直驱风电场经交流并网系统dq阻抗模型及稳定性分析

为研究直驱式风电场经交流并网系统中,由变流器控制器与电网互相作用而引发新的次同步振荡问题,综合考虑变流器内部控制动态特性、交流动态响应和功率传输特性,推导了直驱风电机组经交流并网系统dq等效阻抗模型。结合系统阻抗行列式稳定判据,分析了直驱风电机组网侧变流器内部控制参数变化对次同步振荡的影响。研究表明,随着网侧变流器中内、外环的PI控制参数（Kp、Ki）的减小,发生振荡失稳的风险增加,系统稳定性下降。最后,通过PSCAD/EMTDC环境下时域仿真验证了模型与理论分析的正确性。     

电网故障下全功率风电场内部机组的暂态稳定性分析

全功率风电场中机组并网运行的稳定性往往与网侧变流器的控制和并网阻抗有关,因而风电场中机组的失稳并不是同时发生的.为揭示风电场中机组的位置与其暂态稳定性的关系以及机组间稳定性的相互影响,建立了基于锁相环的多风电机组非线性降阶模型.基于等面积法的思想,分析了不同运行条件下风电场内部不同机组的暂态稳定裕度以及场内线路阻抗对稳...     

风电场内机群间次同步振荡相互作用

大型风电场内部包含大量控制参数各异、运行状态不同甚至类型多样的风电机组,其并网引发的次同步振荡问题日益凸显。研究了风电场内部不同风电机群之间次同步振荡相互作用及其影响因素,从而明确次同步振荡在风电场内的演化过程;建立了直驱风电场的并网导纳模型;应用广义奈奎斯特判据分析了风电场内不同风电机群并网的次同步振荡稳定性,在此基础上研究了风电场内不同风电机群之间的次同步振荡相互作用。结果表明,“振荡机群”能够引起“稳定机群”也发生次同步振荡,二者的并网机组台数比例对风电场次同步振荡特性具有显著的影响,“振荡机群”的锁相环参数对整座风电场的次同步振荡频率具有重要的影响。在MATLAB/Simulink中搭建了直驱风电场的并网仿真模型,时域仿真结果验证了上述理论分析的正确性。     

面向低频振荡分析的直驱风电机组阻尼转矩建模

针对直驱风电机组直流电压环和锁相环失稳问题,基于直驱风电机组电流源型线性化模型,分析了电网强度、直流电容输入功率以及控制参数对直驱风电机组稳定性的影响;建立了适用于直流电压环和锁相环稳定性分析的电流源型阻尼转矩模型,通过阻尼转矩法揭示了直驱风电机组失稳机理;进一步地将阻尼转矩法拓展至多机并联系统。研究结果表明：电网强度的减小、直流电容输入功率的增加、控制参数(直流电压环比例参数、锁相环比例参数)的减小会降低直驱风电机组低频振荡模式(直流电压环模式、锁相环模式)的阻尼系数,当阻尼系数小于0时,该模式下系统失稳,表现为直驱风电机组发生低频振荡。     

异步风电机组接入系统的小干扰稳定及控制

在电力系统分析软件DIgSILENT/Power Factory中建立基于普通异步发电机的风电机组(异步风电机组)和电力系统模型,分析异步风电机组对电力系统小干扰稳定性及阻尼特性的影响.提出了一种改进的桨距角控制方案--将系统频率偏差信号引入桨距角控制系统.在系统发生低频振荡时,通过调节桨距角控制异步风电机组输出功率,使风电场输出功率与系统功率振荡的频率相关.对系统进行特征值分析和故障时域仿真,2种分析结果都表明,改进的桨距角控制环节能够改善系统阻尼,对系统功率振荡具有很好的阻尼和抑制作用,加强了系统动态稳定性.     

基于复转矩系数法的双馈风电机组阻尼转矩建模

为研究转子侧变流器及其控制系统对双馈风电机组阻尼的影响机理，考虑机械转矩、电磁转矩、暂态电势、转子侧变流器控制、电压控制以及角度偏移等环节，构建小干扰状态下机组动态模型；然后基于复转矩系数法，推导双馈风电机组阻尼转矩和同步转矩表达式，得到阻尼转矩与机组振荡频率、风速、机组机械参数、电气参数及控制系统参数有关，转子侧变流器内环、外环控制参数之间相互耦合，共同影响机组的阻尼；最后，通过仿真对所建数学模型进行验证。仿真验证结果表明：在不同振荡频率下，所建模型均具有适用性。     

基于序阻抗的直驱风电场次同步振荡分析与锁相环参数优化设计

近年来,我国西北地区发生了直驱风电场并入交流电网的次同步振荡现象。为深入研究该问题,文中采用谐波线性化方法建立典型直驱风电机组网侧变流器的正、负序阻抗模型。其次,通过硬件控制在环方法测量直驱风电机组阻抗,利用奈奎斯特判据分析直驱风电机组并入交流电网次同步振荡的产生机理,并且提出一种锁相环控制参数优化设计方法,降低了系统次同步振荡发生的风险。最后,基于RT-lab实时仿真平台建立110台1.5MW直驱风电机组组成的风电场电磁暂态实时仿真模型,仿真结果验证理论分析的正确性。     

永磁直驱风电机组改善系统阻尼的控制技术

永磁直驱风力发电机组抑制系统功率振荡的阻尼作用,有利于提高风电渗透率较高的区域电网的稳定性.本文在分析永磁直驱风电机组运行特性和控制策略的基础上,研究具备故障穿越能力的永磁直驱风电机组的无功调制与系统功率振荡的关系,提出了永磁直驱风电机组的无功附加阻尼控制策略.利用MATLAB/Simulink仿真软件对含永磁直驱风电机组的区域电网进行仿真分析,验证了在所提控制策略下,永磁直驱风电机组能够利用其无功功率的调节能力,抑制故障后系统持续振荡的功率,从而提高了基于永磁直驱风电机组的大规模风电场接入电网后的电力系统的阻尼特性.     

基于STATCOM-BESS有功无功控制的风电机组并网稳定性研究

为提升含高渗透率的由不同类型风电机组汇集的风电场接入系统后大电网的动态频率及电压稳定性,具备在二维空间功率运行调节能力的基于直流环储能装置的链式分级电平型静止无功发生器(STATCOM-BESS)现已广泛布局在风电场内,同时,基于STATCOM-BESS储能后备兼功率控制的双环结构附加阻尼控制可以平抑系统的功率振荡.在...     

电网扰动模拟发生装置与风电机组串联引发振荡的机理及抑制措施

电网扰动模拟发生装置通常采用全功率变流器,能够在风电机组输出侧模拟电网频率、电压和谐波的变化。装置输出端和风电机组输出端都配置LC滤波电路,在带载测试过程中,风电机组与电网扰动模拟发生装置间发生了低频次和高频次的功率振荡,导致风机脱网。针对工程应用过程中的振荡现象,阐释了功率振荡的产生机理,初步提出了功率振荡的抑制措施,对装置的控制策略进行了优化,最后通过实测验证了抑制措施的效果。     

海上风电场经VSC-HVDC并网的次同步振荡与抑制

基于电压源换流器的柔性直流(VSC-HVDC)输电技术已经成为远距离海上风电场接入系统的理想解决方案,由于海上风电机组采用大型风力涡轮机,导致轴系各质块的弹性系数相比传统内陆风电机组有所增大,当海上风电场经VSC-HVDC并网时,将引发两种次同步振荡:风电机组轴系扭振、风电机组与VSC-HVDC换流器控制装置之间相互作用引发的次同步振荡。针对此问题,文中建立海上双馈风电场经VSC-HVDC并网的小信号模型,利用参与因子辨识出轴系扭振和装置间相互作用两种振荡模式以及与之相对应的强相关状态变量;在此基础上,通过特征值分析法绘制根轨迹曲线,进一步分析强相关状态变量参数变化对系统电气阻尼特性的影响;基于信号测试法提出了一种附加阻尼控制的双馈风电机组附加励磁阻尼控制器与柔性直流输电系统次同步阻尼控制器协同抑制措施,并通过DIgSILENT/PowerFactory仿真验证了协同抑制方法的有效性。     

模块化多电平储能单元改善并网风电场稳定性研究

由于风能的随机性,风电场存在输出功率和连接点电压波动的问题,为提高风电并网稳定性,提出一种基于模块化多电平变流器(modular multilevel converter,MMC)拓扑和超级电容结合的储能单元结构。利用拟合函数建立风机数学模型,分析了基于异步发电机风电系统的运行特性;利用逆系统方法将MMC变流器等效电路模型进行线性解耦,对于解耦后子系统设计了以平滑有功功率和稳定接入点电压为目标的控制器。在Matlab/Simulink中搭建了在随机风波动时的仿真模型。仿真结果表明,基于MMC和超级电容的储能单元具有快速的有功和无功补偿能力,电网吸收的有功功率维持恒定,接入点电压稳定在额定值,从而降低了风速变化对电网的冲击,提高了风电并网的稳定性。     

双馈风电机组变系数虚拟惯量优化控制

传统的变速恒频风力发电机采用电力电子变流器控制,导致机组输出功率与系统频率解耦,使风力机无法响应系统频率变化,降低了系统转动惯量。在分析双馈风力发电机运行特性和虚拟惯量特性的基础上,研究了双馈风力发电机采用虚拟惯量控制的机组转速变化与输出功率的关系,提出了同时考虑调频效益和调频成本的变系数虚拟惯量控制策略。该控制策略分别以调频时双馈风电机组输出功率、转速恢复时间衡量调频效益、调频成本的大小,并采用遗传算法离线计算机组不同运行状态下的调频系数曲线和机组转速变化程度的最优值,以实现机组频率控制系数随机组转速变化而改变。根据计算所得调频系数曲线在MATLAB/Simulink软件平台进行仿真实验,结果表明所提方法能够使双馈风电机组在不同运行状态下响应系统频率变化,并保证机组自身稳定运行。     

多运行方式下风电机组变频器参与次同步相互作用的分析与抑制

大规模风电经串补线路进行远距离传送存在引发次同步相互作用的风险,系统运行方式、串补度及变频器控制参数为主要影响因素。采用概率法和模式分析相结合,分别在含双馈感应型和永磁同步型风电场系统中,研究多运行方式下风电串补系统的次同步相互作用。利用参与因子进行模式识别,研究了串补度对次同步振荡模式及概率稳定性的影响,引入概率灵敏度指标分析起主导作用的变频器PI控制参数,并基于风电机组变频器提出一种鲁棒抑制次同步相互作用的附加阻尼控制策略。仿真结果表明,双馈风电串补系统中易产生次同步控制相互作用,在网侧变频器加装鲁棒DFIG-PSS能实现其有效抑制,而永磁同步风电机组对这一相互作用具有免疫特性。     

Particle Swarm Optimization-based Superconducting Magnetic Energy Storage for Low-voltage Ride-through Capability Enhancement in Wind Energy Conversion System

Abstract— This article presents a novel application of the particle swarm optimization technique to optimally design all the proportional–integral controllers required to control both the real and reactive powers of the superconducting magnetic energy storage unit for enhancing the low-voltage ride-through capability of a grid-connected wind farm. The control strategy of the superconducting magnetic energy storage system is based on a sinusoidal pulse-width modulation voltage source converter and proportional–integral-controlled DC-DC converter. Control of the voltage source converter depends on the cascaded proportional–integral control scheme. All proportional–integral controllers in the superconducting magnetic energy storage system are optimally designed by the particle swarm optimization technique. The statistical response surface methodology is used to build the mathematical model of the voltage responses at the point of common coupling in terms of the proportional–integral controller parameters. The effectiveness of the proportional–integral-controlled superconducting magnetic energy storage optimized by the proposed particle swarm optimization technique is then compared to that optimized by a genetic algorithm technique, taking into consideration symmetrical and unsymmetrical fault conditions. A two-mass drive train model is used for the wind turbine generator system because of its large influence on the fault analyses. The systemic design approach is demonstrated in determining the controller parameters of the superconducting magnetic energy storage unit, and its effectiveness is validated in augmenting the low-voltage ride-through of a grid-connected wind farm.     

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。     

基于相似性的双馈风机小干扰稳定性分析及锁相环的影响

借鉴同步机功角及其小干扰稳定的基本理论,从电压空间矢量关系和小干扰分析模型的角度对双馈风机的小干扰稳定性进行了分析。首先,根据内电势、端电压等电压空间矢量关系,定义了双馈风机功角。然后,通过风机锁相环动态方程,建立了双馈风机的小干扰稳定分析模型,并分析了其与同步机小干扰稳定分析模型的相似性。在此基础上,利用模态分析法研究了锁相环对双馈风机小干扰稳定性的影响。研究表明,锁相环参数是决定双馈风机小干扰稳定的关键因素,其参数配置不当可能导致风机小干扰失稳。最后,通过时域仿真和模态分析验证了锁相环参数对双馈风机功角变化及其小干扰稳定的影响。     

大容量风电场接入后电网电压稳定性的计算分析与控制策略

由于风电场容量较大,并位于电网末端,可能会对电网的电压稳定性产生较大的影响。为保证风电场投入后的安全,按大干扰下风功率的转换特性及异步发电机的运行特性建立了风电场与相关电网的数学模型,计算了风电场与相关电网发生短路故障后的电压稳定性。通过数值仿真计算,揭示了风电场接入导致电网电压稳定性被破坏的机理,指出机组转速是影响风力机和异步发电机这两个能量转换器工作特性的关键参数,控制风电场内风机的速度增量是保持大容量风电场接入后电压稳定性的关键,靠近故障点的风电单元容量、故障点位置和故障持续时间是影响短路后电压稳定性的主要因素,并提出了大容量风电场接入后保证电网电压稳定性的策略与措施。     

提升风电场MMC-HVDC系统LVRT能力的协调控制策略

降压控制是实现风电场经基于模块化多电平换流器的高压直流(MMC-HVDC)输电并网系统低电压穿越(LVRT)的主要方法,但采用降压控制极易导致风电场暂态过流,不仅会加重风电机组的电气应力,还会危及直流系统的安全运行。为了改善风电场及MMC-HVDC系统的暂态特性和低电压穿越能力,文中对双馈感应发电机(DFIG)风电场MMC-HVDC系统的低电压穿越过程进行了解析,设计了与降压控制相协调的风电场辅助降载控制策略,分析了控制器参数变化对风电场降载速率及直流系统电压动态特性的影响,通过仿真验证了所设计方案的有效性。     

双馈型风电场接人电网的暂态稳定性分析

分析了双馈型风电场接入输电系统后的暂态特性以及对电力系统暂态稳定性的影响,建立了数学模型.在变换器建模方面,转子侧变换器的矢量控制实现了有功功率和无功功率的解耦控制,网侧变换器的矢量控制使直流母线电压保持恒定并可调节输入系统的无功功率.通过仿真研究了输电系统发生三相短路故障时对电力系统本身和双馈型风电机组暂态稳定特性的...