基于阻抗分析的双馈风电场次同步振荡研究

以新能源为主题的新型电力系统大力发展的背景下,风力发电得到了显著的发展。风力发电成为可再生能源的主要来源之一。串联补偿法将电容器组与输电线路串联,可以有效提高输电线路传输能力,是大型风力发电厂并网的优选途径。但是,串联补偿法的缺点是增加了系统次同步振荡的可能性。为了研究次同步振荡的抑制方法,本文基于阻抗分析,主要针对双馈风电场中由感应发电机效应引起的次同步振荡问题,采用基于阻抗分析的广义奈奎斯特分析法对风电场的次同步振荡现象进行推导分析,并提出一种在系统转子侧加入积分系数以增加系统阻尼的次同步振荡抑制策略。最终在Matlab/Simulink搭建风电场等值系统,通过仿真验证所建理论分析与抑制策略的准确性。     

大规模双馈风电场次同步振荡的成因分析

为了探究大规模双馈风电场在无串补情况下发生次同步振荡现象的原因,文中在MATLAB/SIMLINK软件搭建了双馈风机无串补线路并网模型,结合时域仿真法研究了风机出力、RSC控制器参数、无功外环控制器参数和传输线路长度与次同步振荡的关系。结果表明:风速越大,并网台数越多,即风机出力越大,则更易发生次同步振荡。单独改变RSC内环电流控制器的Ki参数,不会产生系统振荡,然而调节Kp参数太大,系统更易发生次同步振荡。外环无功控制器比例系数Kp过大,控制器参数过于灵敏,会造成无功功率的超调,系统更易发生次同步振荡。传输线路的大小只影响电压波动的范围,不会造成系统发生次同步振荡。     

基于次同步模态能量的双馈风机并网系统次同步振荡能量分析与溯源方法研究EI北大核心CSCD

该文提出一种次同步模态能量(sub-synchronous modal energy,SSME)方法,用于双馈感应发电机(doubly-fed induction generators,DFIG)并网电力系统的次同步振荡(sub-synchronous oscillation,SSO)分析和溯源。首先,通过广义哈密顿理论构建并分析了DFIG并网电力系统的SSME结构,证明了DFIG子系统或外送线路子系统的SSME方向是判断SSO源是否在该子系统内的充分必要条件。在此基础上,提出一种基于子系统SSME的SSO溯源方法,通过监测子系统SSME的方向,可以判断SSO源是否在子系统内。最后,构造了负阻尼与强迫类型的SSO场景以证明所提出的基于SSME的溯源方法的性能,并与现有暂态能量流(transient energy flow,TEF)方法进行了比较。时域仿真结果验证提出的SSO溯源方法的有效性,并表明其比传统的TEF方法具有更好的可靠性。此外,基于该文的SSME方法有望实现风机振荡参与度评估。     

双馈风机附加次同步阻尼控制器抑制方法分析与优化设计

次同步阻尼控制器(SSDC)抑制次同步振荡(SSO)因具有良好的抑制效果和低廉的成本而得到广泛的认可,但是现有SSDC种类众多,缺乏系统性比较。为此梳理了常见的SSDC结构及其参数设计方法,在对动态性能、鲁棒性等指标的对比中发现转子电流反馈型SSDC具有最佳的抑制效果。进一步深入研究了该SSDC参数对SSO抑制性能的影响,从而优化了参数设计,并提出基于固有时间尺度分解算法的自适应振荡频率选取方法,实现SSDC的SSO精准抑制。对附加改进后SSDC系统进行根轨迹分析和硬件在环实验,结果表明,通过增加自适应振荡频率选取环节和优化设计参数,改进的SSDC具有更优的SSO抑制效果,且不会影响双馈风机的正常运行。     

双馈风电机组并网次同步振荡研究

首先基于次同步振荡理论,研究了双馈风电机组在弱电网并网情况下的机组脱网问题。研究发现,输电线路的串补投入和变流器控制策略对低频振荡敏感的因素导致了次同步振荡的发生;然后提出一种在网侧变流器中加入带阻尼特性的特定滤波器策略,该策略能够有效抑制风电机组与电网之间的振荡;最后,仿真结果验证了该方法的有效性。     

双馈风电场经串补并网引起次同步振荡机理分析

双馈风力发电机通过串联补偿线路外送风电时,会出现由感应发电机效应(induction generator effect,IGE)和次同步控制相互作用(sub-synchronous control interaction,SSCI)引起的次同步振荡问题。为分析该问题,以给其抑制措施提供依据,建立了用于次同步振荡分析的双馈风力发电机模型,采用频率扫描法分析了 IGE 的机理和影响因素,从转子侧电流环的闭环控制角度推导分析了SSCI的机理和影响因素,并采用时域仿真法分别分析和验证了风速、串补度对IGE的影响及转子侧电流环控制参数对SSCI特性的影响。研究结果表明：串补度的增加和风速的减小会引起IGE;电流环控制器比例系数和积分系数的增大会引起SSCI。     

基于双馈风机抗阻比的次同步振荡抑制策略

现有的抑制双馈风机次同步振荡(SSO)的方法大多以转子转速偏差信号作为输入,需要较大增益的同时可能会引起超同步振荡。利用双馈风电场-串联补偿输电系统的复频域阻抗模型,将基于双馈风机网侧变流器的阻尼控制等效为虚拟阻抗,解释了双馈风机在不同抗阻比以及不同补偿角度下的作用机理;基于以线路电流为输入的次同步阻尼控制方法,提出了改进的基于双馈风机抗阻比设计最佳补偿角度的阻尼控制策略及参数整定方法。以真实风电场SSO事件为算例,在MATLAB/Simulink平台搭建双馈风电场-串联补偿输电系统的等值模型,通过时域仿真验证了所提阻尼控制策略的效果。     

双馈风机串补并网次同步振荡抑制策略

文章分析双馈风机次同步振荡机理,提出虚拟阻抗抑制策略,以抑制振荡现象,并在MATLAB上仿真验证所提控制策略的合理性和正确性。     

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。     

基于主导变量阻尼控制的双馈风电场次同步振荡抑制

针对双馈风电场经串联电容补偿线路进行输电时,可能发生并网系统的次同步振荡问题.本文首先根据双馈风电场经串联电容补偿并网系统的数学模型建立系统小扰动方程,并通过特征值分析法得到双馈风电场次同步振荡的主导变量.然后,根据系统等效阻抗模型和转子侧控制结构图对主导变量参与次同步振荡的机理进行分析,提出在控制系统中设置由功率阻尼...     

北京电网风电机组并网运行的策略研究

为进一步提高北京电网运行风电机组并网运行技术及管理水平,基于华北电网和北京电网的调度特点,结合北京电网风电场建设规模、年度利用小时数、现状接线输送能力分析,重点研究了风机制造技术不足给电网运行带来的问题,目前风电场功率预测和控制技术落后,北京电网全额供热机组限制了电网调峰能力及通过火电机组深度调峰接纳风电电力等系列问题,最后,针对上述问题,给出了风电并网及运行的有关技术措施及建议。这些问题的研究与探讨为北京电网的风电机组并网运行技术及管理提供新的思路。     

新疆大规模风电汇集地区的次同步振荡控制方法研究

新疆哈密地区是风光火打捆、直流送出的复杂电网系统,电力电子设备大量应用带来的次同步谐波使得该地区次同步振荡问题越发严重。为此,通过分析次同步振荡识别判据,结合现有稳控装置支持次同步振荡控制功能的升级方案研究,提出了针对性的次同步振荡控制策略,包括结合机组模态频率特征和不结合机组模态频率特征两种方式。通过次同步振荡频率成分判据分析、启动门槛设定和启动确认等设计步骤,研制开发了新的次同步振荡安全控制装置;基于现场近百次的同步振荡事故验证,该装置全部正确动作,有效地抑制了哈密地区电网的次同步振荡,保证了电网的安全稳定运行。     

双馈风力发电系统空载并网控制与实验研究

为避免发电机在并网时发生的电流冲击,并使其安全平稳地接入电网,在分析双馈变速恒频风力发电机组工作原理及其数学模型的基础上,将矢量变换控制技术应用到双馈发电机并网控制中,提出了一种基于电网电压定向的空载并网控制策略,采用了一种新型软件锁相环(SPLL)以实现对电网基波电压正序相位的快速跟踪.搭建了3 kW风力发电实验平台...     

双馈风力发电机组经串补并网的次同步振荡分析

大规模风电采用串联补偿技术可以提高风电的利用率,但是串联补偿技术会增加风力发电机组的次同步振荡的可能。利用PSCAD建立5.0 MW的双馈风力发电机组经串补并网的模型,利用特征值法对该模型的次同步振荡的模态进行了分析,得出了影响次同步振荡的影响因素。最后通过时域分析法进行了验证,得到验证结果和特征值分析结果是一致的。     

风电场接入地区电网静态电压稳定性分析

大容量风电远距离输送可能会对风电接入地区的电压稳定性造成较大的影响。介绍了电压稳定性分析的基本原理,基于PSD-VSAP软件对风电接入地区电网电压的稳定性进行了分析计算,得出薄弱节点负荷母线的P-V曲线以及关键输电通道的极限传输功率,并给出了有利于提高风电地区电压稳定的措施。     

大规模双馈风电场次同步谐振的分析与抑制

已有的运行经验表明,风电场接入含有固定串补的系统时,存在诱发次同步谐振(SSR)的风险.因此,有必要对风电场发生SSR现象的机理做深入分析,以便提出相应的抑制措施.文中首先根据国内某地区风电场的实际参数建立了应用于SSR分析的等值模型,通过仿真呈现了该模型发生SSR的情形;然后,利用特征值法分析了风速、并网风力发电机台数以及双馈感应发电机(DFIG)控制参数等对系统SSR频率和阻尼特性的影响;并进一步推导了等值模型用于SSR分析的等效电路,详细分析了风速、发电机台数和DFIG控制参数等影响SSR特性的机理;综合所有的分析指出,风电场的SSR现象与轴系扭振无关,是一种特殊的电气谐振.最后,提出了抑制风电场SSR的方案,并通过仿真和特征值分析进行了验证.     

基于矢量裕度法的风电并网对低频振荡模式影响分析

近年来可再生能源发电装机容量的持续性增长给电力系统稳定性带来新的问题。文中提出一种基于频率响应矩阵计算风电并网对电力系统低频振荡模式影响的方法。分析结果表明,同步电网和风电机组系统频率响应矩阵部分元素的相位之和,决定了系统不同接入点风电对低频振荡模式的影响。相较于传统的分析方法,矢量裕度法不需求取特征向量和留数,只需得到低频振荡模式和风电机组系统与同步电网系统的传递函数矩阵,且过程简单,结果直观。当多台风电机组同时并入系统时,可在二维复平面将各台机组分别产生的影响图示化。分析结果的有效性通过内蒙古电网算例得到验证。     

混合型补偿装置抑制风电次同步振荡的研究

传统风电经固定串补(FSC)外送系统常引发次同步振荡(SSO)问题,威胁系统的安全运行.基于风电串补系统SSO的发生机理,提出一种由静止同步串联补偿器(SSSC)与FSC组成的混合串联补偿(HSC)装置结构的附加控制策略.充分利用SSSC的控制灵活性,使其输出次同步电压与线路次同步电流同相位,SSSC等效为系统振荡频率...     

基于加窗FFT的风电场自适应振荡抑制策略

大规模风电送出系统会出现振荡现象,现有抑制策略在振荡频率变化时难以快速、有效地抑制振荡。针对该问题,以直驱风场送出系统为研究对象,提出一种基于加窗快速傅立叶变换(FFT)和附加准比例谐振控制器相结合的振荡自适应抑制方法。首先,基于谐波线性化方法建立直驱风机(permanent magnet synchronous generator, PMSG)阻抗模型,分析PMSG发生振荡的机理以及采用附加准比例谐振控制器抑制振荡的有效性;然后,设计一种基于加窗FFT的振荡频率快速检测和提取方法,并给出相关参数的设计原则。最后,通过PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真对比基于加窗FFT和传统FFT的控制器对振荡的抑制效果。结果表明：基于加窗FFT的控制器对振荡的抑制速度和效果具有显著优势,验证了所提振荡抑制策略的有效性。