低短路比电网下含负序控制双馈风机稳定性研究的几个关键问题

由于我国风电资源和电力负荷的逆向分布特性,低短路比已成为风电机组接入电网的主要形态.低短路比对称电网下,双馈风机与电网的交互作用易引发系统小干扰失稳.不对称电网下,电网正、负序阻抗及其序间耦合分量将与风机网侧、转子侧变流器产生更为复杂的交互作用,其带来的失稳风险亟需研究和评估.对此,该文综合已有研究,首先,分析低短路比电网下含负序控制双馈风机稳定性研究的关键问题;然后,从阻抗建模、稳定性分析、控制策略改进等方面,提出相应的解决方案;最后,对相关技术发展前景进行讨论和展望.     

弱电网下基于虚拟母线电压控制的双馈风机稳定性优化研究

为了提高弱电网下双馈风机并网的稳定性,研究了弱电网下基于虚拟母线电压控制的双馈风机稳定性优化问题。首先建立了双馈风机系统接入弱电网的小信号模型,基于特征值分析法,发现电网强度较弱或风机输出功率较高时,会导致系统稳定性变差甚至振荡失稳。然后提出了一种弱电网下提高双馈风机稳定性的虚拟母线电压控制方法,相当于改变了锁相环跟踪并网点的位置,降低了电网阻抗,等效为提升了风机并网点的电网强度。接着分析了虚拟母线电压控制对系统稳定性的影响效果并分析了补偿因数和时间常数的设计范围,研究发现系统稳定性随着补偿因数的增加而增强,随着时间常数的增加而变弱。在Matlab/Simulink中搭建了双馈风机接入弱电网的时域模型并在半实物平台中进行实证,验证了该优化控制方法的正确性和有效性。     

弱电网下负序控制对变流器并网系统稳定性影响分析

变流器并网运行时,因实现负序控制目标带来的变流器控制结构改变可能会存在恶化系统小干扰稳定性问题,该问题在弱电网背景下更加突出。首先介绍了不平衡电网下基于比例积分-准谐振(proportional-integrational quasi-resonant,PIR)控制的负序控制策略,然后建立平衡电网下考虑负序控制策略的变流器并网系统幅相阻抗模型和原-对偶复电路。其次,通过分析因负序控制带来的变流器侧幅相阻抗模型中导纳元素阻抗特性的变化,判断负序控制对系统稳定性的影响,进一步基于广义阻抗判据分析了负序控制如何影响系统稳定。研究结果表明弱电网下负序控制可能会使变流器并网系统存在次同步和100 Hz左右的振荡失稳风险。最后,通过仿真验证了理论分析结果的有效性。     

双馈风电场串补送出系统次同步振荡及参数调整分析

针对双馈风电场经串补送出系统存在次同步振荡(sub-synchronous oscillation，SSO)问题，基于三相静止坐标系建立了考虑PLL的双馈风机正负序阻抗模型，并从带宽角度分析了转子侧变流器外环控制对阻抗特性的影响，对理论推导阻抗特性和频率扫描结果进行了对比验证；然后，分析双馈风电机组网侧变流器对风机总阻抗的影响；最后，基于奈奎斯特稳定判据定量分析了风机出力、电流环控制器控制参数、系统串补度以及风机台数等因素对送出系统稳定性及振荡频率、振荡风险大小的影响，并提出了抑制次同步振荡的参数调整措施，可以通过调整风机出力、减少并网风机台数、减小线路串补度、调节RSC电流环参数等措施来抑制SSO风险。     

电网电压不对称故障条件下DFIG风电机组控制策略

提出了一种可应用于双馈异步发电机(DFIG)转子侧变换器的新型电流控制器,即双dq-PI转子电流调节器.在电网电压不对称故障条件下,该电流调节器可对DFIG的转子电流正、负序分量同时进行控制.推导了电网电压不对称故障条件下DFIG的数学模型,根据风力发电机在电网电压不对称故障条件下的运行规程,提出了4种控制目标,同时基于正序定子电压定向简化并得到了转子电流调节器的正、负序电流参考给定量.在一台额定功率为10 kW的DFIG实验机组上,对所提出的转子电流控制器进行了实验验证,结果表明基于该控制器的控制方案可大大改善DFIG系统在电网电压不对称故障条件下的运行性能,提高系统的故障穿越能力.     

弱电网下双馈发电机输入导纳建模及稳定性分析

弱电网条件下双馈风电机组控制系统与电网的交互影响目前得到了广泛的关注,传统的双馈电机变流器控制系统设计中并没有考虑电网阻抗的影响,因此该文采用阻抗分析方法分析了双馈风电变流器控制系统特性对双馈发电机并网稳定性的影响。首次在同步旋转坐标系下建立了考虑锁相环影响的双馈发电机输入导纳模型,建模过程中同时考虑了双馈发电机的电磁暂态特性和转子电流环控制器的影响。在此基础上,详细分析了锁相环和电流环控制器参数变化对双馈发电机输入导纳矩阵的影响。在所建模型的基础上对弱电网连接情况下的双馈发电机稳定性进行分析,利用广义奈圭斯特稳定判据分析电流环以及锁相环PI参数对于系统稳定性的影响,仿真结果验证了所建立模型和理论分析的正确性。     

适用于弱电网的双馈风电机组新型故障穿越控制方法

弱电网下系统的电压稳定裕度较低,而风电场的故障穿越性能对系统的暂态电压稳定性有显著影响。传统的双馈风电机组故障穿越控制方法都是基于适用于强电网的定功率控制,不利于维持弱电网下的电压稳定性。提出一种适用于弱电网中双馈风电机组的新型故障穿越控制方法。这种新型控制方法基于同步控制,通过有功电流和无功电流下垂控制风电机组出口电压的角度和幅值,使双馈风电机组以可控电压源的外特性运行。该控制方法能使双馈风电机组在弱电网的对称故障和不对称故障中均提供无功和有功电流,并且能在故障清除后的重励磁暂态过程中提高系统的电压稳定性。该方法同样适用于需要在联网和孤网运行之间进行无缝切换的双馈风电机组。最后,通过双馈风电机组接入无穷大电网实际电网、孤网的仿真算例验证了该故障穿越控制方法的有效性及优越性。     

故障后转子侧变流器不间断控制下的双馈风机序网等值电路

为应用方便直观的电路方法进行双馈风电并网系统故障分析和短路计算,针对电网故障后转子侧变流器(rotor side converter,RSC)控制方式提出一种双馈风机(doubly-fed induction generator,DFIG)序网等值电路。故障后RSC不间断控制的运行方式下,DFIG定子短路电流中含有幅值稳定的工频正负序分量、2个衰减速度不同且频率接近工频的正序分量以及衰减直流分量。分别推导了各交流成分对应的序网等值电路,其中,稳定工频正序分量对应的等值电路可用等值电势及正序阻抗来表示;稳定工频负序分量对应的等值电路用无源的负序阻抗来表示;而衰减交流分量可用受控电流源来描述。利用所提DFIG等值电路,应用传统序网分析方法即可方便进行短路计算,不需仿真就能获得双馈风机并网系统中各处的短路电流。通过PSCAD仿真验证了所提等值电路和解析算法的有效性。     

弱电网下双馈风电机组电网电压扰动补偿控制策略

针对弱电网下双馈风电并网系统的稳定性问题,文中提出了一种基于电网电压扰动补偿的双馈风电机组补偿控制策略。首先,在同步旋转坐标系下建立双馈风电机组,包括转子侧变换器和网侧变换器的统一阻抗模型。然后,基于所建立的阻抗模型分析了并网点电压扰动到控制器输出的传递关系,分别在转子侧电流环和网侧电流环引入了电压扰动补偿对变换器进行改进控制,并通过广义奈奎斯特判据证明了该方法能有效提高双馈风电机组在弱电网下的并网稳定性。理论分析表明,基于并网点电压扰动补偿的转子侧和网侧补偿控制能很好地改善双馈风电机组的输出阻抗特性,从而提高其在弱电网下的稳定性。最后,通过仿真分析验证了该补偿控制方法的有效性。     

弱电网下双馈感应发电机定子匝间短路故障时电网电压稳态分析

深入研究了发生定子绕组匝间短路故障的双馈感应电机(DFIG)接入交流弱电网后,给公共连接点(PCC)处电压带来的影响及其功率约束。首先建立了含故障风机的弱电网模型,然后利用这一简化的系统模型进行了影响PCC处电压稳定性因素,风机输出有功功率以及无功功率问题的研究。最后通过MATLAB/Simulink仿真平台对结果进行验证,结果表明:双馈风机发生定子匝间短路故障后,DFIG输出有功功率减小无功功率增加,进而对PCC处电压稳定性产生一定的影响,并且随着风机故障程度、线路阻抗比以及电网强度的改变,PCC处电压波动越显著。     

双馈风电机组在不对称电网故障下的稳定性控制研究

为避免电网电压不对称跌落导致双馈风电机组(DFIG)脱网运行,分析了电网不对称故障时双馈风力发电机组直流母线电压波动机理,直流侧过电压这一现象主要由定子侧直流分量和电网电压负序分量引起.通过参考系坐标变换导出在正负序坐标系中双馈感应发电机的电压和电流方程,建立了正、负序坐标系下DFIG数学模型,利用机、网变流器协调控制...     

电网电压不对称暂降下考虑Chopper动作的双馈风机转子电流分析

针对电网电压不对称暂降下双馈感应发电机直流侧卸荷Chopper电路的投入,分析了其动作后双馈感应发电机的转子三相不对称电流,双馈感应发电机在机端电压不对称故障时表现出极为复杂的电磁暂态特性。首先建立了正反向旋转坐标系下双馈感应发电机的正序、负序模型,然后基于序分量叠加法把不对称故障时复杂电磁暂态过程中出现的暂态量等效分解为正序、负序和自由分量,推导了不对称故障下Chopper投入后转子暂态短路电流精确解析表达式。利用Matlab/Simulink仿真软件对所提方法进行验证,仿真结果验证了机端电压不对称跌落过程中双馈感应发电机转子不对称短路电流变化特性。     

电网电压深度不对称跌落时的双馈风电变流器控制技术

针对电网电压不对称跌落故障,提出一种用于双馈风机的变流器控制策略,以满足低电压穿越标准的要求。策略使用转子侧变流器控制转子正序电流以保证风机的有功和无功输出,网侧变流器保持额定电流输出能量,同时使用斩波器稳定直流母线电压。针对1.5MW双馈风电机组进行了仿真模型和实际测试验证,结果表明该策略有效保证了双馈风机系统低电压穿越的实现。     

双馈入VSC并网系统单输入单输出传递函数建模与稳定性分析

为克服多电压源型换流器(voltage-sourceconverter,VSC)并网系统阶数高、稳定机理分析复杂等问题,该文基于并网VSC系统单输入单输出(single-inputsingle-output,SISO)传递函数模型,将高阶次的多馈入VSC并网系统降阶为一维低阶系统,简化多馈入VSC并网系统建模与稳定性分析过程。以双馈入VSC并网系统为例,该文推导双馈入VSC并网系统SISO传递函数模型,分析双馈入并网系统VSC间产生耦合的原因,揭示交流电网强度与锁相环带宽影响双馈入VSC并网系统稳定性的机理。分析表明,当双馈入VSC并网系统的控制参数相同时,联络线阻抗使得并网系统VSC之间产生耦合,进而增大SISO传递函数的初始幅值,导致相同电网强度下双馈入VSC并网系统较单馈入VSC并网系统更易失稳。而当双馈入VSC并网系统控制参数不同时,锁相环动态使得并网系统VSC间通过电网阻抗产生耦合,SISO传递函数幅值裕度将随锁相环带宽向有较大锁相环带宽VSC靠近时减小,即双馈入VSC系统锁相环带宽越接近于带宽较大的一方,SISO传递函数幅值裕度越低,系统越易失稳。在Matlab/Simulink中搭建仿真模型进行频域和时域仿真,验证所提出SISO传递函数模型与机理分析的正确性。     

双馈风力发电机的调频策略及机组定子故障下的弱电网稳定性研究EI北大核心CSCD

双馈风力发电的高渗透率降低了电网的等效惯性和一次调频能力,这一问题对于弱电网而言愈发突出。因此,在惯性降低的弱电网下,双馈风力发电机（doubly-fed induction generator,DFIG）频率的自动调整成为其控制系统重要目标之一。定子绕组匝间短路（stator winding inter-turn short circuit,SWITSC）是双馈风机的一种典型故障,直接影响机组的安全、稳定运行。但是,计及SWITSC故障的DFIG机组的调频策略与弱电网稳定性分析尚未见诸报道。为此,在计及SWITSC故障的DFIG机组模型上附加频率惯性控制和下垂控制,依据旋转质块的动态特性建立SWITSC故障下DFIG机组、弱电网的小信号模型,通过特征值分析揭示了两种频率控制策略及SWITSC故障本身对弱电网频率稳定性的影响,并对弱电网模式切换和负荷突变进行了敏感性研究,最后利用仿真验证了理论分析的正确性。     

双馈风力发电机的调频策略及机组定子故障下的弱电网稳定性研究

双馈风力发电的高渗透率降低了电网的等效惯性和一次调频能力,这一问题对于弱电网而言愈发突出。因此,在惯性降低的弱电网下,双馈风力发电机(doubly-fed induction generator,DFIG)频率的自动调整成为其控制系统重要目标之一。定子绕组匝间短路(stator winding inter-turn short circuit,SWITSC)是双馈风机的一种典型故障,直接影响机组的安全、稳定运行。但是,计及SWITSC故障的DFIG机组的调频策略与弱电网稳定性分析尚未见诸报道。为此,在计及SWITSC故障的DFIG机组模型上附加频率惯性控制和下垂控制,依据旋转质块的动态特性建立SWITSC故障下DFIG机组、弱电网的小信号模型,通过特征值分析揭示了两种频率控制策略及SWITSC故障本身对弱电网频率稳定性的影响,并对弱电网模式切换和负荷突变进行了敏感性研究,最后利用仿真验证了理论分析的正确性。     

电网不对称故障下双馈风力发电机组穿越控制的研究

在研究电网电压不对称对双馈感应发电机（DFIG）影响以及DFIG正、负序数学模型的基础上,分析了电网电压不对称条件下DFIG定子输出有功、无功功率和发电机电磁转矩的组成。针对电网电压不对称时负序电流对定子侧有功功率、无功功率、电磁转矩和直流侧电压的影响,提出电流正序分量跟踪控制策略,并在转子侧和网侧变换器的控制中对电网电压的正、负序分量分别处理。转子侧变流器采用正序电流跟踪的滞环控制,实现了电流的无差跟踪。网侧逆变器控制内环采用电流前馈控制,并控制负序电流为零,外环采用电压环稳定直流电压。仿真结果表明,在电网不对称故障时,这种控制策略可以消除负序电流对定子侧有功功率、无功功率、电磁转矩和直流侧电压的影响,实现不对称故障穿越。     

电网不对称故障下双馈风力发电机组穿越控制的研究

在研究电网电压不对称对双馈感应发电机( DFIG)影响以及DFIG正、负序数学模型的基础上,分析了电网电压不对称条件下DFIG定子输出有功、无功功率和发电机电磁转矩的组成.针对电网电压不对称时负序电流对定子侧有功功率、无功功率、电磁转矩和直流侧电压的影响,提出电流正序分量跟踪控制策略,并在转子侧和网侧变换器的控制中对电网电压的正、负序分量分别处理.转子侧变流器采用正序电流跟踪的滞环控制,实现了电流的无差跟踪.网侧逆变器控制内环采用电流前馈控制,并控制负序电流为零,外环采用电压环稳定直流电压,仿真结果表明,在电网不对称故障时,这种控制策略可以消除负序电流对定子侧有功功率、无功功率、电磁转矩和直流侧电压的影响,实现不对称故障穿越.     

网压非对称条件下双馈风电系统的PS-VS及NS-VR综合控制分析

当前诸多文献研究了电网电压对称跌落状态下双馈风力发电系统的穿越控制策略,但是电网发生非对称跌落的概率约占网压跌落事件数的80％。该文提出一种电网电压非对称条件下的双馈系统优化动态综合控制策略。分别建立了正序电压支撑（positive sequence voltage support,PS．vs）及负序电压抑SO（negative sequence voltage restrain,NS-VR）的控制模型,并且在变流器的输出电压中将正序电压控制分量与负序电压控制分量给予合成。此控制策略实现了电网电压不对称故障条件下风电场电网公共接入点电压质量的显著提升。论文研究了根据电网电压跌落幅度对PS．VS子功能与NS—VR子功能的容量分配算法。通过Matlab／Simulink对PS．VS控制及NS．VR控制的综合控制仿真结果表明,该控制策略实现了风电场电网电压非对称状态下双馈风力发电系统并网条件的明显提升。     

适应于双馈风电场的改进故障序分量选相方法

分析了应用于双馈风电场的故障序分量选相元件的动作特性,指出受双馈感应风机特有暂态特性的影响,故障网络中双馈风电场的正、负序等效阻抗差异很大,引起故障序分量选相元件动作性能的恶化。提出一种基于故障序电压补偿的改进故障序分量选相方法,该方法通过对双馈风电场正、负序等效阻抗的实时检测自适应修正阻抗差异对选相结果的影响,改善了传统故障序分量选相元件的动作性能,并通过仿真验证了所提方案的有效性。