双馈风电机组虚拟惯量控制对电力系统机电振荡的影响分析

虚拟惯量控制能使双馈风电机组为电网提供类似同步发电机的调频特性而得到广泛关注,但同时这种有功—频率外特性将不可避免地使双馈风电机组参与到同步发电机的机电振荡模式中,导致系统动态变得更为复杂。为了揭示双馈风电机组中虚拟惯量控制对电力系统机电振荡模式的影响规律,文中建立了基于虚拟惯量控制的双馈风电机组并网系统小信号模型,采用模态分析法分析了虚拟惯量控制相关控制回路(即虚拟惯量模拟环、锁相环和有功控制环)对同步发电机间机电振荡模式的影响规律。基于改进四机两区域系统的研究表明,增大下垂系数和适当增大滤波时间常数能改善系统阻尼,锁相环带宽和功率外环带宽过小将使双馈风电机组有功控制延迟,从而无法提供正向的阻尼转矩,导致系统阻尼减小。     

双馈风机等效惯量控制比例系数对系统功角首摆稳定的影响机理分析

随着具备惯量调节能力的双馈风力发电机组大规模接入电网,电网的功角稳定特性变得更加复杂。该文以双馈风机（DFIG）接入两区域互联电网为研究背景,首先推导两区域惯性中心等效模型,分析DFIG直接接入电网时虚拟惯量对两区域惯性中心转子运动方程的影响;然后从系统暂态能量的角度出发,研究系统发生三相短路故障及负荷突增时,系统功角摆动方向不同、两区域互联系统DFIG等效惯量控制环节比例系数不同对系统加速及减速过程中暂态能量的影响,进而研究其对系统功角首摆稳定的影响机理;最后通过系统功角首摆最大偏移量对系统功角首摆稳定性进行评估,并在PSASP仿真软件中搭建两区域系统仿真模型,验证所提理论的正确性。     

大规模双馈风机接入对电网暂态电压的影响

分析含风电场系统无功电压特性和风电接入点电压支撑规律,建立适用于暂态过程中暂态电压安全稳定分析的双馈风机简化模型,根据暂态过程中风电机组的恒电压控制策略,推导仿真双馈风机接入系统的暂态电压安全裕度机理。     

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。     

基于锁相同步的双馈风机暂态稳定方法研究

随着大量双馈风电机组（DFIG）并入电网,电力系统在扰动下更容易出现暂态同步失稳问题。目前双馈风机大多采用锁相环（PLL）实现与电网的同步,但是这种同步方式接入电网会出现不稳定问题,当锁相环不能同步时,会引起并网侧甚至整个系统电压暂态失稳。将若干双馈风机并入IEEE 10机39节点系统,双馈风电机组的同步稳定性与锁相环动态特性紧密相关,通过利用同步相量测量装置（Phasor MeasurementUnit,PMU）采集母线电压,利用最大李雅普诺夫指数法分析了电力系统的暂态电压稳定性,验证了其有效性。     

含大规模双馈机组的电力系统暂态稳定性研究

对双馈风机的动力学模型和发电机模型进行了详细的介绍,引出双馈风场的等值模型。重点分析了双馈风机的动态特性,结果表明暂态期间双馈风机脱网会引起系统有功缺失,不利于系统暂态稳定。最后在DIgSILENT软件中,基于10机39节点系统对比分析了利用风机等值替换同步发电机出力和系统不合风电两种情况下严重故障时的动态特性,得出不具LVRT的风电接入不利于系统稳定性的结论,且风电接入比例越高,系统稳定性越差。     

双馈风电机组的综合虚拟惯量控制策略

频率稳定性是电力系统稳定运行的重要保证,大规模风电并网后造成电力系统总有效转动惯量下降,使得电力系统的频率稳定性降低。对双馈风电机组的惯量支持能力进行了分析,并对传统虚拟惯量控制加以改进,提出一种基于稳态频率响应的虚拟惯量控制策略。在DIgSILENT PowerFactory仿真软件中建立了对应的模型,验证了在该控制策略下,双馈风电机组可更有效地对系统频率变化作出响应,从而抑制频率波动。     

大容量双馈风电机组虚拟惯量调频技术

针对风电机组不主动参与电网频率调节的问题,量化评估了大容量双馈风电机组利用风轮旋转动能进行调频的能力,提出了基于附加转矩的风电机组虚拟惯量调频控制方法,并研究了其实现原理与控制策略,建立了大容量双馈风电机组Bladed+MATLAB联合仿真模型,实现了虚拟惯量调频全过程动态仿真。首次在MW级风电机组上进行了虚拟惯量调频现场试验,揭示了大容量风电机组虚拟惯量调频的动态特性与技术特点。试验结果表明了理论与仿真分析的准确性及控制策略的有效性。     

基于协同惯量控制的双馈风机并网系统稳定性分析

双馈风力发电机由于其运行特性,失去了一定类似同步发电机的惯性响应能力,导致双馈风力发电机大规模并网之后,电力系统惯性响应能力降低。若系统受到扰动,有时不能够维持频率在允许的范围内变动,将会对含风电的电力系统稳定性造成不同程度的影响。文章推导了采用定子磁链定向矢量控制的双馈风力发电机的惯量控制模型,提出一种基于虚拟惯量控制和转子转速控制的协同控制策略,在Matlab/Simulink中建立虚拟惯量控制模块及转子转速控制模块,仿真分析协同惯量控制下双馈风力发电机并网系统惯性响应的影响以及该控制策略对惯量支撑、系统频率的影响。仿真结果表明,不同工况下,协同惯量控制可为风电并网系统提供一定惯量支撑,在有效防止系统频率深度跌落的同时提升了系统的稳定性。研究结果可为实际工程提供理论指导。     

双馈风电机组惯量控制对系统小干扰稳定的影响

研究了双馈风电机组加入惯量控制后对系统小干扰稳定的影响。首先,分析了双馈风电机组为系统提供惯性支持的基本原理,讨论了两种惯量控制的方法。然后,分析了这两种控制方法对系统小干扰稳定的可能影响。最后基于仿真,用模式分析法分析了不同控制策略和参数下的惯量控制对系统小干扰稳定的影响特性。分析表明,引入惯量控制对系统的小干扰稳定存在较明显的影响,在设计控制方法和参数时需要考虑小干扰稳定的安全约束。     

电网友好型双馈感应发电机的暂态协调控制策略

以风电运行"电网友好化"为背景,综合考虑电网友好型双馈感应发电机(DFIG)控制策略在应用中的相互影响并提出改进稳定控制策略。以满足并网导则要求的DFIG虚拟惯量控制、暂态有功控制与暂态无功控制3种电网友好型DFIG控制策略为对象,首先分析了暂态无功控制与暂态有功控制对于暂态有功给定的影响,其次分析了暂态有功给定对虚拟惯量控制效果的影响,最后分析了虚拟惯量控制对暂态无功控制效果的影响。在考虑以上3种影响的基础上,针对上述电网友好型DFIG控制策略在具体暂态阶段中相互制约的现象,从最终控制效果出发,提出能够同时改善送端系统在短路故障及其恢复过程中的功角稳定,减小故障期间电压跌落深度的综合控制方案,并通过时域仿真验证了影响分析与改进控制的正确性和有效性。     

不平衡电网下双馈感应发电机的虚拟同步机控制优化策略

由于虚拟同步机(VSG)控制技术的控制带宽有限,因此当电网电压不平衡时,VSG控制无法有效控制电网负序电压引起的功率二倍频波动分量。当电压长时间不平衡时将会引起双馈感应发电机(DFIG)定、转子电流畸变,功率及转矩振荡等问题,严重影响系统输出的电能质量及系统运行性能。针对此问题,文中提出一种采用二阶广义积分器对DFIG电磁转矩及无功功率二倍频脉动进行定量控制的方法,使DFIG的VSG控制系统在不平衡电网条件下可以实现3种控制目标,即定子电流正弦且平衡、定子电流正弦且有功功率恒定和定子电流正弦且无功功率及电磁转矩同时恒定。同时,可根据电网实时要求对各控制目标进行灵活切换,提高了DFIG的VSG控制系统的控制性能。最后,所提方法的有效性通过仿真结果得到了验证。     

双馈风电机的虚拟惯性控制优化策略

电力系统在面对不同扰动时,双馈风力电机采用传统虚拟惯性控制不能充分利用转子动能参与调频,提出一种改进的虚拟惯性控制策略。对现有的风机传统虚拟惯性控制方法中的控制增益进行改进,即将控制增益与频率偏差建立耦合关系,使双馈风力电机根据系统频率偏差实时调整调频增发功率,减缓频率跌落速度,提高频率最低点。基于EMTP-RV仿真平台搭建含高比例风电渗透率的电力系统模型,验证改进方法的有效性。仿真结果表明,提出的改进虚拟惯性控制方法在不同扰动下均可大幅改善频率稳定性,且随扰动增大,改善效果越明显。     

含虚拟惯量的双馈风电机组扭振阻尼特性分析与抑制方法研究

阻尼是影响双馈风电机组(doubly-fed induction generator,DFIG)轴系扭振的核心因素.在并网导则要求风电参与系统调频的背景下,当DFIG采用虚拟惯量控制响应系统频率变化时,其扭振的阻尼特性将更加复杂.采用阻尼转矩方法,首先分析了最大功率跟踪模式下DFIG轴系扭振的阻尼特性,推导了虚拟惯量引...     

风力发电对系统频率影响及虚拟惯量综合控制

针对大规模风电接入引起系统等效转动惯量下降、系统频率稳定风险上升的问题,在分析电力系统调频过程与风电常规虚拟惯量调频的基础上,建立了含风电的电力系统频率动态响应模型,研究了风电及调频参数对系统频率动态特性的影响及变化规律。提出了基于选择函数的风电机组新型虚拟惯量综合控制方法,利用有限风电机组转子动能,有效增加了系统等效转动惯量,同时避免了传统控制所造成的功率二次跌落。在MATLAB/Simulink中建立了系统仿真模型,仿真验证了控制策略有效性及对频率动态特性的改善作用。     

双馈风电机组虚拟惯量控制对系统小干扰稳定性的影响

含虚拟惯量控制的双馈风电机组与电力系统的动力学特性存在耦合关系,而锁相环的跟踪能力将直接影响虚拟惯量的控制输入量,因此,考虑虚拟惯量控制的双馈风电机组在锁相环作用下,对系统小干扰稳定性的影响成为亟需解决的问题。首先,计及双馈风电机组的转子电压、锁相环、虚拟惯量控制、转子侧变频器、风电机组机械部分等暂态特性,建立了考虑锁相环与虚拟惯量控制的双馈风电机组并网的互联系统小干扰模型。在此基础上,考虑到锁相环与虚拟惯量控制均会影响同步发电机振荡模态,采用解析的方法从机理上揭示了二者共同作用下系统的小干扰稳定性,即对于含虚拟惯量控制的双馈风电机组,锁相环主要通过影响虚拟惯量对系统的参与程度进而影响系统阻尼:锁相环比例—积分(PI)参数越小,虚拟惯量控制状态变量对区间振荡模态的参与因子越小,机电振荡模态阻尼比越大,这与不含虚拟惯量控制的双馈风电机组中锁相环对系统阻尼特性的影响相反。仿真结果验证了所建模型的合理性与分析结果的正确性。     

基于虚拟惯量控制的风电电力系统电压稳定性研究

含风电电力系统外送是解决能源丰富基地电力消纳问题和负荷中心能源短缺问题的主要方案。随着双馈风电机组并网容量的不断增大,研究含双馈风电机组的风电电力系统电压稳定性的意义重大。大规模风电并网后导致电力系统总转动惯量下降,系统稳定性降低,具备附加虚拟惯量控制的风电机组可改善系统点电压稳定性。分析了风电电力系统稳定性机理和双馈风电机组的附加虚拟惯量控制策略。利用DIgSILENT/PowerFactory电力仿真软件绘制哈密地区三个风电场群的P-V、Q-V曲线得到有功裕度与无功裕度,并对比分析了附加虚拟惯量控制前后对系统静态电压和暂态电压稳定性的影响。仿真结果表明,附加虚拟惯量控制不仅能提高静态电压稳定极限,降低电力系统有功无功灵敏度,提高系统静态电压稳定性,而且能抑制频率和转速剧增,增加功率,从而提高系统暂态电压稳定性。     

同步耦合双馈风机的虚拟惯量优化控制技术

双馈风电机组在同步并网时虚拟出的可控惯性将显著影响电网的动态特性,仍须通过优化控制减少其附加运行风险,充分发挥其控制潜力。该文首先建立引入虚拟同步控制后的双馈风电机组的动态模型,并分析双馈风机与同步发电机之间建立的虚拟同步耦合关系。在此基础上,构建双馈风机同步并网系统的能量函数,基于同步并网耦合关系提出双馈风电机组的变惯量优化控制策略,并借助控制参数对系统稳定性的影响分析,设置虚拟惯量参数范围。最后,搭建双馈风机同步并网系统进行仿真验证,双馈风机的虚拟惯量需要在合理范围内通过变惯量优化才能为并网系统提供可靠的动态稳定支撑。     

适用于电网不对称故障的双馈风力发电机虚拟同步控制策略

双馈感应发电机(DFIG)虚拟同步控制策略可使DFIG为电网提供频率与电压支撑,改善其并网特性。现有虚拟同步控制策略的主要目标是模拟同步发电机机电动态特性,未深入探讨电磁暂态过程中如何对DFIG进行控制。分析了电网发生不对称故障时,基于虚拟同步控制的DFIG的故障特性;得出了现有虚拟同步控制策略难以抑制DFIG故障电流与电磁转矩振荡的结论。在此基础上,提出了一种适用于电网不对称故障的DFIG电压补偿虚拟同步控制策略,该策略通过补偿转子电压的故障分量来改善DFIG转子电压的响应速度,抵消或削弱转子反电势故障分量的影响。仿真对比了现有虚拟同步控制策略与所提出策略的控制效果,验证了所提策略能够显著降低DFIG转子故障电流,抑制电磁转矩的暂态冲击与持续振荡,有效提高DFIG不对称故障穿越能力。     

基于约束因子限幅控制的双馈感应发电机有功功率平滑控制

在分析双馈感应发电机（doubly-fed induction generator,DFIG）运行特性和传统最大风能追踪控制（maximum power point tracking,MPPT）策略的基础上,给出一种基于约束因子限幅控制的DFIG有功功率平滑控制策略,提出功率输出限幅值可调的控制思想,结合发电机转速控制和风力机变桨距控制来实现输出功率保持在任意给定值。给出了约束因子的表达式和取值规则。在Matlab／Simulink仿真平台上采用所提平滑控制策略,对一个9MW风电场的有功功率输出特性进行研究,计算了2种控制策略下输出功率的平滑性能指标和方差值。实验结果表明,与传统最大风能追踪控制策略相比,所提出的平滑控制策略能显著减小发电机输出功率的波动,优化了系统的电能质量。