大规模风电集中接入弱电网后的无功电压紧急控制初探

针对大规模风电集中接入弱电网后的地区电网无功电压控制问题,归纳了风电机组大规模脱网事故集中暴露的问题及事后改进情况,提出了暂态电压偏移越限是风电机组具备故障穿越能力后仍然会不同程度脱网的重要原因,分析了暂态电压偏移的机理,探讨了抑制暂态电压偏移越限的无功电压紧急控制措施。     

直流故障引发直流外送系统新能源脱网问题研究

含高比例新能源的直流外送系统由于送端发电设备支撑能力薄弱,在直流故障发生后新能源发电设备面临着过电压脱网风险。为了防止新能源脱网事故的发生,首先建立新能源直流外送系统仿真模型分析新能源机端暂态过电压形成机理,其次根据无功传输规律分析常规机组、调相机、电气距离等因素对新能源脱网的影响,定量分析常规机组的电压调节灵敏度,在此基础上利用新能源短路比指标对新能源脱网情况进行量化分析,最后根据分析结果提出了提高短路容量、提高风机高压穿越能力等预防直流故障后新能源脱网的策略,采用某规划的直流外送系统BPA仿真算例验证策略的有效性。     

基于超导磁储能系统的双馈风机协同故障穿越策略

在大规模风电基地通过高压直流输电远距离送出背景下,闭锁、换相失败等直流故障会在送端产生暂态电压扰动导致风机连锁脱网,严重威胁系统的安全稳定.建立风电外送系统模型,结合过电压下双馈风机的暂态响应分析,揭示了直流闭锁导致双馈风机连锁脱网这一过程的内在机理;进一步地,提出一种基于超导磁储能系统和改进风机控制协同的故障穿越策略...     

恒速风电机组对电网暂态电压稳定性的影响

基于恒速风电机组的结构,给出风电机组各部分的数学模型,利用仿真软件DIgSILENT/PowerFactory建立恒速风电机组的动态模型,并利用该模型在WSCC 3机9节点算例中仿真恒速风电机组并网运行时因风速变化引起的电网电压波动,通过极限切除时间分析恒速风电机组并网对电网暂态电压稳定性的影响,并与接入相同容量的同步机组进行比较。结果表明,恒速风电机组的接入降低了电网的暂态电压稳定性,且接入恒速风电机组装机容量越大,电网的暂态电压稳定性越差。由此提出改善恒速风电机组并网后电网暂态电压稳定性的建议。     

基于PSCAD的永磁直驱风电机组简化模型研究

针对风电机组的电磁暂态模型求解耗时长、仿真计算工作量大、数值收敛性差等不足,在研究直驱机电暂态及运行控制方式的基础上,利用PSCAD仿真工具构建了直驱风电机组简化模型,并分别在恒定风速、阶跃风速和电网故障三种工况下进行了仿真验证。结果表明,基于PSCAD的直驱风电机组简化模型可行、有效,在保证一定的计算精度下,可大幅提高计算速度,且当风机台数增加时,速度提高更加明显。     

风电机组的雷电暂态过电压统计研究

从首次短时间正雷击和首次短时间负雷击的雷电流波形出发,根据雷电流的累积概率密度函数和概率加权算法推导出在雷电流激励下机组上出现暂态过电压的统计计算公式。在建立集桨叶、轴承、塔筒和接地装置于一体的风电机组暂态等值电路模型后,运用实验结果对该模型进行校验。以该暂态等值电路模型为基础,统计计算风电机组上的暂态过电压,确定过电压沿风电机组本体的分布特性,并将该过电压统计值与采用标准规程法计算出的过电压值进行对比。结果表明,在同样的雷电流波形条件下,暂态过电压的统计值明显低于规程法计算的暂态过电压值。     

直驱与双馈风电机组的故障特性对比分析

基于PSCAD软件建立了直驱永磁同步风电机组(D-PMSG)和双馈感应式风电机组(DFIG)的暂态仿真模型,对比分析了D-PMSG和DFIG风电机组在单相、三相短路故障下的故障特性。仿真结果表明:D-PMSG在电网发生故障时能向电网提供几乎恒定的持续故障电流和一定的无功支持;DFIG在电网发生故障时能提供持续的故障电流,但故障电流呈衰减特性。     

运用STATCOM解决风电场LVRT问题的控制措施研究

随着风力机组装机容量的增加,电网出现故障导致电压跌落后,机组如果解列将会导致系统暂态不稳定、低电压穿越(LVRT)的问题逐渐引起人们的广泛关注。文章分析了云南雷应山风电场部分风机脱网事件产生原因,在此基础上提出了建立电网电压跌落时双馈异步机组(DFIG)的数学模型以及静止同步补偿器(STATCOM)应用于风电场的控制模型,并在Matlab/Simulink中对基于DFIG的风电场和STATCOM进行建模。研究结果表明,STATCOM在电网发生单相接地故障时能够帮助风电场快速的重建电压,确保风电机组连续运行。     

风电并网对电网失步振荡及解列措施的影响

为研究并网风电对电网失步振荡及解列措施的影响,基于并网风机对振荡中心影响的理论研究,在PSD-BPA机电暂态仿真软件中等效构建了典型两机系统模型,在典型两机系统模型中仿真分析了包含恒速异步(CSWT)、双馈变速(DFIG)和直驱同步(DDSG)等在内的风机类型,满出力和零出力两种极端风电出力变化方式以及高低电压保护和高低电压穿越两种风电电压穿越特性对电网失步振荡的影响。基于实际电网的仿真系统,以甘肃河西地区千万千瓦级风电基地为研究对象,研究了风电上述特性在西北实际电网中对失步振荡及解列措施的影响。典型两机系统及实际电网的结果表明:恒速异步风机会恶化系统振荡程度,对振荡中心分布的影响有限;出力方式的变化增加了系统失步的风险,对振荡中心分布的影响较小;不具备高低电压穿越特性的风电易在故障后脱网并加剧系统振荡,风电脱网后会导致系统出现新的振荡中心。     

综合能源交直流混联外送系统暂态过电压分析与快速估算

针对大容量直流和高比例新能源集中接入的交直流送端系统中，由于故障扰动引起的暂态过电压难以快速准确计算导致系统安全稳定运行的问题，提出综合能源交直流混联外送系统暂态过电压分析与快速估算方法。首先，建立风火打捆的送端系统等效模型，考虑储能系统接入后的交直流综合能源的调节特性，对故障后的暂态过电压进行修正。分析故障扰动下风电机组的有功功率和无功功率动态变化特性，给出暂态过电压的计算流程。然后，分析暂态过电压时变参数辨识方法，提出交直流系统暂态过电压快速估计方法。最后，以某地交直流送端系统数据建立仿真模型，仿真结果验证了所提方法在交直流送端系统暂态过电压的计算精度和收敛速度方面具有优越性。     

基于DSVPWM的PMSG并联型GS-NSC研究

为提高九开关变换器直流侧电压利用率,减少开关损耗,采用一种不连续空间矢量脉宽调制（DSVPWM）,同时将九开关变换器用于直驱式永磁同步风力发电机（PMSG）网侧构成并联型网侧九开关变换器（GS-NSC）。在对并联型GS-NSC控制策略、故障穿越方案进行理论分析的基础上,建立PMSG并联型GS-NSC仿真模型,设计多种电网电压故障工况对其进行仿真研究。结果表明,在电网电压正常工况下,并联型GS-NSC可维持电网电流的正弦波特性。在电网电压跌落工况下,并联型GS-NSC可向电网注入无功电流辅助电网电压的恢复,并通过提升并网电流幅值减少卸荷电路的功率损耗,降低PMSG散热负担。在电网电压骤升工况下,并联型GS-NSC可动态分配直流母线电压,避免因直流侧过压而导致PMSG退出运行。     

低运行工况下直驱风电场电流内环主导的次同步振荡特性研究

针对低运行工况下直驱风电场接入弱电网出现的次同步振荡(sub-synchronous oscillation,SSO)问题,搭建直驱风电场、汽轮发电机组联网线性化模型,基于特征值分析法,识别系统中存在的振荡模式,分析电网强度、电流内环控制参数和并网数量对SSO模式的影响.基于净阻尼分析法,分析直驱风电场与汽轮发电机组的...     

Multi-pole permanent magnet synchronous generator wind turbines' grid support capability in uninterrupted operation during grid faults

Emphasis in this paper is on the fault ride-through and grid support capabilities of multi-pole permanent magnet synchronous generator (PMSG) wind turbines with a full-scale frequency converter. These wind turbines are announced to be very attractive, especially for large offshore wind farms. A control strategy is presented, which enhances the fault ride-through and voltage support capability of such wind turbines during grid faults. Its design has special focus on power converters' protection and voltage control aspects. The performance of the presented control strategy is assessed and discussed by means of simulations with the use of a transmission power system generic model developed and delivered by the Danish Transmission System Operator Energinet.dk. The simulation results show how a PMSG wind farm equipped with an additional voltage control can help a nearby active stall wind farm to ride through a grid fault, without implementation of any additional ride-through control strategy in the active stall wind farm.     

传动链模型对风机低电压穿越能力的影响

电网电压跌落故障时风电机组应能保持与电网连接并向系统不间断供电,根据风电机组在暂态过程中的表现提出低电压穿越(LVRT)要求。考虑传动轴扭转柔性因素,应用等效质量法,建立了变速恒频风电系统传动链的一质量块等效模型和二质量块等效模型。当发生电网电压跌落故障时,对采用不同传动链模型的风电系统进行仿真比较及理论分析。     

基于二阶广义积分的风电系统电压跌落检测法

随着风力发电装机容量的不断增大,风电在电网中所占比重也越来越高,这就要求并网风电系统应具有低电压穿透能力。在电网电压发生跌落的情况下,为了使风电系统保持并网状态,对电网进行支撑并穿越故障,文章提出一种准确的、快速的电网故障电压检测方法——正序电压检测方法。该方法能在电网电压发生故障下做出快速的、精准的频率自适应响应。该电压检测系统包括正交信号发生器(QSG)、正序分量计算(PSC)和锁相环(PLL)3部分,系统中应用了二阶广义积分正交信号发生器。系统的输入为电网电压,输出为实时的相位角、正序电压分量和故障信号。通过对系统研究和仿真,表明该系统在电网发生故障时可有效地检测到故障信号。     

风电机组低电压穿越能力测试中的风机故障

近年来,我国风力发电装机容量不断增长,大规模风电并网对电网的影响日益受到重视。低电压穿越能力是风电机组并网特性的重要考核指标之一,该文详细分析了目前风电机组低电压穿越能力测试所依据的标准,就标准中对风电场及风电机组低电压穿越性能的具体要求进行了分项阐述,在此基础上总结了已开展的现场低电压穿越测试中风机发生的种种故障及其原因,证明了同样机型的风电机组测试性能存在差异,而且现场试验证实了风机零部件故障也成为影响风机低电压穿越性能重要因素。     

并网永磁直驱风电机组故障穿越能力仿真研究

随着电力电子器件成本下降,拥有全功率变换器的永磁直驱风机成为各国关注热点。风电场容量不断增大,要求风电机组具有故障穿越能力。本文以直驱同步风电发电机组为研究对象,利用matlab/simulink搭建了直驱同步风电机组的动态数学模型,对直驱同步风电机组故障穿越能力进行仿真研究,试验结果表明：在风电场接入点发生故障时,直驱同步风电机组具有故障穿越功能。尤其在电网发生电压跌落时,直驱风机能为系统提供一定的无功支撑。有效防止系统电压过多降落。提高了系统故障运行的稳定性。     

基于改进D-K聚类算法的直驱型风电场动态等值建模

研究永磁同步发电机(PMSG)的低电压穿越(LVRT)特性,提出一种基于改进D-K聚类算法的直驱型风电场等值建模方法。首先,根据风电场内各台PMSG卸荷电路的导通情况对风电场进行首次分群。其次,将卸荷电路未导通的PMSG故障期间的机端电压值作为分群指标,应用改进D-K聚类算法对风电场进行聚类等值。该算法解决了传统K-均值聚类算法k值需提前给定和依赖于初始聚类中心的问题。最后,以某实际风电场为例进行仿真分析,结果表明该等值模型与传统等值模型相比能更准确地反映直驱型风电场的动态和暂态运行特性。     

Applying power quality characteristics of wind turbines for assessing impact on voltage quality

Injection of wind power into an electric grid affects the voltage quality. As the voltage quality must be within certain limits to comply with utility requirements, the effect should be assessed prior to installation. To assess the effect, knowledge about the electrical characteristics of the wind turbines is needed or else the result could easily be an inappropriate design of the grid connection. The electrical characteristics of wind turbines are manufacturer‐specific but not site‐specific. This means that, having the actual parameter values for a specific wind turbine, the expected impact of the wind turbine type on voltage quality when deployed at a specific site, possibly as a group of wind turbines, can be calculated. The methodology for this is explained and illustrated by case studies considering a 5 × 750 kW wind farm on a 22 kV distribution feeder. The detailed analysis suggests that the wind farm capacity can be operated at the grid without causing unacceptable voltage quality. For comparison, a simplified design criterion is considered assuming that the wind farm is only allowed to cause a voltage increment of 1%. According to this criterion, only a very limited wind power capacity would be allowed. Measurements confirm, however, the suggestion of the detailed analysis, and it is concluded that a simplified design criterion such as the ‘1% rule’ should not be used for dimensioning the grid connection of wind farms. Rather, this article suggests a systematic approach including assessment of slow voltage variations, flicker, voltage dips and harmonics, possibly supported by more detailed analyses, e.g. system stability if the wind farm is large or the grid is very weak, and impact on grid frequency in systems where wind power covers a high fraction of the load, i.e. most relevant for isolated systems. Copyright © 2002 John Wiley & Sons, Ltd.     

风机并网对电能质量影响因子研究

为了给电网控制策略提供可靠的参考依据,对电网在接入风机后电能质量的变化进行了详尽的分析。风机作为电源同时也作为非线性负载接入配电网中使得电能质量的分析更加复杂。首先对国标中着重介绍的稳态电能质量：电压偏差,三相不平衡度,谐波以及电压波动进行理论介绍,然后在Matlab／Simulink上建立了配电系统与风机并网的模型,得到风机对电能质量不同方面的影响程度,最后采用先进电力电子设备为平稳电压电流输出提供一定的方法,并进行验证。研究结果表明,电力谐波和电压波动闪变是风机对电网的最主要的影响因素。