风电柔直并网虚拟阻抗次同步振荡抑制策略

直驱风电场经柔性直流输电系统并网送出存在次同步振荡风险。首先,在建立直驱风电经柔直并网系统模型的基础上,采用失稳特征根模态分析方法,研究了V/F控制模式下系统次同步振荡模态的参与变量与参与因子。其次,以抑制系统次同步振荡为目标,提出了在柔直换流站电压外环控制器中配置高通滤波器等不同形式下的虚拟阻抗控制策略,且解析了阻抗参数的选择范围及其原则,并采用阻抗分析方法研究了阻抗控制器对系统阻抗特性的影响以及规律。最后,基于MATLAB电磁暂态仿真验证了所提次同步抑制策略的有效性及其参数解析计算的正确性。     

双馈风电场经柔直并网系统次同步振荡机理及特性分析

双馈风电场经柔直接入交流电网可能成为未来"三北"地区大规模风电外送的输电方式。但是双馈风机与柔直系统之间的相互作用存在引发次同步振荡的风险。为此,该文在建立双馈风电场经柔直接入交流电网的系统等值模型的基础上,通过阻抗法分析次同步振荡产生的机理;研究风电场并网机组台数、风速、负荷等因素对次同步振荡特性的影响;同时引入变流器控制器参数的灵敏度指标,分析各控制器参数对系统虚拟阻抗的影响。结果表明,特定运行条件易引发系统的次同步振荡,双馈风电机组在次同步振荡频率上表现出"负电阻、感性电抗"性质,与柔直风场侧变流器("正电阻、容性电抗")构成等效的负电阻谐振电路,并因负阻尼效应引起系统的次同步振荡;最后仿真验证理论分析的正确性。     

基于转矩法的双馈风电场经柔直并网系统次同步振荡分析

从电磁转矩角度研究双馈风电场经柔直并网系统的次同步振荡。首先推导电磁转矩与转速之间的幅频关系,发现定子电流受柔直控制器影响,即通过电磁转矩实现风机与柔直的耦合;然后分析该模型电磁转矩的频率响应,分析结果表明在特定频率范围内电磁转矩呈现负阻尼特性引起系统次同步振荡;基于转矩的幅频响应,进一步研究柔直控制器参数和稳态工况对系统稳定性的影响,结果表明增加控制器的比例系数和减少积分增益都对系统稳定性不利;最后通过PSCAD/EMTDC时域仿真验证理论分析的正确性。     

基于匹配控制的构网型直驱风电场次同步振荡机理与特性研究

近年来,具有低时延和惯量同步等优势的匹配控制成为主流构网型控制方案之一,但基于匹配控制的构网型直驱风电场的次同步振荡机理及特性尚不明确。因此,该文建立构网型直驱风电场并网系统的小信号模型,通过特征值法分析了系统的振荡模态及参与因子,并借鉴同步机中阻尼转矩法分析构网型直驱风电场的次同步振荡机理。结果表明,构网型直驱风电场中匹配控制主导的振荡模态在强电网下呈现负阻尼特性,系统存在次同步振荡的风险,但匹配控制振荡模态相较于跟网型控制的锁相环振荡模态具有更好的弱电网适应能力;匹配控制振荡模态存在类似于同步机转子运动方程的动态特性,使得构网型直驱风电场可能发生弱阻尼振荡;减小交流电网强度或无功控制器积分系数,增大构网型直驱风机台数或无功控制器比例系数,能够增大匹配控制振荡模态的阻尼,降低系统次同步振荡风险。     

基于转矩法的双馈风电场经柔直并网系统次同步振荡分析EI北大核心CSCD

从电磁转矩角度研究双馈风电场经柔直并网系统的次同步振荡。首先推导电磁转矩与转速之间的幅频关系,发现定子电流受柔直控制器影响,即通过电磁转矩实现风机与柔直的耦合;然后分析该模型电磁转矩的频率响应,分析结果表明在特定频率范围内电磁转矩呈现负阻尼特性引起系统次同步振荡;基于转矩的幅频响应,进一步研究柔直控制器参数和稳态工况对系统稳定性的影响,结果表明增加控制器的比例系数和减少积分增益都对系统稳定性不利;最后通过PSCAD/EMTDC时域仿真验证理论分析的正确性。     

直驱永磁同步风电机组次同步振荡建模与分析

为了研究直驱永磁同步风电机组(DDPMSG)次同步振荡问题,建立了完整的风电系统动态数学模型。采用特征值分析方法全面分析了全功率变换器控制器参数对系统振荡模式的影响:将风电系统动态模型在稳定工作点线性化后得到系统的系数矩阵,计算出系统的振荡模式;由于控制器参数个数众多,为了简化分析过程,通过计算参与因子筛选出与系统振荡模式关联度高的控制器参数,在此基础上进一步分析这些控制器参数对系统振荡模式稳定性的影响。分析和仿真结果表明:转速调节器比例系数较小,则易引起轴系扭振;直流电压调节器积分系数过大,则易引起网侧功率的次同步振荡。     

提高风场柔直并网系统稳定性的控制器参数优化设计

基于模块化多电平换流器的柔性直流输电系统(modular multilevel converter-based high-voltage DC,MMC-HVDC)接入风电场时易出现次同步振荡现象。利用阻抗分析方法揭示了风电场经MMC-HVDC并网系统的次同步振荡产生机理。建立了MMC的谐波状态空间模型,在此基础上,利用谐波线性化原理推导了计及内部动态特性的MMC交流侧小信号阻抗模型。首先从单个装置的角度,分别设计了风电场侧MMC和风电并网逆变器的控制器参数。在此基础上,从系统的角度,提出了一种提高风场柔直并网系统稳定性的控制器参数优化设计方法,并讨论了换流器一次参数及工作模式等对优化结果的影响。基于Matlab/Simulink建立了风电场经MMC-HVDC并网系统的时域仿真模型,仿真结果验证了理论分析的正确性和所提方法的有效性。     

虚拟同步直驱风电场经MMC-HVDC并网的低频振荡特性分析

虚拟同步直驱风电场经功率同步环与模块化多电平换流器柔性直流(MMC-HVDC)输电互联,将存在低频振荡风险。考虑MMC-HVDC和直驱风机网侧换流器以及转子侧换流器内部的动态过程,首先建立虚拟同步直驱风电场经MMC-HVDC并网的小信号模型,并通过精细化电磁暂态仿真验证其准确性。随后,利用根轨迹方法,分析风电功率波动和交流系统强度变化对互联系统稳定性的影响,设计功率变化时虚拟同步直驱风电场的参数整定方法。结果表明,由于功率外环和MMC-HVDC送端整流站电压环作用,在风电场输出功率增大和交流系统强度降低的过程中,互联系统存在低频振荡现象。通过合理调整锁相环、虚拟同步机(VSG)有功环和MMC-HVDC送端整流站电压环的控制器参数、改变VSG阻尼项形式,可以抑制振荡并实现稳定运行。     

多直驱永磁同步发电机并联风电场次同步阻尼控制器降阶设计方法

多直驱永磁同步发电机(PMSG)并联风电场并网电力系统中可能出现次同步振荡现象。为了保证系统稳定运行,提出了一种多PMSG并联风电场次同步阻尼控制器降阶设计方法。文中次同步阻尼控制器以风电场集中母线电压幅值为输入信号,并将输出信号分配到风电场中每台PMSG电网侧换流器控制回路上,次同步阻尼控制器参数在多PMSG并联风电场并网系统降阶模型的基础上由全局搜索算法优化得到。次同步阻尼控制器降阶设计方法可以降低状态矩阵维度,大大减少参数优化时间。最后,基于Matlab软件对20台PMSG并联风电场并网电力系统进行模态分析和非线性仿真分析,结果显示,降阶设计的风电场次同步阻尼控制器在不同场景下均能够抑制多PMSG并联风电场次同步振荡,提升系统的稳定性。     

直驱风电场与LCC-HVDC次同步交互作用的扰动传递路径及阻尼特性分析

当直驱风电场距离电网换相型高压直流输电(line-commutated-converter based high voltage direct current,LCC-HVDC)的整流站较近时,两者间的次同步交互作用机理及特性尚不明确,现有分析方法难以揭示扰动传递过程及子系统间的耦合关系。针对上述问题,该文首先建立直驱风电场经LCC-HVDC送出系统的线性化模型,并基于系统闭环互联传递函数框图揭示次同步频率扰动在直驱风电场与LCC-HVDC之间的传递路径。然后,通过阻尼重构分离出次同步交互作用对次同步振荡(sub-synchronous oscillation,SSO)模式阻尼的影响,并分析控制器参数对SSO模式阻尼的影响。结果表明,直驱风电机组直流电容主导的SSO模式存在不稳定风险;直驱风电场与LCC-HVDC之间的扰动传递路径呈现"8"字型耦合关系,导致两者间存在次同步交互作用;直驱风电机组外环、LCC-HVDC定电流控制器的比例系数增大或积分系数减小时,SSO模式阻尼增大。     

直驱风电场并入弱交流电网的次同步分量通路及阻尼特性分析

直驱风电场并入弱交流电网次同步振荡(sub-synchronous oscillation,SSO)威胁电力系统安全运行,分析其次同步分量通路能够揭示系统内部次同步交互作用特性,并能够分别针对每条通路进行阻尼特性分析,目前尚无文献开展相关研究。针对上述问题,该文首先建立直驱风电场并入弱交流电网系统闭环传递函数框图,并利用阻尼转矩法分析直驱风电机组直流电容主导的振荡模态。然后,基于传递函数框图,分析得到2条次同步分量通路:直驱风电场内部次同步分量通路以及直驱风电场和弱交流系统之间的次同步分量通路。最后,利用通路阻尼分析,结合时域仿真,分别分析直驱风电机组网侧控制器(grid side controller,GSC)参数对2条通路阻尼特性的影响。结果表明:GSC直流电压外环积分系数增大时,2条次同步分量通路的阻尼均减小;直流电压外环比例系数和电流内环比例、积分系数减小会导致直驱风电场内部次同步分量通路的阻尼减小。研究结果对阻尼控制器的设计有一定的指导意义。     

双馈风电场抑制系统次同步振荡分析及控制策略

为挖掘大容量风电场参与系统次同步振荡的抑制能力,提出双馈风电场抑制系统次同步振荡的机理研究及其附加阻尼控制策略对比分析。首先,建立汽轮发电机轴系多质量块的数学模型,引入风场输出功率与汽轮发电机转速之间的传递函数,推导了双馈风电场有功功率和无功功率调节对系统阻尼系数的表达式,并分析提供正阻尼的范围。其次,基于汽轮发电机转速信号以及系统正阻尼条件,对比例积分微分相位补偿控制环节及其参数进行优化,分别研究基于双馈风电场有功功率或无功功率环的附加阻尼优化控制策略。最后,以含双馈风电场的IEEE第一标准测试系统为例,对基于有功功率和无功功率附加阻尼优化控制策略的次同步振荡效果进行比较。理论分析和时域仿真结果表明,推导的基于风电场有功功率和无功功率的阻尼系数表达式可有效分析双馈风电场对系统次同步振荡的作用机理,且基于风电场的有功功率或无功功率附加阻尼优化控制策略都能在全次同步频段内提供有效正阻尼。     

SVG与直驱风机间的次同步相互作用特性分析

近年来,新能源并网系统的次同步振荡问题日益凸显,我国许多地区的直驱风电并网系统出现了次同步频率下的功率振荡。目前风电场基本均装设了SVG等无功补偿装置来改善风电场的电压稳定问题,而SVG装置与直驱风电在次同步频段下的相互作用尚未明确。该文采用模态分析法,研究考虑SVG与直驱风机间相互作用的并网系统次同步振荡问题。首先,根据直驱风机和SVG装置的数学模型推导了其小信号分析模型。基于该模型,计算系统根轨迹,研究了控制参数和运行参数对次同步振荡模态特性的影响。同时利用模态的参与因子观察并网系统中装置间的耦合作用特性,最后利用电磁暂态仿真验证了模态分析结果的正确性。结果表明SVG的并入会影响风机并网系统稳定性,装置间存在次同步相互作用。     

采用VSC-HVDC并网的直驱风电场次/超同步振荡特性

风电、光伏经由高压直流输电系统并网外送已经成为大规模可再生能源基地的主要输送方式。对于风电引发的次/超同步振荡问题,尤其是直驱风电机组与柔性高压直流(VSC-HVDC)输电系统之间相互作用引发的次/超同步振荡问题值得深入研究。首先,分别建立直驱风电机组与VSC-HVDC的动态模型,并深入分析与推导两者之间的接口矩阵与接口动态方程,进而得到直驱风电机组经VSC-HVDC并网外送的完整动态模型。在此基础上,采用特征值分析法计算得到各振荡模式的参与因子,并根据模式参与因子判断出次/超同步振荡模式之间存在阻尼耦合。通过PSCAD/EMTDC进行时域仿真,验证了模型与特征值分析结果的正确性。进一步深入分析风电并网距离/阻抗、直驱风电机组机/网侧控制器与VSC-HVDC送/受端控制器参数对次/超同步振荡阻尼特性的影响,结果表明:同一个控制器参数可同时影响多个次/超同步模式,同一个次/超同步模式可同时受多个控制器参数影响,并且这种阻尼耦合的影响可能趋同(调节控制器参数,耦合的两种模式的阻尼比同向变化),可能趋反(调节控制器参数,耦合的两种模式的阻尼比反向变化),也可能趋同与趋反同时存在。     

海上风电场经柔直送出系统的虚拟导纳中频振荡抑制策略

随着柔性直流输电技术在远海风电的广泛应用,海上换流站接入远海风电场时出现了中频振荡现象,严重危害系统安全稳定运行。为此,提出了一种基于虚拟导纳的中频振荡抑制策略。首先,采用模块化状态空间法建立了海上风电场经柔直送出系统的小信号模型。然后,采用参与因子分析方法揭示了影响中频振荡的关键因素,并分析了各关键因素对中频振荡的影响特性。在此基础上,提出在柔直控制系统中添加虚拟导纳的阻尼控制策略,并基于阻尼控制器对中频、LCL振荡的差异影响划分了控制器参数的稳定域。最后,在Matlab/Simulink中搭建时域仿真模型。结果表明,所提策略在系统不同运行工况下均可有效抑制中频振荡,提高了系统稳定性。     

直驱风电场对网对网送出电力系统机电振荡的影响

直驱风电场会从改变潮流状态、与系统发生强动态相互作用两方面对电力系统机电振荡模式产生影响.基于上述两方面,探究了直驱风电场对网对网送出电力系统机电振荡模式阻尼的影响.研究表明,位于送端或受端的直驱风电场替代火电厂可通过降低火电厂出力提高系统机电振荡模式阻尼.然而,当直驱风机取特定控制参数,导致直驱风电场与系统发生强动态相互作用时,直驱风电场会对系统机电振荡模式阻尼产生负面影响.     

直驱风电场经HVDC送出系统的次同步阻尼控制器优化设计

直驱型风电场经高压直流输电工程送出系统曾发生由于次同步振荡(subsynchronous oscillation,SSO)导致的事故。首先通过分析直驱风电场经HVDC送出系统主导模态的参与因子,确定了次同步阻尼控制器(subsynchronous damping controller,SSDC)的最佳安装位置。另外,提出了SSDC的参数设计方法,研究了SSDC的结构和时域性能指标,基于遗传算法(genetic algorithm,GA)设计了参数优化算法。在PSCAD/EMTDC仿真平台的验证结果表明,本文设计方法可有效抑制次同步振荡。     

基于无模型自适应控制的双馈风机次同步振荡附加阻尼控制方法

双馈风机并网系统易发生次同步振荡,受制于建模精度及控制器本身参数结构的固定性,传统的附加阻尼控制器可能存在适应性不强的问题。该文设计一种基于无模型自适应控制的次同步阻尼控制方法,依托动态线性化技术从系统输入输出数据中提取动态特征,以摆脱控制方法对建模准确性的依赖,增强控制器自适应性。首先,基于无模型控制方法设计控制器结构,并提出一种适用于阻尼控制的一步向前加权预测控制算法;进一步地,从理论上证明改进控制算法下闭环系统的跟踪误差一致最终有界性及有界输入–有界输出稳定性,并提出控制器参数的优化方法。最终,在综合考虑风速、风电场有功/无功出力、风机台数、线路串补度等影响因素的情况下,验证所提控制方法的抑制效果,结果表明,该方法具备很强的自适应性,在多种工况下均能有效抑制次同步振荡。     

直流输电系统虚拟并联电阻阻尼控制策略研究

增强柔性直流输电系统的阻尼特性有利于抑制系统直流电压和直流电流的振荡,提高系统的运行稳定性。该文提出一种适用于柔性直流输电系统的虚拟并联电阻阻尼控制策略。首先,以换流器平均值模型为基础,建立柔性直流输电系统的数学模型。其次,分析直流系统并联阻尼电阻后的运行性能,并将无源阻尼方式转换至换流器控制系统中,得到虚拟并联电阻阻尼控制策略的实现方式。再次,以简化两端系统为例,研究虚拟并联电阻阻尼控制器参数的对系统运行性能的影响,推导阻尼控制器参数的选择原则。最后,搭建柔性直流输电系统电磁暂态仿真模型,以验证虚拟并联电阻阻尼控制策略的有效性。     

基于路径分析法的直驱风电场经柔直并网系统次同步振荡机理分析EI北大核心CSCD

针对直驱风电场经柔性直流输电(voltage source converter based high voltage direct current,VSC-HVDC)并网系统的次同步振荡(subsynchronous oscillation,SSO)问题,目前研究在机理分析中难以揭示子系统之间的扰动传递过程和耦合关系,同时难以量化不同特性对于系统稳定的影响。因此,基于路径分析法开展系统的SSO机理研究,并以锁相环(phase-locked loop,PLL)振荡模态为例开展路径分析法的模态扩展。首先,采用模块化建模方法建立系统的线性化模型。其次,将转子运动方程的阻尼系数推广至振荡模态的主导元件动态方程,从而获取系统的稳定判据。然后,基于路径分析揭示子系统之间的扰动传递过程和耦合关系,基于阻尼分解量化风电场内部特性以及风电场与VSC-HVDC之间交互作用特性对于系统稳定的影响。最后,开展PLL控制参数对于阻尼特性的影响分析。结果表明:路径分析法可以应用于不同的振荡模态;直驱风电场与VSC-HVDC之间的扰动传递路径呈现双闭环耦合关系;通过增大直驱风电机组PLL比例系数或减小直驱风电机组PLL积分系数可以有效提高系统的总阻尼系数,从而提升系统的稳定性。