电网故障下永磁直驱风电机组机电暂态全过程等值建模方法

随着风电渗透率的增加,大规模风电并网对电网暂态的影响越来越大,亟需建立可用于大型电力系统暂态稳定分析的永磁直驱风电机组机电暂态模型.目前,永磁直驱风电机组的建模已有较深入的研究,但忽略了电网故障下风电机组运行工况的多状态性,难以通过简化等值的方式准确模拟风电机组在机电暂态过程的外特性,严重制约了含新能源发电的电力系统机电暂态分析.为此,文中考虑了变流器控制响应特性以及低电压穿越措施的影响,分析了电网故障下永磁直驱风电机组的多状态性特征,提出了永磁直驱风电机组机电暂态全过程建模思想;然后建立了多种状态下永磁直驱风电机组的机电暂态等值模型,进而通过推导状态切换条件,建立了永磁直驱风电机组故障全过程的机电暂态等值模型.最后通过仿真验证等值模型的有效性.     

基于并网型双馈感应发电机的风电场暂态稳定性研究

为保障在电网故障或高风速工况下含风电场电力系统仍能稳定运行,提出了一种通过增加桨距角控制来改善并网风电场暂态稳定性的方法,通过调节风轮与风向的夹角,降低风力机的输出功率.研究了基于大规模双馈感应发电机的风电场暂态稳定性.在Matlab/Simulink平台中搭建了具有支撑风电场暂态稳定性的桨距角控制模型和双馈风电机组的风电场模型,通过对包含风电场的电力系统仿真,验证了桨距角控制对风电场暂态稳定性的贡献.仿真结果表明:桨距角控制能够有效降低高风速下风电机组的机械转矩,提高了风电场实现低电压穿越的能力,确保风电机组持续运行及电网安全稳定.     

变速恒频风力发电机组中长期时间尺度建模

风能具有随机性与间歇性的特点,模拟由此引起的中长期时间尺度上的动态过程对含风电的电力系统规划与运行有重要的意义。建立了变速恒频风力发电机组的机电暂态模型,包括风速模型、风力机及传动轴系模型、桨距角控制模型、换流器控制模型以及发电机和换流器模型。按照准稳态近似方法对机电暂态模型进行简化,保留中长期时间尺度的时间常数,得到适用于准稳态仿真的变速恒频风力发电机组中长期时间尺度模型。最后通过对比分析准稳态模型和机电暂态模型的仿真结果,验证了所建模型能够准确刻画中长期时间尺度上的动态过程。     

变速恒频风力发电机组中长期时间尺度建模

风能具有随机性与间歇性的特点,模拟由此引起的中长期时间尺度上的动态过程对含风电的电力系统规划与运行有重要的意义。建立了变速恒频风力发电机组的机电暂态模型,包括风速模型、风力机及传动轴系模型、桨距角控制模型、换流器控制模型以及发电机和换流器模型。按照准稳态近似方法对机电暂态模型进行简化,保留中长期时间尺度的时间常数,得到适用于准稳态仿真的变速恒频风力发电机组中长期时间尺度模型。最后通过对比分析准稳态模型和机电暂态模型的仿真结果,验证了所建模型能够准确刻画中长期时间尺度上的动态过程。     

高速永磁同步风电机组建模及其控制策略

为分析高速永磁同步风电机组的并网运行特性,建立了包括永磁同步发电机、双PWM变流器和电网电压跌落的风电系统模型。分析了其实现最大风能跟踪、低电压穿越的过程,建立了机侧、网侧变流器的矢量控制模型。运用MATLAB/Simulink建立了2MW机组仿真模型,对风速变化和电压跌落时机组运行状况进行了仿真,结果验证了模型的合理性及控制策略的正确性和可行性。     

改善基于双馈感应发电机的并网风电场暂态电压稳定性研究

提出了改善基于双馈感应发电机的并网风电场暂态电压稳定性的措施以实现风电场的低电压穿越(low voltage ride through, LVRT)功能。目前，大部分基于双馈感应发电机的变速风电机组不具有故障情况下的暂态电压支持能力，当电网侧发生严重短路故障时，风电场的暂态电压稳定能力会影响到电网安全稳定。该文在DIgSILENT/PowerFactory中建立了具有暂态电压支持能力的变速风电机组转子侧变频器控制模型及用于故障后稳定控制的桨距角控制模型，通过包含风电场的电力系统仿真计算验证了模型的有效性及其对风电机组和电网暂态电压稳定性的贡献。仿真结果表明，当电网侧发生三相短路故障时，风电机组转子侧变频器暂态电压控制能够控制风电机组发出无功功率支持电网电压；桨距角控制能有效降低变速风电机组机械转矩，避免出现风电机组超速及电压失稳。得出结论：采用变频器暂态电压控制及桨距角控制能够改善基于双馈感应发电机的并网风电场的暂态电压稳定性，确保风电机组低电压穿越(LVRT)功能的实现及电网安全稳定。     

间歇式电源并网系统的中长期特性仿真研究

间歇式电源的大规模发展及并网运行,在带来巨大经济效益的同时,也给电网中长期过程的频率稳定和有功平衡带来了巨大的影响。在间歇式电源机电暂态模型的基础上,对风电、光伏中长期自动发电控制(automatic generation control,AGC)子站进行建模,该模型可以接受调控中心AGC总站的调度命令,对间歇式电源进行功率调节。然后,利用甘肃电网的某典型日负荷、风速及光照曲线,深入分析了间歇式电源的波动特性及风光互补特性,验证了上述模型具有模拟中长期频率波动的能力。在此基础上,以平抑间歇式电源带来的联络线功率波动为目标,对机组出力计划、二次调频系统等控制策略的效果进行了分析。最后通过仿真计算论证了机组出力计划和AGC系统具有平抑间歇式电源功率波动性的作用。     

适用于电力系统中长期动态仿真的风电机组有功控制模型

随着风电大规模接入电网,调度部门对其有功控制及参与系统调频、调峰提出了更高的要求。针对目前仿真中风电不具备进行分钟级动态过程研究的模型,只能定性分析参与自动发电控制(automatic generation control,AGC)调节等有功控制的问题,该文提出了适用于中长期动态仿真的风电机组有功控制模型,并在电力系统全过程仿真程序中予以编程实现。该模型以风速持续波动、调度安排出力、AGC调控指令作为输入,通过调节桨距角控制风机的出力变化。模型可用于模拟风机出力波动及对电网的影响,并对风机参与AGC调控的过程进行动态仿真分析。仿真算例表明,该模型可为研究风电机组配合AGC参与电力系统有功、频率的调整提供有效的仿真手段。     

基于动态电压恢复器的低电压穿越控制技术研究

大规模海上风电接入电网给电网安全运行和管理带来了较大的挑战,新的电网导则要求风电机组应保证具备低电压穿越(Low voltage ride through,LVRT)能力。考虑到动态电压恢复器(dynamic voltage restorer,DVR) 具有能在短时间内快速准确进行电压补偿的优势,本文提出了基于动态电压恢复器的双馈风电机组故障穿越方案。针对风电机组特点进行系统建模,根据DVR的控制特性,提出一种基于坐标变换的双Q-P理论的DVR控制算法,该算法可以补偿瞬时电压扰动,并且能有效改善动态电压恢复器的补偿性能。利用PSCAD/EMTDC仿真软件建立仿真平台,仿真结果表明,在海上风电场传输电能至电网过程中出现严重短路故障时,DVR能快速检测电压变化并且准确补偿所需电压,获得理想的瞬态特性,进而改善了风电机组的低电压穿越性能。     

风电不同外送输电系统低电压穿越特性研究

随着风电机组安装容量不断增加,风电场在电网故障情况下的暂态运行特性变得尤为重要。本文应用PSCAD软件建立了分别含有直驱永磁风电机组、双馈感应式风电机组的风电场动态模型,并研究了2种模型对电网暂态稳定性的影响。仿真分析了风电场-电网系统的传输线路上分别发生对称故障和不对称故障2种工况时,风电场中2种机组的低电压穿越能力以及在加装无功补偿装置后风电场低电压穿越能力。比较不同风电机组有功功率、无功功率和直流电压的特性,得出以下结论:双馈感应式风电机组虽然可以通过串联制动电阻提高低电压穿越能力,但在故障消除后电网电压的突变对双馈机有一定的影响,其对电网具有很强的依赖性;直驱永磁风电机组由于自身结构的特点,在电网故障时具有较好的运行特性,有利于优化电能质量。针对风电场不同机组采用无功补偿装置来提高故障时电网电压恢复能力,维持系统稳定运行。     

直驱永磁风电机组电压暂态简化建模及仿真

将变流器用受控源进行等效简化。根据低电压穿越过程中直驱风电机组的动态特性,忽略低电压穿越过程中发电机与机侧变流器的动态过程,建立了适用于暂态电压稳定性研究的简化仿真模型。仿真结果表明,简化模型与电磁暂态模型动态响应一致,可以用于大规模风电场暂态电压稳定性研究。     

风电场低电压穿越能力对地区电网稳定性的影响研究

随着风电穿透功率的急剧增加,风力发电对地区电网稳定性的影响变得不容忽视,风电机组低电压穿越技术的研究成为热点问题。在详细分析双馈感应风电机组各模块数学模型的基础上,建立了用于动态仿真的风电机组的暂态计算模型。以华东地区某一实际并网风电场作为算例,对风电场是否具备低电压穿越能力对电网稳定性的影响进行了研究,在国家电网的风电场低电压穿越要求及地区电网实际情况的指导下,提出了适合地区电网的低电压穿越最低要求,仿真结果验证了风电场执行文中提出的低电压穿越最低要求时,地区电网稳定性能够得到满足。     

直驱永磁风力发电系统并网特性研究

随着大规模风电机组的并网运行,风电机组或电网故障导致风机脱网的情况时有发生,这主要是由于对风电系统的并网运行特性没有深入的研究,而针对电网故障情况下的运行特性研究则更加薄弱。对使用背靠背全功率变流器的直驱永磁风电系统的综合控制策略进行了研究,并针对风速变化以及不同电网电压跌落情况下的响应情况进行分析。根据仿真结果可以看出,机组有着较好的动态响应,在风速大范围连续波动状态下有相对稳定的输出,且在系统发生故障后亦能够较快地恢复稳定,从而实现低电压穿越,保证风机的稳定并网运行。     

考虑时空分布特性的风速预测模型

随着风电并网规模日益增加,风电功率波动对电网的影响将更加显著。风速预测可以辅助电网制定调度和运行控制决策,合理应对风电功率波动,降低风电功率波动对电网安全稳定运行的影响。考虑风电机组的地理分布和风速的时间、空间分布特性,建立等效风速模型。由该模型建立上、下游风电机组的风速关联关系,修正下游风电机组的风速。在此基础上,提出一种基于修正系数的风速预测方法,以提高预测精度。以实际风电场地理数据和风电机组参数为基础的仿真算例验证了该方法的可行性和合理性。     

双馈风电系统低电压故障保护方法的研究

提出一种基于串联动态制动电阻(SDBR)的低电压主动保护方法,在电网故障时吸收由于电网电压跌落引起的不平衡功率,保证故障期间双馈风电机组不脱网运行。分析SDBR对DFIG的暂态影响,提出SDBR的投切控制策略。根据低电压穿越(LVRT)规范对无功功率的要求,研究转子侧变流器无功补偿控制方式。利用PSCAD/EMTDC仿真平台,建立基于SDBR的双馈风电系统仿真模型,对三相对称故障时DFIG的低电压穿越能力进行仿真研究。仿真结果表明,串联动态制动电阻能够有效的抑制定、转子过电流,限制直流母线过电压,从而提高DFIG的低电压穿越能力,保证风电系统的不脱网运行。     

双馈电机电压跌落暂态过程分析

为了便于研究并网双馈风力发电机组低电压穿越运行的控制策略,有必要对电压跌落时双馈风电机组的暂态特性进行分析.本文利用双馈发电机定转子磁链的暂态变化机理,推导并提出了双馈风电机组在电网电压骤降时的定子暂态电流和电磁转矩的解析表达式.在此基础上,通过对表达式的分析得到影响电压跌落电磁过渡过程的本质因素.在理论分析基础上,为了验证所提电磁过渡过程的正确性,建立了1.5MW双馈电机低电压穿越控制模型,仿真结果表明:电网电压跌落时,双馈电机定子侧电流和电磁转矩与理论分析基本一致,因而可以说明本文电压跌落的分析方法能够正确地反映电压跌落过程中的电磁现象,可以为双馈电机LVRT控制策略的研究提供足够的理论依据     

双馈风电机组高电压穿越控制策略研究

风电机组的电网电压故障穿越能力是风机重要的并网性能评价指标。随着风机低电压穿越能力的深入研究,电网电压骤升成了威胁风机安全运行的因素。为了研究双馈风电机组在电网电压骤升下的特性及不脱网运行控制策略,分析了电网电压骤升时双馈感应发电机的电磁暂态过渡过程。结合现场运行风电机组的实际特性,提出一种易于工程实现的双馈风电机组高电压穿越控制策略。该控制策略不需更改原风机一次回路结构,只对双馈风机的发电机侧控制逻辑进行修改,即可实现双馈风电机组在电网电压骤升时不脱网运行,保障机组安全与电网稳定。最后通过仿真验证了控制策略的可行性。     

基于卸荷电路和无功优先控制的永磁同步风力发电机组低电压穿越研究

为了改善2 MW二极管中点箝位式双三电平变流器直驱式永磁同步风力机组(PMSG)的低电压穿越(LVRT)性能,提出了新的稳态时单位功率因数控制、电网暂态故障时无功优先、有功受限复合控制策略。采用定量模拟的方法,对电网电压深度跌落时采用卸荷电路和改进控制策略实现风电机组低电压穿越进行了仿真研究。结合现场运行数据对内蒙古某风场永磁直驱式风电机组主要参数进行了数据处理和分析,并依据最新的风电场接入电力系统技术规定标准对该机组进行了低电压穿越现场测试。结果表明,卸荷电路和改进无功优先控制方式均可实现直驱式风电系统的低电压穿越运行,有功、无功的动态解耦和直流母线电压稳定控制,向电网发出友好型清洁电能。后者可向电网提供360 k VA的稳定无功支持,更有利于辅助电网电压的恢复和提升机组的低电压穿越能力。     

储能型直驱永磁同步风力发电控制系统

为提高直驱永磁风力发电系统的性能,在直流侧增加新型钒氧化还原液流电池（VRB）储能装置。设计了相应的双向DC/DC变换器控制策略,在风速变化时,VRB能够通过快速充放电平抑系统发电机输出功率波动以及平衡电网需求功率;在电网电压跌落时,还可提高低电压穿越能力。对具有储能电池的风力发电系统建立了仿真模型,详细分析了系统在风速变化、电网需求功率变化以及电压跌落时的动态响应过程和运行特性,并给出了仿真验证。仿真结果表明,在直流侧加VRB储能装置,有效地提高了直驱风电系统并网运行性能和低电压穿越能力,系统动态响应速度快。     

一种新型双馈风电机组低电压穿越技术研究

深入分析了双馈风电机组的数学模型并研究了新型低电压穿越(LVRT)硬件设计原理和控制策略,并在不同控制模式下进行仿真,对比分析了风电机组发生电网电压跌落和恢复过程中相关暂态特性,同时在风场进行实际的LVRT测试及相关策略验证测试。这种新型LVRT技术有利于减小风电机组在发生电网电压跌落和恢复过程中相关暂态特性对风电机组的不良影响。