)的轴系扭振机理及其影响因素,提出一种改进型PD虚拟惯量控制方法,以抑制D-PMSG轴系低频扭振。分析表明,传统PD虚拟惯量控制的引入,会降低DPMSG轴系的阻尼比,影响机组的稳定运行;降低PD虚拟惯量控制的微分系数的模值可以提高风电机组轴系的阻尼比,却会降低风电机组的频率响应能力。所提出的改进型PD虚拟惯量控制方法,通过引入永磁发电机组转速补偿项,从而提高系统阻尼比。该方法能在保证风电机组的频率响应能力的同时,有效抑制虚拟惯量控制引起的轴系低频扭振,提高系统的稳定性。仿真实验验证了理论分析和改进型PD虚拟惯量控制方法的有效性。     

风电机组虚拟惯量控制的响应特性及机理分析

虚拟惯量控制是风电机组参与系统调频的一种有效方式。基于风电机组比例微分(PD)虚拟惯量控制的基本原理以及单机并网系统的频率响应简化模型,对PD虚拟惯量控制的响应特性及机理进行了分析,推导了PD虚拟惯量控制与系统频率的量化关系。分析结果表明:风电机组PD虚拟惯量控制本质上为暂态频率调节过程,比例控制主要影响系统暂态频率响应的最低值,微分控制主要影响系统频率的下降速度和达到频率最低值的时间。利用实验室风电并网实验平台,在相同负荷扰动下增大PD虚拟惯量控制的比例系数后,风电机组参与系统调频的转子动能增加,最大频率偏差由0.84 Hz减小为0.59 Hz,风机转速由15.7 rad/s降低为13.4 rad/s;而增大微分系数后,系统频率的下降速度减小。实验结果与理论分析结果一致,从而证明了所述特性分析和机理分析方法的有效性,为风电机组虚拟惯量控制的参数整定和控制方法优化提供了一定的理论参考。     

可控惯量光储互联系统的稳定性分析与区域协同控制

利用混合储能装置扩展惯量来源能够有效改善光储互联系统的频率稳定,但多机惯量调整将影响系统的暂态稳定。为解决可控惯量带来的系统暂态稳定问题,首先推导了光储互联系统的等值数学模型,分析两区域虚拟惯量对系统功角首摆的影响。其次,通过建立互联系统的小信号模型,观察系统特征根随两区域惯量系数的变化,分析了可控惯量对系统阻尼特性的影响,并提出一种基于光储互联系统的区域协同控制策略。最后,利用MATLAB/Simulink对高光伏渗透率互联系统进行仿真分析。结果表明:所提控制策略不仅能够抑制系统频率突变,改善系统频率稳定,还能兼顾系统的阻尼与功角稳定,体现出更加友好的并网特性。     

惯量–刚度补偿器增强接入弱电网风电场直流电压时间尺度小干扰稳定的作用机理分析

以风力发电代表的新能源发电大规模接入电网,其物理和控制结构与传统同步发电机不同,多质量块多闭环反馈控制会引起更复杂的振荡模态,引发频域更宽、更复杂的稳定问题。该文分析一种新型电力电子装备:惯量–刚度补偿器对含大规模风电电力系统直流电压时间尺度小干扰稳定性的作用机理。该文首先以全功率风电机组为例介绍弱电网中风电机组直流电压时间尺度动态特性,推导直流电压时间尺度风电机组小信号模型并利用转矩法分析其小干扰稳定性;而后介绍惯量–刚度补偿器的基本结构和控制;然后建立弱电网下包含惯量–刚度补偿器与风电机组小信号模型,并分析直流电压时间尺度的小干扰稳定性;最后利用复转矩系数法分析惯量–刚度补偿器对直流电压时间尺度同步和阻尼功率分量的影响。理论分析和仿真结果验证了惯量–刚度补偿器对增强弱电网下风电场、风电机群直流电压时间尺度小干扰稳定性的有效性。