基于广域测量信号的双馈风电机组阻尼控制策略

为了抑制电力系统的区域间低频振荡,本文提出了一种应用于双馈风电机组(DFIG)的附加阻尼控制策略。首先,建立了双馈风电机组的动态模型及其控制策略。然后阐明了动态有功功率注入和动态无功功率注入提高系统阻尼的原理,在此原理的基础上提出了双馈风电机组附加阻尼控制器的设计方法。阻尼控制器基于电力系统稳定器(PSS),将广域测量信号区域间同步机组电压相角差作为输入信号。考虑到DFIG有功功率和无功功率可解耦控制,控制器输出信号附加到DFIG有功功率控制环和无功功率控制环。最后,建立了四机两区域电力系统仿真模型,通过特征值分析和时域仿真分析验证了附加阻尼控制策略的有效性及动态功率注入提高系统阻尼原理的正确性。     

含双馈风电机组的系统阻尼优化研究

提出了一种在双馈异步风电机组中附加电力系统稳定器（PSS）以提高系统阻尼的控制策略.结合矢量控制,详细分析了双馈风电机组的阻尼控制原理,并设计了PSS模型,同时给出了相关参数的整定方法.在IEEE四机两区域系统中进行了时域仿真,验证了PSS在双馈风电机组上应用的有效性和可行性.     

含传输线功率信号的双馈风电场附加阻尼控制策略

从抑制电力系统区域间低频振荡以及减少风电机组传动链轴系扭振方面,提出双馈风电场附加阻尼控制策略。首先,建立了考虑传动链柔性的风电机组暂态模型及控制策略。其次,提出了考虑电力系统传输线功率信号的双馈风电机组无功功率环的附加阻尼控制策略。最后,以双馈风电场接入IEEE两区域四机系统为例,针对电网传输线三相短路故障和区域内同步发电机有功功率小扰动2种情况,分别对不同阻尼信号增益下的有功功率环和无功功率环附加阻尼控制策略的系统动态性能进行仿真。比较结果表明,与无附加阻尼控制相比,基于有功功率环或无功功率环的附加阻尼控制能够更好地抑制传输线功率振荡,且无功功率环附加阻尼控制不会导致风电机组传动链轴系扭矩振荡幅值增加。     

双馈风电机组抑制电力系统低频振荡的非线性控制策略

本文提出了一种基于非线性控制算法的双馈感应发电机区域间振荡阻尼控制策略。所研究系统的动态模型是一个经典的包含双馈风电机组的风电场的双区域电力系统模型。首先对相关系统进行建模,然后根据控制目标选择合适的输入和输出变量,将这些变量线性化。根据非线性算法,通过输出函数和状态函数的李导数获得反馈控制律,可以将所选择的系统输入线性化为系统输出。因此,可以设计控制参数来利用线性系统控制算法来改善系统动态响应,所提出的控制策略可以处理阻尼控制回路中存在的非线性,因此可以提高阻尼控制的性能。在Digsilent平台上进行的仿真用于研究所提出的双馈风电机组阻尼控制策略的性能。将仿真结果与没有附加阻尼控制器和附加传统的电力系统稳定器(PSS)的系统进行比较。结果表明,该方法可以明显改善系统阻尼。与传统的电力系统稳定器控制相比,所提出的阻尼控制器可以更快地抑制功率波动。     

含双馈风电机组系统的广域阻尼控制器协调优化策略

为了提高含双馈风电机组系统抑制低频振荡的能力,提出一种基于自抗扰控制器的广域阻尼控制器协调优化策略。首先对含有双馈风电机组的电力系统进行建模;然后基于系统可观/可控性综合几何指标选择广域阻尼控制回路;最后利用人工蜂群算法对自抗扰控制器和广域阻尼控制器进行协调优化,以增强系统的稳定性。通过2区域4机系统和新英格兰10机39节点系统案例验证了所提出的方法在抑制含双馈风电机组系统低频振荡方面的可行性和有效性。     

双馈风电场模糊附加阻尼控制策略

基于暂态能量函数分析原理,提出双馈风电场模糊附加阻尼控制策略。首先,以区域间暂态振荡能量下降为目标,从理论上分析了调节风电场输出有功或无功功率能抑制电力系统区域间低频振荡的可行性。其次,在阐述双馈风电场常规 PSS 附加阻尼控制策略的基础上,以传输线有功功率变化作为暂态能量振荡阶段的判断依据,提出了基于模糊控制的双馈风电场附加阻尼控制策略。最后,以双馈风电场接入IEEE两区域四机系统为例,针对电网传输线三相短路故障和区域内同步发电机输入功率小扰动两种情况,对采用模糊附加阻尼控制时系统的运行性能进行仿真,并与常规PSS附加阻尼控制和无附加阻尼控制的运行效果进行比较。仿真结果验证了风电机组有功或无功功率环模糊附加阻尼控制策略的正确性,同时表明基于无功功率环的模糊附加阻尼控制不仅能更好地抑制传输线有功功率振荡而且又能减小风电机组传动链轴系扭矩的波动。     

双馈风机附加阻尼控制环节与PSS的参数协调优化

对于含双馈风电场的多机电力系统,在双馈风机内部引入附加阻尼控制环节可以抑制系统低频振荡,但双馈风机附加阻尼控制环节可能会影响电力系统稳定器(PSS)抑制低频振荡的效果。提出了一种双馈风机附加阻尼控制环节与PSS的参数协调优化方法,设计了兼顾机电振荡模式和非机电振荡模式的阻尼特性的优化目标函数,并给出了基于粒子群算法的求解方法。以三机系统作为算例,优化设计了双馈风机附加阻尼控制环节与PSS的参数。时域仿真结果表明,所提出的参数协调优化方法可以更好地提升系统的阻尼,有利于低频振荡的快速平抑。     

双馈风电机组抑制电力系统低频振荡的鲁棒控制策略

针对大规模风电场接入电力系统面临的低频振荡问题,提出了一种双馈风电机组(doubly-fed induction generator,DFIG)附加鲁棒控制策略,通过控制双馈风电机组的转子侧无功输出向系统注入无功功率以达到提升系统阻尼的目的。首先采用TLS-ESPRIT辨识算法辨识出系统模型,然后采用基于区域极点配置的鲁棒控制理论设计附加阻尼控制器。为对所提控制方法相比于传统控制方法的优势,设计了基于极点配置的阻尼控制器。最后在PSCAD软件中搭建含风电的两区域模型验证所提控制方法的有效性。仿真结果表明DFIG附加鲁棒控制器能有效抑制电力系统低频振荡,具有较好的鲁棒性。     

含阻尼环节的电流源型风电虚拟同步发电机控制与分析

针对高比例风电电力系统频率/电压稳定性问题,介绍了虚拟同步控制的理论基础,对比分析了双馈风电机组与传统同步机数学模型。基于模型相似性推导了风电机组虚拟同步发电机的内电势、功角及功率传输方程,并揭示了其变化规律。研究了一种含阻尼环节的电流源型风电机组虚拟同步控制策略,并进行了虚拟同步控制外环和电流控制内环设计。在Matlab/Simulink中建立了双馈风电机组虚拟同步发电机仿真模型,实现了虚拟同步发电机惯量、阻尼、一次调频和无功调压特性的全过程模拟。仿真结果证实了理论分析的正确性与控制策略的有效性。     

基于广义相位补偿法的抽水蓄能电站双馈机组PSS设计

抽水蓄能电站正应用变速双馈机组来替代传统定速同步机组。对于变速机组,其本身应具有类似于定速机组电力系统稳定器(PSS)的功能。为满足抽蓄电站变速机组入网要求,对此类机组对电力系统小扰动稳定性的影响进行了探讨,并由此提出了一种相关的阻尼控制策略。首先,在相关多机系统模型的基础上,对典型四机系统小扰动稳定性进行分析。然后,根据分析结果中的低频振荡问题,采用广义相位补偿法设计了应用于双馈机组的PSS,有效协调双馈机组和同步机组PSS的阻尼效果。最后,通过系统算例仿真来证明双馈机组加入PSS的有效性和实用性,并在RTDS涉网试验中予以验证。     

An active power control strategy for a DFIG-based wind farm to depress the subsynchronous resonance of a power system

This study presents a novel auxiliary damping control strategy to depress subsynchronous resonance (SSR) oscillations in nearby turbine generators. In the proposed control strategy, SSR damping is achieved by adding turbine generator speed as a supplementary signal at the active power loop of the rotor-side converter (RSC) of doubly-fed induction generator (DFIG)-based wind farms. To design the SSR auxiliary damping controller, a transfer function between turbine generator speed and the output active power of the wind farms was introduced to derive the analytical expression of the damping coefficient. Then the damping effect of the active power of the DFIG-based wind farms was analyzed, and the phase range to obtain positive damping was determined. Next, the PID phase compensation parameters of the auxiliary damping controller were optimized by genetic algorithm to obtain the optimum damping in the entire subsynchronous frequency band. The last, the validity and effectiveness of the proposed auxiliary damping control were demonstrated on a modified version of the IEEE first benchmark model by time domain simulation analysis with the use of DigSILENT/PowerFactory.     

双馈风电场接入交流或交直流混合系统低频振荡 模态对比分析

目前,风电并入交直流混合系统低频振荡模态研究未见文献报道。在PSASP中搭建了CEPRI36节点系统中含双馈风电场的纯交流系统和交直流混合系统的小信号稳定性分析的详细模型。对计及了风力机传动链、双馈发电机、变换器和直流输电动态模型及其控制策略,且直流系统运行在双极两端中性点接地、单极大地回线、单极金属回线、单极双导线并联大地回线四种不同接线方式下的小信号稳定性进行了仿真。从双馈风电场接入交流或交直流混合系统并参与有功或无功调度两种运行方式角度,采用模态分析法进行了电网区间和局部区域低频振荡模态对比分析。结果表明：双馈风电场接入交直流混合系统的低频振荡特性不仅与直流线路运行接线方式存在关联,而且受接入的风电场运行方式影响。与接入交流系统比较,接入交直流混合系统区间振荡的恶化程度变大、稳定裕度更差。     

基于DFIG功率振荡阻尼器的电力系统低频振荡抑制综述

随着大规模风电并网,风电机组与同步机组间的动态交互加剧,前者对电网低频振荡(low-frequency oscillation,LFO)的负面影响和正面控制效果渐趋显著。文章对双馈风电机组(doubly-fed induction generator,DFIG)并网系统LFO抑制问题展开调研。分析了DFIG并网对LFO的影响机理,从风电侧和电网侧比较了LFO抑制措施。重点讨论了DFIG附加功率振荡阻尼器(power oscillation damper,POD)的参数整定方法和控制策略设计。对基于传统方法、优化方法、鲁棒理论等参数整定方法,以及线性二次型调节器(linear quadratic regulator, LQR)、自抗扰控制(active disturbance rejection control,ADRC)、滑模变结构控制(sliding mode control,SMC)、模糊控制等控制策略进行比较分析。最后对DFIG并网电力系统低频振荡抑制问题,给出后续研究展望。     

基于DFIG功率振荡阻尼器的电力系统低频振荡抑制综述

随着大规模风电并网,风电机组与同步机组间的动态交互加剧,前者对电网低频振荡(low-frequency oscillation,LFO)的负面影响和正面控制效果渐趋显著。文章对双馈风电机组(doubly-fed induction generator,DFIG)并网系统LFO抑制问题展开调研。分析了DFIG并网对LFO的影响机理,从风电侧和电网侧比较了LFO抑制措施。重点讨论了DFIG附加功率振荡阻尼器(power oscillation damper,POD)的参数整定方法和控制策略设计。对基于传统方法、优化方法、鲁棒理论等参数整定方法,以及线性二次型调节器(linear quadratic regulator, LQR)、自抗扰控制(active disturbance rejection control,ADRC)、滑模变结构控制(sliding mode control,SMC)、模糊控制等控制策略进行比较分析。最后对DFIG并网电力系统低频振荡抑制问题,给出后续研究展望。     

基于功率跟踪优化的双馈风力发电机组虚拟惯性控制技术

基于电力电子换流器并网的变速恒频风力发电机组对电力系统的惯性几乎没有贡献,这将成为风电场大规模接入电网之后面临的新问题。在分析双馈风电机组运行特性和控制策略的基础上,研究双馈机组的虚拟转动惯量与转速调节及电网频率变化的关系,提出双馈风电机组的虚拟惯性控制策略。该控制策略通过检测电网频率变化来调节最大功率跟踪曲线,从而释放双馈机组"隐藏"的动能,对电网提供动态频率支持。通过对含20%风电装机容量的3机系统的仿真分析,验证该控制策略在系统出现功率不平衡后,能够利用双馈风电机组的虚拟惯量使风电场具备对系统频率快速响应的能力,从而提高了基于双馈风电机组的大规模风电场接入电网后的电力系统频率稳定性。     

Voltage performance enhancement of DFIG-based wind farms integrated in large-scale power systems: Coordinated AVR and PSS

According to large extension of Doubly-fed induction generators (DFIGs) in power systems, providing appropriate operating condition for this type of wind technology in fault situations seems necessary. Among the essential requirements for DFIGs in fault situations, low-voltage ride-through (LVRT) capability is the utmost important issue. This paper deals with voltage performance enhancement of DFIG-based wind farms integrated in large-scale power systems under voltage dips. This aim is satisfied by create coordination between automatic voltage regulator (AVR) and power system stabilizer (PSS) of synchronous generators. In this research, the key tool for the coordination is fuzzy logic. The necessity of coordination for the designed fuzzy controller (fuzzy coordinator) is to eradicate destructive interactions between AVR and PSS in grid disturbance conditions. The fuzzy coordinator adjusts the AVR and PSS gains to enforce them to give the best performance in fault situations. The proposed coordination supports the voltage mitigation in the Point of common coupling (PCC) under voltage dips and decreases the reactive power requirement of the DFIGs. The performance of the designed fuzzy coordinator is demonstrated on the IEEE 10-machine 39-bus power system with different levels of DFIG-based wind farms contribution.     

海上风电场经VSC-HVDC并网的次同步振荡与抑制

基于电压源换流器的柔性直流(VSC-HVDC)输电技术已经成为远距离海上风电场接入系统的理想解决方案,由于海上风电机组采用大型风力涡轮机,导致轴系各质块的弹性系数相比传统内陆风电机组有所增大,当海上风电场经VSC-HVDC并网时,将引发两种次同步振荡:风电机组轴系扭振、风电机组与VSC-HVDC换流器控制装置之间相互作用引发的次同步振荡。针对此问题,文中建立海上双馈风电场经VSC-HVDC并网的小信号模型,利用参与因子辨识出轴系扭振和装置间相互作用两种振荡模式以及与之相对应的强相关状态变量;在此基础上,通过特征值分析法绘制根轨迹曲线,进一步分析强相关状态变量参数变化对系统电气阻尼特性的影响;基于信号测试法提出了一种附加阻尼控制的双馈风电机组附加励磁阻尼控制器与柔性直流输电系统次同步阻尼控制器协同抑制措施,并通过DIgSILENT/PowerFactory仿真验证了协同抑制方法的有效性。     

双馈风电场次同步控制相互作用的分数阶滑模抑制策略

针对双馈风电场接入串补输电系统,提出一种可快速收敛的分数阶滑模控制策略以抑制次同步控制相互作用并增强控制系统鲁棒性。首先通过反馈线性化方法抵消双馈风电场固有的非线性;其次设计分数阶滑模控制策略并应用于网侧变流器控制回路,利用分数阶微积分算子所增加的自由度实现系统快速收敛;最后通过非线性时域仿真和实物仿真检验抑制效果。结果表明:所设计的分数阶滑模控制策略有效改善了次同步频率范围内的系统阻尼,能在不同工况下实现对次同步控制相互作用的有效抑制,使系统快速恢复稳定,并加强系统对参数摄动的鲁棒性。     

Low and high voltage ride-through of DFIG wind turbines using hybrid current controlled converters

Doubly fed induction generators have been recognized as the dominant technology used in wind generation systems. However, this type of wind generator is very sensitive to the drop/rise in the supply voltage and without efficient “ride-through” strategy, continuous operation of DFIG may fail due to destructive overcurrents in the rotor winding or large overvoltages in the dc-link capacitor. This paper introduces a hybrid current control scheme, implemented in the rotor-side and grid-side converters of DFIG, to enhance low and high voltage ride-through capacities of DFIG-based wind turbines. The proposed control scheme is constituted of two switching strategies integrated with a supervisory control unit: standard PI current controllers for normal operating conditions and vector-based hysteresis current controllers for DFIG protection during severe voltage sag/swell conditions. Time-domain simulation studies are carried out to examine the effectiveness of the proposed ride-through strategy under various types of grid disturbances. It is shown that the proposed controller constrains the rotor current and dc-link voltage within the safety limits of DFIG and as a result, the wind generator can comply with the strict low/high voltage ride-through requirements stipulated by modern grid codes.