风电柔直并网中次同步振荡抑制策略

基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter, MMC)的柔性直流输电技术已成为大规模远距离风电并网的重要解决方案。但由于MMC自身含有大量电力电子装置,存在引发次同步振荡的风险。针对次同步振荡问题,提出一种计及风机转子侧和环流抑制器的附加阻尼控制策略,在建立风电并网模型的基础上,采用阻抗法对次同步振荡的产生机理进行进一步分析研究。通过MATLAB/Simulink进行仿真试验。结果表明,控制策略能更快地抑制振荡,更好地提高电能质量,同时验证了方法的可行性和正确性。     

直驱风电机组次同步振荡阻尼控制方法及其适应性

由风电波动引发的次同步振荡具有振荡频率多变、涉及动态装置多、影响因素复杂等特点,现有的阻尼控制类装置难以实现有效抑制,需研究适用的附加阻尼控制方法。文中通过线性化方法推导了直驱风电机组并网系统的特征方程和传递函数,并获取了风电机组并网系统在不同工况下的频率响应特性。然后提出了基于奈奎斯特稳定判据的风电机组次同步振荡阻尼控制器的参数设计方法,以及基于粒子群优化算法的参数优化方法;结合特征值法及时域仿真法,分析了阻尼控制器对于次同步振荡的抑制作用。研究结果表明,依据前述方法设计的阻尼控制器在多种运行条件下均具有较好的适应性。     

采用VSC-HVDC并网的直驱风电场次/超同步振荡特性

风电、光伏经由高压直流输电系统并网外送已经成为大规模可再生能源基地的主要输送方式。对于风电引发的次/超同步振荡问题,尤其是直驱风电机组与柔性高压直流(VSC-HVDC)输电系统之间相互作用引发的次/超同步振荡问题值得深入研究。首先,分别建立直驱风电机组与VSC-HVDC的动态模型,并深入分析与推导两者之间的接口矩阵与接口动态方程,进而得到直驱风电机组经VSC-HVDC并网外送的完整动态模型。在此基础上,采用特征值分析法计算得到各振荡模式的参与因子,并根据模式参与因子判断出次/超同步振荡模式之间存在阻尼耦合。通过PSCAD/EMTDC进行时域仿真,验证了模型与特征值分析结果的正确性。进一步深入分析风电并网距离/阻抗、直驱风电机组机/网侧控制器与VSC-HVDC送/受端控制器参数对次/超同步振荡阻尼特性的影响,结果表明:同一个控制器参数可同时影响多个次/超同步模式,同一个次/超同步模式可同时受多个控制器参数影响,并且这种阻尼耦合的影响可能趋同(调节控制器参数,耦合的两种模式的阻尼比同向变化),可能趋反(调节控制器参数,耦合的两种模式的阻尼比反向变化),也可能趋同与趋反同时存在。     

风电并网系统次同步振荡分析方法综述

风电并网引发次同步振荡问题对系统稳定运行产生了不良影响,成为制约风电高效利用的瓶颈因素。这类问题引起了工业界和学术界的广泛关注,许多文献提出了不同的分析方法。文章将与风电相关的次同步振荡分析方法归为两类,即时域和频域,全面综述了近十多年来国内外各种方法的研究成果及实践应用,对每种方法进行了比较。考虑到基于阻抗模型的分析方法近期得到广泛关注,文章重点介绍了阻抗分析法,总结了阻抗建模和稳定性判据的最新研究结果。同时,对目前尚未解决的问题及面临的挑战进行总结,并对接下来的研究方向进行展望。     

风电柔直并网虚拟阻抗次同步振荡抑制策略

直驱风电场经柔性直流输电系统并网送出存在次同步振荡风险。首先,在建立直驱风电经柔直并网系统模型的基础上,采用失稳特征根模态分析方法,研究了V/F控制模式下系统次同步振荡模态的参与变量与参与因子。其次,以抑制系统次同步振荡为目标,提出了在柔直换流站电压外环控制器中配置高通滤波器等不同形式下的虚拟阻抗控制策略,且解析了阻抗参数的选择范围及其原则,并采用阻抗分析方法研究了阻抗控制器对系统阻抗特性的影响以及规律。最后,基于MATLAB电磁暂态仿真验证了所提次同步抑制策略的有效性及其参数解析计算的正确性。     

面向次同步振荡的直驱风电机组阻抗频率响应特性辨识

针对直驱风电机组参数未知时,其阻抗模型解析式难以获取的问题,提出曲线拟合辨识机组次同步频段内的阻抗频率响应特性的新思路。首先提出一种基于多项式拟合的直驱风电机组阻抗模型频率响应特性辨识方法,利用曲线拟合取代传统解决思路中的传递函数辨识环节,降低辨识难度。然后,利用已有的阻抗分析方法,基于辨识模型展开直驱风电机组次同步振荡分析。最后,在EMTDC/PSCAD中搭建时域仿真模型,验证了所提方法及理论分析的正确性。     

直驱风电机组阻抗建模及次同步振荡影响因素分析

弱电网条件下直驱风电机组与电网的交互影响得到了国内外的广泛关注。目前,阻抗分析法是研究风电机组并网系统稳定性分析的主要研究方法之一,传统的基于dq坐标系的阻抗建模过程中忽略了直流侧电压波动及直流电压环的影响,并且未分析风电机组控制参数对系统稳定特性的影响。因此,以直驱风电机组并网系统为例,计及锁相环动态特性、直流侧电压波动和直流电压环,建立风电机组在dq坐标系下的阻抗模型,并通过扫频实测阻抗特性验证了理论模型的正确性。结合基于系统总阻抗矩阵行列式的稳定判据分析系统稳定性的影响因素,为风电机组控制参数的优化奠定基础。时域仿真结果验证了理论分析的正确性和有效性。     

含储能型虚拟同步发电机的直驱风机并网系统自适应协调阻尼控制策略

储能型虚拟同步发电机(VSG)的灵活控制特性能够为风电并网系统提供有效的频率和电压支撑,然而系统振荡特性会受到一定程度的影响,同时风电时变出力特性导致的运行点变化也将使得定参数阻尼控制表现出适应性不足的问题.为此,提出了适应风电出力时变特性的自适应协调阻尼控制策略.首先,在风电并网系统状态空间模型的基础上推导线性变参数模型,以直驱风机的有功功率为调度变量,根据稳定域确定运行空间范围;然后,利用间隙度量对运行空间进行划分,确定各子运行空间的典型运行点并将其作为多胞形顶点,建立调度增益与系统运行工况以及控制器的映射关系;最后,针对不同频率振荡模式协调设计自适应控制器.测试系统的仿真结果表明,所设计的自适应协调阻尼控制器不仅能够同时阻尼含储能型VSG并网系统中的次同步振荡和低频振荡,也能在风电出力大范围时变工况下保持良好的阻尼水平.     

风电次同步振荡的多工况分析

针对风电运行条件或工况时变对次同步振荡稳定性的影响,提出了一种基于变工况阻抗模型的SSO定量评估方法,通过将阻抗矩阵的元素表达成工况(即基波电压、电流)二次型的商,可计算不同工作点的聚合阻抗频域特性,进而分析不同运行方式下的SSO稳定性。以新疆哈密风电系统为原型进行算例研究,运用所提方法对两种典型工况下的振荡稳定性进行了定量分析,并进行电磁暂态仿真验证,结果表明,实际系统中风电机组在线数量和单机出力等运行条件的改变均会对系统振荡稳定性产生影响,所提方法可有效评估不同工况下系统的振荡风险。     

双馈风电机组参与次同步振荡分析及抑制技术

近年来,随着风电机组装机容量不断扩大,风电机组的振荡问题也日益凸显。这里针对双馈风电机组(DFIG)参与系统次同步振荡进行了理论分析,双馈风机的次同步振荡类型为双馈电机并网控制参与的感应发电机效应。借鉴了常规同步机组的电力系统稳定器以及抑制高频谐振的有源阻尼策略提出了次同步虚拟电阻策略,以华北某大规模风电汇集区域发生双馈-串补次同步振荡为原型,搭建了风电机组并网等值仿真模型,在此基础上分别进行了电磁暂态时域仿真及半实物测试,测试结果表明,该策略可将次同步成分衰减为振荡时的10%以内,同时不会对机组的低电压穿越、电能质量、电网适应性等功能造成影响。     

大功率直驱风力发电机组并网变流器的研究

介绍了直驱同步风力发电机组并网变流器主电路的网侧滤波器的设计和计算、电机侧滤波器的设计和计算、制动单元设计和预充电电路的设计。最后,基于网侧和机侧的控制理论,利用Matlab对控制方法进行了仿真,并通过对1.5 MW直驱风力发电机组并网变流器样机的试验,证明了设计方法的可行性。     

风电并网系统次同步振荡频率漂移问题

风电并网系统的次同步振荡现象具有频率漂移的特征。该文从风速变化影响模式间相互作用的角度解释了频率漂移的原因。首先,推导风电机组受风速影响的振荡模式:双馈风机定转子绕组和转子侧换流器电流内环控制主导的次同步振荡模式的频率;直驱风机直流电压外环主导的振荡模式的留数。然后,推导两输入两输出系统中振荡模式之间发生强相互作用的条件——开环模式耦合。最后,基于双馈风机-串补输电系统和混合风电场并网系统算例,采用模式分析和非线性仿真,演示了风速变化过程中模式交互作用的强弱变化导致的频率漂移的现象。由此得出,风速的随机性使得开环模式耦合条件具备了随机性,在时变场景下模式间的不利交互作用使得弱阻尼或负阻尼次同步振荡模式的频率是动态变化的,由此出现了频率漂移的现象。     

基于同伦函数的直驱永磁同步风电机组次同步振荡特征值分析

为了研究直驱永磁同步风电机组的次同步振荡问题,建立了典型的风电系统数学模型。在使用传统特征值分析法的基础上,利用同伦函数代替参与因子法,准确且直观地辨识出系统振荡模态特征值对应的状态变量。在此基础上进一步分析状态变量对应的参数对系统振荡模态特征值的影响。最后,通过PSCAD/EMTDC平台进行时域仿真。结果表明:直流电压控制外环积分系数和电流控制内环比例系数对系统的次同步振荡有很大影响。     

抑制风电-柔直外送系统次同步振荡的并联VSC型次同步阻尼控制器

风电经柔性直流输电(简称“柔直”)系统接入交流电网已经成为陆上/海上风电并网的主要方式之一,但风电与柔直系统之间存在控制相互作用引发次同步振荡的风险。为抑制此类振荡,提出一种独立于柔直系统和风电机组变流器的并联电压源变流器(VSC)型次同步阻尼控制器。该控制器使用集电线电压作为输入信号,提取信号中的振荡模态后调制其幅值、相位,然后利用并联VSC向系统注入次同步频率的电流来抑制振荡。基于复阻抗法对控制器参数进行了优化设计。仿真结果表明,所提出的控制器能在不同工况下有效抑制振荡。     

基于阻抗辨识的沽源地区风电并网系统次同步振荡控制策略

大规模风电集群与系统交互作用引发的次同步振荡严重威胁电网运行安全。文中提出一种基于系统阻抗辨识的次同步振荡控制实现框架及计算方法。通过辨识电网侧和风场支路阻抗得到系统序阻抗,基于系统序阻抗实部值的变化来判定稳控系统切除不同风场馈线的有效性,考虑不同风场对系统阻抗的影响大小并基于最小切除量原则制定次同步振荡控制策略。针对实际电网中电网侧阻抗及风场支路阻抗难以辨识的难点,提出电网侧阻抗极限值预估和风场支路阻抗在线测量方法。基于PSCAD/EMTDC仿真平台构建沽源地区实际风场群并网系统模型,验证了所提次同步振荡控制策略的有效性。     

直驱风电系统变流器控制技术综述

电力电子变流器作为风力发电与电网的接口,即对风力发电机电机控制,又要输出优质电能。因此对电子变流器的控制策略非常重要。对网侧变流器控制策略、机侧变流器策略和低电压穿越控制策略进行了分析。最后展望了变流器控制技术发展趋势。     

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。