SVG对直驱风电场次同步振荡特性影响分析

针对静止无功发生器(static var generator, SVG)接入弱交流电网诱发直驱风电场次同步振荡(sub-synchronous oscillation, SSO)的现象,构建含SVG直驱风电联网系统线性化模型,基于特征值分析法,研究SVG控制参数、电网强度对系统稳定性及SSO特性的影响规律。研究结果表明,弱电网条件下,SVG电流内环控制是诱发直驱风电场联网系统SSO的主导环节;SSO的振荡幅值和频率与SVG控制器的电流内环比例、积分系数及电网强度多个因素相关。最后,通过PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真和时频分析验证理论分析的有效性。     

直驱风机风电场与交流电网相互作用引发次同步振荡的机理与特性分析

近年来,国内许多地区的直驱风机风电场在附近电网没有串补的情况下出现了持续的次同步频率范围的功率振荡。为深入研究该问题,该文建立典型直驱风机风电场接入交流电网的等值系统模型,通过电磁暂态仿真、阻抗模型和小信号分析研究次同步振荡产生的机理;分析接入交流电网强弱、风机出力、并网风机台数、风机控制参数及动态无功补偿设备对振荡特性的影响;结果表明,多台直驱风机通过弱交流系统并网时会出现次同步振荡模态,直驱风机在该振荡模态频率上表现为"具有小值负电阻的容性阻抗",与交流电网的电感构成谐振回路,并因负电阻效应而导致危险的功率振荡现象。最后,讨论了这种次同步振荡问题的潜在危害及其防范措施。     

直驱风机与静止无功发生器的次同步振荡特性及交互作用分析

我国西北等风电汇集地区存在不同程度的次同步振荡问题,其中大容量的直驱风机和动态无功补偿装置接入弱电网诱发的次同步振荡机理尚不明确。该文推导直驱风机并网变流器和静止无功发生器的线性化分析模型,获取其输入阻抗模型及并网系统的传递函数;探讨同步旋转坐标系下双输入双输出系统的稳定性判断方法;通过阻抗特性分析、传递函数极点分析及时域仿真验证,提出两者间次同步振荡交互作用及影响因素。     

基于非光滑分叉的直驱风机次同步振荡机理分析

新能源大规模并网引发的振荡问题近来得到广泛关注。目前,忽略变流器的限幅等非线性特性,在稳态工作点附近线性化得到的小信号模型是研究上述振荡问题的主流方法。然而,在某些条件下,变流器中的限幅环节对振荡特性的影响不可忽视。结合相图分析方法,揭示直驱风机次同步频段振荡的数学机理之一是与限幅相关的非光滑分叉。首先,介绍了与限幅环节有关的非线性非光滑分叉理论。其次,介绍了直驱风机并网系统的限幅环节及其和限幅相关的次同步频段振荡现象。再次,分析了不同限幅环节对次同步频段振荡特性的影响,揭示了定子直流电压限幅环节饱和是导致系统振荡的原因。进一步,分析了短路比对系统振荡特性的影响,揭示了参数变化导致的非光滑分叉现象。最后,分析了交流故障持续时间、接地电阻对振荡的影响,揭示了初值导致的非光滑分叉现象。分析表明,直驱风机并网系统在故障清除后产生的次同步频段振荡,是在足够大的故障冲击下多个限幅环节共同作用产生的,数学上,也对应着相应的动力学系统发生非光滑分叉。     

基于移相变压器的直驱风机次同步振荡抑制

针对直驱风机接入弱交流电网引发严重的次同步振荡问题,建立了并网系统的小信号模型.首先,利用特征值分析法得出系统的次同步振荡模态,通过参与因子分析揭示了直驱风机接入弱交流电网的次同步振荡机理;然后,在分析移相变压器应用原理的基础上,提出了基于移相变压器可实现直驱风机并网系统负电阻补偿的次同步振荡抑制方法;最后,在Matl...     

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。     

基于输入导纳的直驱风电次同步振荡机理与特性分析

近年来新能源发电并网系统中多次发生了次同步振荡问题,其中直驱风电并网系统出现了新型的次同步振荡问题,迫切需要开展这种次同步振荡机理研究。该文基于同步参考坐标系,推导了直驱风机动态模型和输入导纳模型,分析了输入导纳实部及虚部(电导及电纳)的频率特性,提出了直驱风机网侧输入导纳在次同步频率范围的负电导特性是次同步振荡的重要表现形式,进一步分析了前置滤波、电流内环、直流电压外环及锁相环控制参数和接入系统强度对负电导特性影响;最后,采用传递函数的极点分析和时域仿真验证了所提出机理的正确性。     

直驱风电场经柔直并网诱发的次同步振荡特性

直驱风电场与柔直换流站构成的电力电子化输电系统可能存在次同步振荡的风险。为抑制该类振荡,该文采用小干扰建模方法,建立考虑MMC内部动态过程、锁相环动态过程的整体线性化数学模型。基于根轨迹方法,分析有功功率、控制器参数、等效电阻对系统稳定性的影响,并给出次同步振荡模态的主导参与变量和参与因子。结果表明,次同步振荡特征根主要与MMC和风电场的q轴参数有关,适当增加线路电阻能提高系统的稳定性。在此结论的基础上,提出在MMC外环控制器中加入串联虚拟电阻的阻尼控制策略,研究阻尼控制器参数对系统稳定性的影响,并给出参数的稳定域,电磁暂态仿真验证该文建模和阻尼控制策略的正确性。     

多直驱风机经VSC-HVDC并网系统场内/场网次同步振荡特性分析

针对多直驱永磁风机(direct-drive permanent magnetic synchronousgenerators, D-PMSGs)经柔性直流(voltage sourceconverterbasedhighvoltagedirectcurrent,VSC-HVDC)输电并网引发的次同步振荡(sub-synchronous oscillation,SSO)问题,建立D-PMSGs经VSC-HVDC并网系统的动态模型,通过特征值分析研究系统中存在的SSO模式及相关参与因子。结果表明,系统中存在由风电场内风机之间相互作用产生的场内SSO_1模式,以及风电场与外部柔直电网相互作用产生的场网SSO_2模式。其中SSO_1模式主要受D-PMSGs网侧换流器定直流电压控制环节的影响,SSO_2模式主要受D-PMSGs网侧换流器定直流电压控制环节和VSC-HVDC送端整流器定d轴交流电压控制环节的影响。因此,SSO_1模式和SSO_2模式之间对于D-PMSG参数的变化存在阻尼耦合。进一步分析了D-PMSG参数变化对2种SSO特性的影响,表明阻尼耦合的影响趋同。在PSCAD/EMTDC中搭建D-PMSGs经VSC-HVDC并网系统的时域仿真模型,验证了理论分析结果的正确性。     

双馈风机次同步相互作用研究

分析了产生谐振的条件及机理.根据某风电场提供的实际参数,利用PSCAD建立1.25 MW双馈风力发电机模型用于次同步振荡分析,采用时域仿真分析了系统的次同步谐振频率随串补度的变化及其对双馈风机电流和功率的影响.通过对比某风电场脱网故障时的录波监测数据,验证了风电机组次同步振荡分析模型的准确性,为风电机组的次同步振荡控制提供了分析基础.     

直驱风电机组全运行区域的次同步振荡特性分析

针对直驱风电机组(direct-drive permanent magnet synchronous generator,D-PMSG)并入弱交流电网的次同步振荡(subsynchronous oscillation,SSO)问题,现有研究多是在风机处于最大功率跟踪运行区域的情况下进行分析,未考虑恒输出功率等运行区域。建立了D-PMSG并入弱交流电网的小信号模型,进而采用特征值法对全运行区域下不同风速、不同输出功率时的次同步振荡特性进行分析,并建立了D-PMSG并入弱交流电网的PSCAD/EMTDC时域仿真模型,验证理论分析结果的正确性。结果表明:在最大功率跟踪运行区域,风速增大且输出功率为最大值时,次同步振荡阻尼增大;在恒输出功率运行区域,输出功率一定,风速增大,次同步振荡阻尼和频率基本不变;在全运行区域,相同风速下,输出功率越小,阻尼越小;在实际运行中,若电网限制D-PMSG的输出功率,降低系统的输出功率更适合采用切机措施,使得系统在发生次同步振荡现象时有更大的阻尼。     

直驱风机变流控制系统对次同步频率分量的响应机理研究

在概述变流控制系统锁相环和d/q解耦控制环节传递函数的基础上,采用小信号方法,依次推出当控制系统各环节馈入1个次同步频率分量时输出信号的解析表达式,讨论信号经变流控制系统后频率变化关系,对比分析多个输出次/超同步频率信号的相对幅值关系。进一步以时域仿真及我国某新能源汇集地区PMU(phasor measurement unit)实测数据,分别验证理论分析的正确性。同时根据理论分析,对永磁直驱风机汇集母线存在多个次/超同步频率分量的现象给出解释,也对抑制主要次/超同步频率分量提供依据。     

基于一阶LADRC控制的直驱风机次同步振荡抑制策略

针对直驱式风电机组接入弱交流电网诱发次同步振荡 (subsynchronous oscillation, SSO) 问题,提出一阶线性自抗扰控制(linear active disturbance rejection control, LADRC)策略抑制该现象,从而提高系统稳定性。首先,建立直驱式风电机组的并网数学模型,分析次同步振荡频率扰动分量的传播机理;然后,进行一阶LADRC电流内环控制器设计以及参数优化整定,分析表明：控制器对于次同步频率扰动分量有较强的抑制作用。最后,基于PSCAD/EMTDC仿真软件,建立传统PI和一阶LADRC控制的直驱式风电机组电磁暂态仿真模型。结果表明：所提方法能够阻断次同步频率扰动分量传播,有效抑制SSO。     

直驱风机对火电机组次同步振荡的影响及抑制方法

风火打捆系统中,风电机组的并网使得火电机组的次同步振荡情况变得更为复杂。基于IEEE第一标准模型搭建了风火打捆经串补外送系统,推导了直驱风机输出功率与火电机组次同步阻尼的关系,分析了其对火电机组次同步振荡的影响机理,并通过PSCAD平台结合复转矩系数法和时域仿真分析进行验证。基于此机理,提出了一种在直驱风机的网侧变流器控制系统无功外环处附加阻尼控制的抑制方法,并对其关键参数的优化设计方法进行了分析,时域仿真结果表明所提出的附加阻尼控制可以有效抑制火电机组的次同步振荡。     

直驱风机网侧换流器引发次/超同步振荡机理研究

针对实际电网发生的直驱风机引起的次/超同步振荡现象,以典型的单机并网模型为例进行研究。考虑锁相环的动态特性,在电网dq坐标系下建立直驱风机等效控制模型。分析网侧换流器对电网谐波的响应过程,发现当换流器输入输出谐波间相位满足一定关系时,会因为正反馈在某一频率下产生次/超同步振荡。振荡强度和振荡频率与锁相环比例和积分系数、电流内环比例系数及电网强度等多个因素相关。基于该相位关系,给出直驱风机引发次/超同步振荡的判据,并由该判据可以获得直驱风机引发次/超同步振荡的频率,时域仿真及频谱分析结果验证了该判据的有效性。     

考虑源端特性的虚拟同步直驱风机小信号建模与稳定性分析

传统虚拟同步机并网模型将直流侧等效为理想的直流电压源,难以匹配风电、光伏等动态特性复杂的分布式电源。为准确表征源端为直驱风机的虚拟同步机动态特性,首先建立了虚拟同步直驱风机并网系统的精细化小信号模型。在此基础上结合参量根轨迹和主导状态变量,分析了模型参数对稳定性的影响。随后,针对重合特征根提出基于运动轨迹差异的误差衡量指标,对比分析了传统虚拟同步机与虚拟同步直驱风机并网模型所得特征根的差异性。结果表明传统虚拟同步机并网模型因无法涵盖与直驱风机运行特性有关的主导特征根,在直驱风机惯量不匹配、频率下降或者线路阻抗变化时,稳定性分析不准确。最后,搭建虚拟同步直驱风机并网系统仿真模型,进一步验证了所提模型的精确性和结论的准确性。     

直驱风电场中SVG电压前馈阻抗重构抑制次/超同步振荡方法

直驱风电场在中低频段内呈现负阻值容性的阻抗外特性,当接入呈感性的弱电网时会相互耦合引起次/超同步振荡,不利于新能源的稳定消纳与电网的安全运行。为抑制风电场的次/超同步振荡,提出一种直驱风电场中静止无功发生器(SVG)阻抗重构控制方法。通过在风电场中的SVG控制系统内加入带通滤波器的电压前馈控制进行阻抗重构,提高风电场并网稳定性。利用谐波线性化方法,建立含所提阻抗重构控制SVG的直驱风电场序阻抗模型。基于所建立的阻抗模型和所提出的阻抗稳定性判据,对比分析未采用SVG阻抗重构控制和所提控制方法的直驱风电场的稳定性。结果表明当采用所提控制方法时,风电场在40~100 Hz频段内呈现正阻值特性,且降低了系统的容性特性,抑制了风电场次/超同步振荡,同时可以改善风电场中因并网风电机组数量增加所带来的振荡问题。最后,通过仿真验证了所提方法对抑制风电场次/超同步振荡的有效性与正确性。     

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。     

直驱永磁同步风力发电机动力学特性仿真分析

为了研究直驱永磁风力发电机的混沌特性,通过建立永磁同步电机的混沌模型,从理论上分析了电机在某一参数改变时系统从电压稳定到崩溃的发展过程。在MATLAB中进行编程研究永磁同步电机的混沌特性,在PSCAD/EMTDC中,搭建直驱永磁风力发电机模型,对直驱风力发电机随着风速改变而引起的电压崩溃现象进行了时域仿真,与混沌特性比较,验证正确性。仿真结果表明,在系统参数匹配的条件下,当风速达到临界值时,电机出现无规则振荡,电压忽高忽低乃至崩溃,严重影响电机的并网稳定性。