含双馈机组转子侧附加控制的风电场次同步振荡抑制方法

针对含双馈机组风电场通过串联补偿外送功率时产生的次同步振荡(sub-synchronous oscillations,SSO)问题,建立了包含两质量块轴系、d-q解耦控制回路等的详细模型。采用测试信号法绘制分析阻尼曲线。该曲线显示,串联补偿的加入改变了电气阻尼特性。如果控制器参数不合理,较低串补度下也有发生振荡的风险;随着串补度的加大,电气谐振点的负阻尼越大,对应于转子侧的电气谐振频率越低。当轴系参数耦合时会发生轴系扭振。针对双馈机组转子变换器控制回路的特点,在转子侧注入次同步电流,以激发次同步电磁转矩阻尼振荡,设计附加功率控制的次同步阻尼控制器(sub-synchronous damping controller,SSDC)对次同步振荡予以抑制,并给出了控制器参数的整定方法。时域仿真结果表明:采用该SSDC方案,能够有效抑制串补引发的风电场SSO问题。     

双馈风机串补输电系统次同步谐振影响因素及稳定区域分析

以华北地区某风电场双馈风机串补输电系统为原型,首先通过特征值灵敏度分析得到影响风机次同步谐振的主导因素。然后研究了对包含最大功率跟踪在内的风机全运行区域的稳定性,说明了各种主导因素变化对风机稳定性和安全运行区的影响。结果表明:在相同的条件下,串补度越高,次同步谐振风险越大,稳定区面积越小。风机转子侧变流器电流环比例系数对次同步谐振起负阻尼,若将该系数降低会对次同步起到一定的抑制作用,该系数越小,稳定区的面积越大。研究还发现:在一定条件下,降低风机台数会消除次同步谐振风险并且谐振频率随着风机台数的变化而变化。在此基础上,给出了风机参数设置和风电场安全稳定运行建议。     

双馈风电机组静止坐标系下阻抗建模及次同步谐振抑制策略

为清楚分析双馈风力串补系统次同步谐振发生机理,建立了双馈风电机组静止坐标系下的阻抗模型。首先,将双馈风电机组同步旋转坐标系下阻抗模型转换为复矢量形式,通过频率变换得到其在两相静止坐标系下的频域阻抗模型。基于阻抗模型所代表的物理意义,采用等效RLC串联电路,分析了控制器参数及电网参数对并网系统等效阻抗及谐振频率的影响。分别从增大次同步频段阻尼和降低系统发生次同步谐振频率的角度出发,在转子侧控制器中同时引入了附加阻尼和虚拟感抗控制,分析表明该方法能有效地抑制次同步谐振。最后,通过仿真验证了所建模型及理论分析的正确性。     

基于变流器改进控制的双馈风电机组SSO抑制方法

针对双馈风电机组经串联补偿电网运行时发生的次同步振荡问题,建立了双馈风电机组统一导纳模型,并根据变流器控制特点,进一步研究了抑制次同步振荡的策略。基于d-q坐标系下双馈风电机组统一导纳模型,利用广义奈奎斯特判据分析了双馈风电串补输电系统次同步振荡的主要影响因素,研究了在转子侧变流器上采用定子电流扰动反馈,在网侧变流器上利用网侧变流器电流扰动反馈的附加阻尼控制策略。比较分析了在转子侧变流器和网侧变流器上同时附加阻尼控制对次同步振荡的抑制效果,结果表明同时附加阻尼控制在串补度较高的情况下也能抑制次同步振荡。最后,通过仿真验证了所建模型及理论分析的正确性。     

基于双馈风机的次同步阻尼控制器设计

针对双馈风机串补并网系统的次同步振荡现象以及现有的次同步振荡抑制措施由于缺乏对振荡机理的研究而物理意义不明确等问题,在PSCAD/EMTDC软件中搭建双馈风机串补并网系统的模型,分析次同步振荡的机理,并基于次同步振荡的机理分别在转子侧和定子侧设计一种新的附加阻尼控制器,通过带通滤波、带阻滤波以及移相环节,以达到抑制次同步振荡的效果。仿真结果表明:两种附加阻尼控制器在不同的运行工况下都能使系统快速稳定,并且转子侧附加阻尼控制器的性能略优于网侧的附加阻尼控制器。     

双馈风电场串补送出系统次同步振荡及参数调整分析

针对双馈风电场经串补送出系统存在次同步振荡(sub-synchronous oscillation，SSO)问题，基于三相静止坐标系建立了考虑PLL的双馈风机正负序阻抗模型，并从带宽角度分析了转子侧变流器外环控制对阻抗特性的影响，对理论推导阻抗特性和频率扫描结果进行了对比验证；然后，分析双馈风电机组网侧变流器对风机总阻抗的影响；最后，基于奈奎斯特稳定判据定量分析了风机出力、电流环控制器控制参数、系统串补度以及风机台数等因素对送出系统稳定性及振荡频率、振荡风险大小的影响，并提出了抑制次同步振荡的参数调整措施，可以通过调整风机出力、减少并网风机台数、减小线路串补度、调节RSC电流环参数等措施来抑制SSO风险。     

双馈风电场的次同步振荡分析与抑制

针对现有的风电串补系统次同步振荡的抑制措施缺乏对次同步振荡的机理研究以及参数的动态优化,物理意义大都不太明确且抑制效果受到了很大的局限性,本文建立了双馈风机串补并网系统的模型,通过数学推导详细分析了风机次同步振荡的机理并通过时域仿真分析了次同步振荡的影响因素。在此基础上,通过在转子侧附加基于遗传粒子群算法进行参数寻优的改进阻尼控制器抑制双馈风机串补并网的次同步振荡。时域仿真结果表明:与固定参数的抑制方法相比,此方法对风电串补系统的次同步振荡抑制效果更好。     

计及网络谐振结构的双馈风电场次同步振荡问题分析及抑制

针对双馈风电场经串补送出时的振荡问题,致力于从电力网络谐振的角度分析其振荡机理,并提出相关抑制措施。首先结合双馈风机的基本结构,对其交流侧受扰动时的响应特性进行了分析,建立起双馈风机的端口阻抗模型。在此基础上,采用s域节点导纳矩阵法分析了不同运行工况下双馈风电场经串补送出系统的网络谐振结构,并确定了不稳定谐振模式的主要影响区域。最后,针对最不稳定的谐振模式提出了基于旁路阻尼滤波器的谐振抑制措施,并通过电磁暂态仿真对其有效性进行了验证。算例分析表明,在高串补度、低运行转速下,系统在次同步频段内确实存在一定的谐振风险;通过合理设计旁路阻尼滤波器参数,可以有效提高系统的谐振稳定性。     

基于双馈风机转子侧变流器的次同步谐振抑制方法

从双馈风机产生次同步谐振的机理出发,当双馈风机转速变化时,其电磁转矩变化量可以分为转子转矩变化量和定子转矩变化量两部分。基于双馈风机转子侧变流器,提出一种新的抑制次同步谐振的附加阻尼控制策略。通过在转子侧变流器控制策略中引入附加控制,产生一个与转速反相的附加转矩,为系统提出正阻尼。然后,利用PSCAD/EMTDC对所提出的附加阻尼控制策略进行仿真验证。结果表明,通过对转子侧变流器进行附加阻尼控制后,可以有效抑制次同步谐振的发生。     

基于模式阻尼法的风火打捆系统次同步扭振分析

针对风电机组风火打捆系统的次同步振荡问题,以双馈风电场接入火电机组串补系统为研究对象,在双馈风电场不引发次同步振荡的情况下,基于模式阻尼法定量分析不同控制参数、运行工况、并网机组数量的双馈风电场接入前后火电机组轴系扭振作用。研究结果显示双馈风电场的接入使得火电机组各轴系扭振模式的衰减系数均减小,有利于缓解火电机组的轴系扭振。构建EMTDC/PSCAD仿真算例系统,检验了理论分析结果的确切性。     

基于自抗扰控制的双馈风机次同步控制相互作用抑制策略研究

双馈风电场经串补输电系统存在换流器控制与串联电容之间的次同步振荡问题,即次同步控制相互作用,其振荡特性受系统运行工况的影响。当系统运行工况变化时,现有抑制措施可能不再适用。为解决该问题,从双馈风机发生次同步控制相互作用的机理出发,提出一种基于自抗扰控制的双馈风机抑制策略:用自抗扰控制器替换转子侧有功内环比例积分控制环节,利用扩张状态观测器对系统次同步扰动进行实时估计并反馈补偿,从而有效抑制次同步控制相互作用。在PSCAD/EMTDC中搭建基于某实际风电场的仿真模型,分析该控制策略的运行特性。通过与比例积分控制对比,验证自抗扰控制具有良好的暂稳态运行特性;通过与现有附加阻尼控制对比,表明自抗扰控制可以实现风电场不同运行工况下次同步控制相互作用的有效抑制;该方法参数整定简单,具有较强的鲁棒性。     

风火打捆经直流送出的次同步振荡分析与抑制措施

传统火电机组与直流输电控制器相互作用会产生次同步振荡,大规模双馈风电机组接入对这种振荡产生的影响有待深入研究。本文建立了风火打捆经直流送出的典型模型,并对风火打捆经直流送出系统次同步振荡机理进行了分析,结果表明双馈风机接入能够缓解直流输电引起的火电机组次同步振荡,且风火打捆比例越高效果越好。分析了风机变频器特性与系统运行工况对火电机组次同步振荡的影响,结果表明,风机转子侧变频器内环增益系数增大、内环积分时间常数减小、直流输送功率上升、送端交流系统减弱、直流输电整流侧控制器积分时间常数减小、换流器触发角增大,会引起火电机组振荡加剧。对工程应用较多的直流附加宽带通式次同步阻尼控制器(SSDC)在风火打捆经直流送出系统中的适用性进行分析与验证,结果表明,宽带通式SSDC仍具有抑制效果。     

考虑位置因素的风电次同步谐振阻尼特性与风机台数关系机理研究

针对双馈风机接入串补系统引发的次同步谐振(Sub-synchronous resonance,SSR)问题,现有文献多研究单台风机经串补线路送出系统的次同步谐振特性,鲜有文献考虑系统次同步谐振特性与风机台数之间的关系。文章利用阻抗分析法,建立了风电-串补系统小信号阻抗模型,针对单一位置风场和不同位置风场,分别建立其风电-串补输电系统模型,利用阻抗稳定条件研究了2种情况下风电-串补系统次同步谐振阻尼特性与风机台数之间的关系。研究表明,对于单一位置风场,风电-串补系统的次同步谐振阻尼特性与风机台数之间既有可能为单调关系,也有可能为非线性关系;对于不同位置风场,风电-串补系统的次同步谐振阻尼特性与远近端风场风机台数的关系并不一致,远端风场风机台数增加,系统的次同步谐振阻尼特性逐渐改善;近端风场风机台数增加,系统的次同步谐振阻尼特性逐渐恶化,并利用RT-LAB仿真验证了分析的正确性。     

双馈风电场经柔直并网系统次同步振荡机理及特性分析

双馈风电场经柔直接入交流电网可能成为未来"三北"地区大规模风电外送的输电方式。但是双馈风机与柔直系统之间的相互作用存在引发次同步振荡的风险。为此,该文在建立双馈风电场经柔直接入交流电网的系统等值模型的基础上,通过阻抗法分析次同步振荡产生的机理;研究风电场并网机组台数、风速、负荷等因素对次同步振荡特性的影响;同时引入变流器控制器参数的灵敏度指标,分析各控制器参数对系统虚拟阻抗的影响。结果表明,特定运行条件易引发系统的次同步振荡,双馈风电机组在次同步振荡频率上表现出"负电阻、感性电抗"性质,与柔直风场侧变流器("正电阻、容性电抗")构成等效的负电阻谐振电路,并因负阻尼效应引起系统的次同步振荡;最后仿真验证理论分析的正确性。     

风电场次同步谐振分析与抑制研究

大规模风电场并网运行,采用串联补偿能够提高输送容量,但是有潜在的引起次同步谐振(subsynchronous oscillation,SSO)的风险。首先构造双馈风电场的模型,采用特征值分析法研究串补度与系统稳定性的关系,并在PSCAD/EMTDC仿真软件上进行验证。为了抑制高串补度引起的感应发电机效应,采用GCSC附加阻尼控制器进行抑制。根据不同抑制效果选择最理想的附加阻尼输入信号。     

双馈风机次同步相互作用研究

分析了产生谐振的条件及机理.根据某风电场提供的实际参数,利用PSCAD建立1.25 MW双馈风力发电机模型用于次同步振荡分析,采用时域仿真分析了系统的次同步谐振频率随串补度的变化及其对双馈风机电流和功率的影响.通过对比某风电场脱网故障时的录波监测数据,验证了风电机组次同步振荡分析模型的准确性,为风电机组的次同步振荡控制提供了分析基础.     

双馈风机?串补输电系统次同步谐振的附加阻尼控制

双馈风机-串补输电系统存在次同步谐振的风险。为解决该问题,首先通过对风电串补输电系统建模,推导了风电串补输电系统的传递函数。然后通过对传递函数的分析,提出了附加阻尼控制方法。附加阻尼控制信号跟踪次同步电流的变化,修正相应输出电压,使得在次同步频率下变流器呈现正电阻,从而有效抑制谐振发生。采用次同步电流附加阻尼控制避免了基于多重旋转坐标系分频同步方法。该策略不影响原有控制器特性,且同步频率下的阻尼可调,因此可以有效抑制次同步谐振。通过算例仿真分析证明了所提出附加阻尼控制的合理性和正确性,该方法具有计算简单、便于实现等优点。     

双馈风电场并网次同步振荡分析与抑制方法研究

针对风电场引发的次同步振荡问题,研究了产生机理,并提出了抑制方法.建立了双馈风电场经串补线路并网的小信号模型,基于特征值分析法和相关因子对振荡模态和机理进行分析.结果表明,线路串补度过高是引起次同步振荡的主要原因.提出采用避开谐振点、提高电气阻尼的方法抑制次同步振荡.     

考虑励磁的DFIG静止坐标系输入阻抗的频域建模与时变特性研究

双馈风力串补输电系统的次同步谐振呈现频率时变特性,机理虽已有研究但尚需进一步阐释。双馈风机静止坐标系输入阻抗模型可物理意义明确地解释该现象,但已有模型并未考虑励磁。为此,利用小信号分析和谐波线性化法,在定子侧三相静止坐标系下,考虑励磁并计及扰动相序,采取逐层增加考虑因素的方法,该文建立考虑转子电流控制器和锁相环的双馈风机输入阻抗频域模型,给出阻抗的解析公式和等效电路拓扑,并解释锁相环作用的物理意义。从阻抗角度引入双馈风力串补输电系统的稳定判据,在分析输入阻抗及系统稳定性的影响因素后,研究并讨论双馈风机输入阻抗的时变特性,进而阐明双馈风力串补输电系统的次同步谐振频率时变的物理机制。PSCAD平台上搭建的双馈风力串补输电系统仿真验证了所建模型及衍生结论的正确性。     

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。