大规模风电并网对送端系统功角稳定的影响研究

随着我国风电能源的不断发展,大规模风电集中接入电网对送端系统暂态功角稳定的影响问题仍然不容忽视。以双馈型风电集中接入受端大系统为分析对象建立等效模型,并基于双馈风机的功角特性和暂态特性展开分析。首先,采用单端送电系统同步机的电磁功率解析表达式,通过分析风电等出力置换火电出力接入系统对电磁功率方程的影响推断出风电接入对同步机初始功角的影响。其次,通过负负荷接入与风电接入两种接入方式的对比分析了双馈风机在故障发生后有功功率和无功功率特性对同步机电磁功率方程的影响,并基于等面积定则(EAC)分析了双馈风机接入对系统暂态功角稳定性的影响。研究结果表明,风电等出力置换火电出力时同步机初始功角减小,暂态稳定性升高;双馈风机的有功功率和无功功率特性对系统暂态功角稳定性具有正向作用。最后,通过仿真验证了理论的正确性,并在实际电网中得到了验证。     

撬棒投入对双馈风机电磁功率暂态特性影响

风电的装机容量在电网中所占比例不断增加,其电磁功率特性会对系统的稳定性产生影响。本文研究了故障期间撬棒投入对双馈风机电磁功率暂态特性的影响。以双馈风机数学模型为基础,推导了双馈风机电磁功率的表达式,分析了影响双馈风机电磁功率的相关因素。从理论上分析了撬棒投入后,与电磁功率相关因素的暂态特性变化及其对电磁功率产生的影响,并与不投入撬棒情况进行了对比分析。通过理论分析和仿真表明,在故障期间,投入撬棒使得双馈风机电磁功率输出具有很大的波动性,不能简单认为保持不变,这也为含撬棒的双馈风机对电网暂态稳定性的影响研究提供了基础。     

风火电配置比例对风火打捆系统暂态稳定性的影响

从理论上分析了双馈风电机组和同步电机的暂态稳定性机理;基于同步电机和双馈风电机组动态数学模型,通过仿真分析研究了不同风火电配置比例对系统暂态稳定性的影响,仿真分析进一步验证了理论分析的结果;得出结论:在风火打捆外送系统中,双馈风电机组对系统暂态稳定性的影响取决于在发生故障时,双馈风电机组对同步电机电磁功率的作用;风火打捆外送时风火电配置比例对系统暂态稳定性的影响取决于系统发生故障时是否首摆失稳。     

考虑过渡电阻的风机并网对电力系统稳定性的影响

大规模双馈风电集中接入对电网中传统同步机组暂态功角稳定有重要影响。将双馈风电机组近似等效为恒功率源,基于等面积定则分析了不同故障时段双馈风机等容量替代同步机组时同步机组暂态功角的变化,考虑了不同三相接地故障过渡电阻对同步机组功率特性的影响,据此分析了风电场并网运行时对系统暂态稳定影响的机理。理论分析表明,当过渡电阻值较小时,双馈风机接入增强了系统暂态功角稳定性,当过渡电阻值较大时,可能降低了系统暂态功角稳定性,对风机并网产生不利影响。通过PSCAD/EMTDC仿真验证了所提观点的正确性。     

含双馈风机接入的电力系统送端暂态稳定性研究

针对高渗透率风电接入送端系统,基于静止无功补偿器的风机等值阻抗模型,研究双馈风机在接入不同容量比例、不同位置、不同接入方式下对系统送端功角稳定性的影响。推导了单端送电系统同步机电磁功率特性;修正了同步机的功角曲线,利用等面积定则得出系统故障时加速面积和减速面积的变化,以及使用新型等效模型在不同因素下对系统暂态稳定性的影响。最后通过仿真软件验证理论分析的正确性。结果表明,风机等容量替换同步机有利于系统暂态稳定,风电直接接入不利于系统暂态稳定,风机接入位置越靠近系统侧越稳定。新型等效模型增强了系统暂态稳定性。     

含DFIG风电场的电网稳定性分析

随着风电场容量在系统中所占比例的增加,新增大容量风力发电机组多数为双馈型风力发电机组。双馈风机的暂态特性给电网的潮流、功角带来影响,因此研究含双馈风机的电网稳定性具有重要意义。基于DFIG风电机组以及系统的动态模型,研究了风电机组接入后出力变化和风速变化对系统产生的影响,然后根据风电机组接入系统后的情况,研究了风电场不同接入容量和发生不同故障情况下对电网稳定性的影响。仿真结果表明,风电场接入不会影响电网小干扰稳定性,且在系统故障期间可为系统提供一定的无功支撑,改善电网暂态稳定性。     

风机有功控制对系统暂态功角第二摆稳定性影响机理

该文着重研究大规模集中并网的双馈风电基地故障后有功控制行为对系统暂态功角第二摆稳定性的影响机理。首先基于静态扩展等面积定则,对双馈感应式风机接入后系统的网络节点电压方程进行改进,构建适用于含风电多机系统暂态功角稳定性定量分析的等值单机无穷大系统模型;利用该模型对双馈风机与两台同步机互联的简化系统进行解析分析,分别给出风电并网系统暂态功角第二摆失稳的充分条件、必要条件,揭示出故障后风机有功出力低会降低第二摆稳定性;进一步分析风电并网系统中功角第二摆稳定性与第一摆稳定性的关系,从整体上揭示风机有功恢复速率变慢会使原本只会出现首摆失稳的系统发生第二摆失稳,并最终导致系统整体稳定性下降;最后对机理分析进行仿真验证。所做研究拓展了当前风电并网后只关注首摆失稳的暂态功角稳定性分析方法,为大规模风电集中并网电力系统暂态稳定控制提供理论指导。     

风火打捆系统暂态稳定性研究

针对风火打捆系统的暂态稳定性,研究了双馈风力发电机(以下简称双馈风机)的基本原理,分析了双馈风机的暂态特性、功率控制方式以及故障穿越过程中风机的故障行为,给出了双馈风机的等效外特性。基于等面积法则详细推导并分析了风火打捆系统的暂态稳定性。为了验证理论分析的正确性,在Matlab/Simulink当中构建风火打捆仿真系统。仿真结果表明,风火打捆后的同步机组的暂态稳定性较纯火电机组有所下降。     

针对风电外送基地的暂态切机决策模型

着重研究风电外送基地参与紧急控制的协调切机措施。在分析鼠笼型异步、双馈感应式以及永磁直驱同步风力发电机暂态特性的基础上,通过定义系统暂态能量切机控制效果指标与系统振荡恢复效果指标,分析不同风机切机措施对改变暂态过程首摆效果的差异性及造成系统阻尼变化进而对系统振荡恢复过程的影响,研究表明双馈感应式、永磁直驱同步风力发电机的切机控制效果基本相同,需要与鼠笼型异步风力发电机切机比例配合进行。提出了协调功角稳定及切机后系统振荡恢复过程的双目标非线性加权模糊切机模型,旨在给出切除不同风机的优化组合方案。仿真算例表明所提方案能兼顾改善系统首摆稳定及后续的恢复过程,对提高系统运行稳定性具有指导作用。     

含风电扩展单机无穷大系统不对称故障下的暂态稳定性分析

针对含双馈风力发电机(double-fed induction generator,DFIG)的扩展单机无穷大系统,分析不对称故障下,DFIG接入对系统暂态功角稳定性的影响。基于DFIG阻抗等值模型,依据等面积定则推导不对称故障下含双馈风电系统极限切除角的详细表达式,同时考虑风电比例、风机并网位置两种影响因素对含双馈风电系统极限切除角的影响,从而得到两种影响因素对系统暂态功角稳定性的影响,并分析该影响规律对不同双馈风机模型的适用性。在PSD-BPA中建立含DFIG的扩展单机无穷大系统的仿真模型,对理论分析的正确性进行了仿真验证。     

双馈风电机组故障行为及对电力系统暂态稳定性的影响

由于双馈风电机组具有不同于同步发电机的运行特性,且不同型号双馈风电机组在实现故障穿越时采用不同的控制策略,造成大规模风电并网的电力系统暂态稳定性发生变化。文中通过对双馈风电机组控制特点及故障行为的深入研究,指出双馈风电机组的故障行为由故障穿越运行控制策略决定,并给出其等效外特性。基于等面积定则定性分析了双馈风电机组接入单端送电系统后,其故障行为对系统暂态稳定性影响的机理。在理论分析基础上进行了时域仿真验证,仿真结果表明,故障期间减小双馈风电机组有功给定值、增加无功注入控制比例系数有利于系统的暂态功角稳定性,故障清除后有功恢复控制对系统的暂态功角稳定性影响不大,验证了所提理论分析的正确性。     

含双馈风电场电力系统暂态稳定性分析

随着风电装机容量的增长,风电场接入运行对电力系统稳定性的影响不容忽视。借助单机无穷大系统分析了双馈风电机组的自身稳定性,发现双馈感应发电机转子运动没有机电暂态失稳现象,但存在电磁暂态失稳现象;研究了双馈风电场与同步电机运行在典型接线方式下系统稳定性的差异和变化。仿真算例表明,由于双馈风电机组有功功率的快恢复特性,可能使含双馈风电场混合电力系统的暂态稳定水平显著降低。     

双馈风电机组故障穿越对系统暂态稳定的影响

在风电场中占较大比例的双馈风机由于具有不同于同步发电机的运行特性,使得如今风电的大规模接入对系统的暂态稳定造成了新的影响。文章介绍了传统电力系统的扩展等面积定则;推导出能够基于扩展等面积定则进行理论分析、且可以反映故障后风电机组功率控制对系统暂态稳定性影响机理的表达式;利用DIg SILENT/Power Factory对相关算例进行数字仿真验证,为今后制订风电机组故障穿越功率控制策略奠定基础。     

双馈风机机电暂态模型及规模化风光并网系统受扰特性

双馈风机是风力发电的主力机型之一,建立其机电暂态仿真模型,是研究规模化风电与电网交互作用的基础。首先依据风机有功功率和无功功率调节控制,以及风机与交流电网交互接口等不同功能划分,建立了双馈风机机电暂态仿真模型总体架构;详细解析了对应各功能的模型结构及关联关系,指明其特点和适用性。研究了风电场并网系统受扰功率特性,以及电压反馈控制、电压波动速率和波动幅度等因素对功率特性的影响。针对青海海西规模化风光新能源并网系统,提出利用风电场汇集线无功电源特性降低光伏低电压脱网威胁的措施,仿真结果验证了措施的有效性。     

计及风电附加频率控制作用的电力系统暂态稳定性分析

含附加频率控制的风电机组可响应电力系统的动态行为,同时也对系统的动态特性存在影响。首先基于惯性中心等效理论(center of inertia,COI),分析了大规模含附加频率控制系统双馈风电机组接入电网后,系统暂态特性的变化,并推导了惯性中心同步机转子运动方程;其次基于双馈风电机组自身运行特性,分析了其运行极限与运行模式对响应系统动态行为能力的影响;将上述分析结合得出含附加频率控制系统双馈风机对系统暂态稳定性影响的关键因素。最后在电力系统综合程序PSASP中,搭建接入双馈风机的IEEE-3机9节点电力系统模型,验证上述结论的正确性。     

不同 DFIG接入比的并网系统暂态稳定性分析∗

虽然风电在电力系统所占比重越来越大,但对风电接入比对电力系统的影响研究并不特别充分,因此通过分析双馈风力发电机的暂态特性来探究不同双馈风力发电机接入比对并网系统的暂态稳定性的影响.使用电力系统分 析仿真软件 (PSASP),并基于 PSASP中算例３６节点选择不同双馈风力发电机组接入比,探究其暂态稳定性,得出了不同接入比下对系统稳定性影响的结果.     

风机转子撬棒投切对电力系统暂态稳定性的影响

转子侧撬棒保护电路是双馈风机常用的低电压穿越措施,故障期间撬棒保护电路的投入和切除会产生冲击,对电网的暂态稳定性产生影响。将风电场的注入功率与等值系统的机械功率联系在一起,推导了故障期间风电场低电压穿越动作对等值系统机械功率的影响。基于拓展等面积准则,从理论上分析风电场低电压穿越动作对电力系统暂态稳定的影响原理,以加速能量作为评判撬棒对系统暂态稳定影响程度的指标,并进行了仿真分析。结果表明,风机撬棒动作主要影响电力系统的加速过程,两机模式下其影响程度与风机并网位置有关,越靠近功率输送端,撬棒动作越有利于暂态稳定。该研究可为低电压穿越方案的优化设计提供理论参考。     

基于风储协调控制的微电网平滑切换控制策略

微电网由并网运行模式转孤岛运行模式的平滑切换是微电网稳定运行研究的重要内容。为提高切换过程的暂态稳定性,针对风光储互补型微电网,在考虑有功功率缺额情况下,设计并提出了基于双馈感应风机有功功率综合控制模型的微电网平滑切换控制策略,利用风机和蓄电池的协调控制减小切换过程的暂态波动。该综合控制模型包括最大功率跟踪控制模块、虚拟惯性控制模块、转速恢复模块和转速保护模块。虚拟惯性控制和蓄电池的协调作用实现了微网运行模式的平滑切换,转速恢复模块和转速保护模块确保了双馈风机安全、稳定运行。基于DIg SILENT Power Factory软件搭建微网模型并进行仿真分析,验证了所提出控制策略的有效性。     

风力发电机运行特性分析研究

介绍了不同类型的风力发电机组的数学模型,采用PSASP软件,以WSCC3机9节点为例,分析了不同类型风电接入系统的暂态稳定性,通过仿真结果表明,对于小干扰稳定,风电接入后对系统的阻尼特性均有不同程度的改善;系统发生故障时,双馈风电机较直驱风电机的功率输出平滑,但双馈风电机的在电压恢复上更为有利。     

大规模风电集中接入对电力系统暂态功角稳定性的影响（一）：理论基础

该文作为2篇系列文章的第1篇,旨在从理论上分析双馈风机组成的大规模风电场集中接入对电力系统暂态功角稳定性的影响。首先,根据双馈风机的暂态特性,提出了一种适用于电力系统暂态功角稳定分析的双馈风机简化模型,并讨论了利用直流潮流计算方法研究风电接入前后系统暂态功角稳定变化趋势的合理性。其次,在双馈风机简化模型和直流潮流计算方法的基础上,利用扩展等面积定则分析了双馈风机接入两机系统后系统暂态功角稳定性的变化,提出一种判断风电接入对两机系统暂态功角稳定影响的判据。最后,在双机互联系统中进行仿真,结果表明,提出的判据具有较高的准确率。