直驱永磁风电机组虚拟惯量控制对系统小干扰稳定性影响分析

虚拟惯量控制方式下,直驱永磁风力发电机组(DDPMSG)能够为电力系统提供较好的频率支撑,但虚拟惯量控制使DDPMSG与系统之间产生了新的耦合关系,给系统的小干扰稳定带来新的影响。建立了包含DDPMSG的风电并网系统状态空间平均模型,并通过线性化得到其小信号模型。基于该小信号模型,利用特征分析法分析了虚拟惯量控制的比例系数和微分系数对风电并网系统的小干扰稳定性的影响,同时对比分析了虚拟惯量控制及最大功率跟踪控制对系统小干扰稳定的影响。结果表明虚拟惯量控制对系统阻尼特性的影响与DDPMSG接入系统的位置及容量有关,且主要影响其所接入区域的局部振荡模式和系统的区域振荡模式。     

直驱永磁风电机组虚拟惯量控制对系统小干扰 稳定性影响分析

虚拟惯量控制方式下,直驱永磁风力发电机组(DDPMSG)能够为电力系统提供较好的频率支撑,但虚拟惯量控制使DDPMSG与系统之间产生了新的耦合关系,给系统的小干扰稳定带来新的影响。建立了包含DDPMSG的风电并网系统状态空间平均模型,并通过线性化得到其小信号模型。基于该小信号模型,利用特征分析法分析了虚拟惯量控制的比例系数和微分系数对风电并网系统的小干扰稳定性的影响,同时对比分析了虚拟惯量控制及最大功率跟踪控制对系统小干扰稳定的影响。结果表明虚拟惯量控制对系统阻尼特性的影响与DDPMSG接入系统的位置及容量有关,且主要影响其所接入区域的局部振荡模式和系统的区域振荡模式。     

直驱风电接入后对电力系统小干扰稳定性影响分析

建立了永磁直驱同步风机数学模型,基于PSAT搭建了WSCC-3机9节点模型,并分析了该类型风机接入系统对系统小干扰稳定性的影响。通过分析可以得出结论,无论直驱同步风机接入什么位置,随着直驱同步风机出力增加,传统火电机组出力减少,系统各个振荡模式的阻尼比均增加,从而可以提高系统小干扰稳定性。     

直驱永磁风电机组的小干扰稳定性分析研究

在直驱永磁风电机组的数学模型基础上,推导了简单风电系统的小干扰稳定分析模型,利用特征值法分析了简单风电系统的小干扰稳定性、系统的振荡模态以及系统的阻尼特性。最后在Matlab／Simulink仿真平台上搭建了简单风电系统的模型,通过仿真对特征值分析法进行验证。分析表明本文的直驱永磁风电系统是小干扰稳定的。     

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。     

直驱永磁风电机组的改进附加惯性控制方法

风电并网容量的增加将导致系统惯性降低,不利于电网安全稳定运行。针对附加惯性控制与最大功率跟踪控制之间存在相互影响的问题,提出改进附加惯性控制方法。该控制方法不仅可以利用附加惯性控制的辅助功率对系统频率提供支撑,还可以根据系统频率变化调节转速,补偿最大功率跟踪控制的有功参考,从而避免了2种控制在动态调节过程中的相互影响,使得机组的输出功率更好地响应系统频率的变化。仿真分析验证了在改进的控制方法下,直驱永磁风电机组不仅减小了负荷扰动初期的频率变化率,还缩短了系统频率调节时间,调频效果得到改善。     

直驱同步风电机组并网动态稳定性仿真研究

以直驱同步风电发电机组为研究对象,在matlab/simulink环境下建立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接入系统的动态稳定性进行了仿真研究,试验结果表明：首先,直驱同步风电机组具有最大功率跟踪功能。其次,在电网发生故障时,直驱同步风电机组能为系统提供无功支撑。有效防止系统电压过多的降落。提高了系统故障运行的稳定性。     

虚拟惯量控制对直驱风电机组载荷影响的分析及评估

针对虚拟惯量控制诱发风电机组机械载荷的问题,开展虚拟惯量控制对采用直驱永磁同步发电机（D-PMSG）的风电机组载荷影响的理论分析和仿真评估研究。从叶片、塔筒等机械结构低阶模态出发,建立虚拟惯量控制下D-PMSG线性化多体动力学模型,并通过线性化多体动力学模型分析虚拟惯量控制对机组载荷的影响机理。采用软件联合建模方法,构建涵盖永磁同步电机及其控制、电网、机械和气动特性等的D-PMSG非线性机电耦合模型。依据冲击载荷最大值、最大变化幅度百分比及等值疲劳载荷等指标,通过所建立的非线性机电耦合模型仿真分析并量化评估虚拟惯量控制对机组冲击载荷和动态疲劳载荷的影响。结果表明,D-PMSG附加虚拟惯量控制后,电网侧频率突变会使得传动轴和塔底侧向出现显著冲击载荷,且其随虚拟惯量时间常数增大而增大,在湍流风运行工况下机组传动轴和塔底侧向等值疲劳载荷较无附加虚拟惯量控制均有所减小。     

风电并网对电力系统小干扰稳定性的影响综述

随着风电技术的发展,风电装机容量逐步增加,在电力系统中的渗透率随之提高,其对电力系统稳定性的影响越来越显著。在此背景下,针对风电并网对电力系统小干扰稳定性的影响,分别从负阻尼机制和强迫振荡机制低频振荡的角度对最新进展进行综述。介绍风电机组的类型、风电接纳的方式和小干扰稳定性相关概念,从不同方面分析指出不同类型风电机组并网对电力系统小干扰稳定性的影响及存在的问题。最后,总结风电并网对电力系统小干扰稳定性的影响,并指出有待进一步研究的问题。     

大规模风电外送对电力系统小干扰稳定性影响

推导了双馈机组用于小干扰稳定分析的数学模型,包括轴系模型、桨距角控制模型、双馈电机模型、转子侧及网侧变频器控制系统模型等。针对通辽外送型电网大规模风电接入,分析了风电接入后对系统振荡模式及阻尼特性的影响。通过对系统不同运行方式、相同运行方式下不同发电负荷水平以及传输风电和火电的特性对比分析等,系统研究了大规模风电外送对电力系统小干扰稳定的影响。研究表明,大规模风电接入后风电场不同的运行状态及出力水平会对系统的振荡及阻尼特性产生影响;系统不同的运行方式可能会使某些区域内振荡模式出现或消失,但这些模式的阻尼比一般较高,同时也会改变有大机群参与的区域间模式的振荡及阻尼特性。     

双馈风电机组锁相环动态主导的小干扰稳定极限

针对锁相环动态主导的并网双馈风电场小干扰稳定性问题,提出了一种双馈风电场小干扰失稳的判定方法。首先建立了单台双馈风机二阶线性化模型,其次根据单机等值模型将推导的二阶线性化模型推广至并网双馈风电场。最后依据劳斯-赫尔维茨定理（the Rausch-Hurwitz theorem）推导出锁相环动态主导的并网双馈风电场小干扰稳定极限,解释了风机有功出力、电网连接强度、锁相环控制参数及风机数量对锁相环动态主导的并网双馈风电场小干扰稳定的影响规律及内在机理。结果表明,有功出力增加、系统连接强度变弱及控制参数设置不当会对系统小干扰稳定性产生不利影响。以15台双馈风机构成的并网双馈风电场为例验证了所提小干扰稳定性极限的正确性和有效性,并且不需要建立风电场的全阶模型,减小了计算量。     

弱连接条件下锁相环动态主导的并网直驱风电场小干扰稳定性研究

该文对弱连接条件下锁相环动态主导的并网直驱风电场小干扰稳定性展开研究。为此,首先建立了由N台直驱风机所构成并网风电场的全阶线性化状态空间模型。为分析交流电网强度对风电场小干扰稳定性的影响,不考虑直驱风机动态特性的差异,基于对风电场状态空间矩阵的相似变换,将风电场全阶模型等效为N个由一台直驱风机并网构成、且相互独立的子系统。然后,仅保留锁相环和线路电流动态,建立等效子系统二阶特征方程,得到系统小干扰稳定的条件。基于此稳定条件,分析了弱连接条件下,锁相环动态主导的并网直驱风电场小干扰临界稳定条件以及失稳的成因与机理。结果表明,交流电网强度减弱、风电场网络结构改变以及锁相环积分控制系数K_i增大,均可导致锁相环动态主导的并网直驱风电场小干扰稳定性降低。最后,通过仿真算例,验证了所提方法的有效性和所得结论的正确性。     

永磁式直驱机组风电场对电力系统暂态稳定性的影响

研究了采用直驱风机的大规模风电场接入对电力系统暂态稳定性的影响。从理论上分析了直驱风机的变流器对风机特性影响的机理;基于直驱风机风场的数学模型,计算了故障后以故障临界切除时间表征的系统暂态稳定性;通过仿真计算,揭示了直驱风机和同步机对电网稳定性的影响,验证了理论分析结果。得出结论为直驱机组风电场的接入可能增强也可能削弱所接入系统的稳定性,主要取决于输出功率,但影响程度比同步机小。     

直驱风电机组虚拟同步发电机控制策略研究

介绍了直驱式风电机组的虚拟同步发电机实验系统及控制策略。风电机组的虚拟同步发电机功能要求机组有功功率响应于电网频率变化率及变化量,即虚拟惯量及一次调频。此处介绍了一种电力电子电网模拟实验系统。该系统能真实有效地模拟电网电压频率变化工况,虚拟同步发电机功能的实现对风电机组尤其是变流器的控制策略提出了更高要求,为此特别给出了风电机组的虚拟同步发电机功能控制实现方法。利用该实验系统在风电现场进行了并网测试,验证了该实验系统及风电机组控制策略的有效性。     

直驱式风电机组风电场动态等值

以并网点运行特性一致性为目标,提出了一种直驱式风电机组风电场的等值算法。该等值算法定义了能够反映全部直驱式风电机组运行特性的分群指标,利用聚类算法对直驱式风电机组进行分群;以等值机的风力机与单台风电机组风力机的功率转换特性不变为原则,对同群风电机组的风力机参数进行等值;以被等值的风电机组输出功率之和与等值机输出功率相等为原则对风电场集电线路进行了静态等值。仿真研究表明,等值前后风电场并网点的运行特性一致,等值算法能够更加准确地反映直驱式风电场的并网特性,具有重要的工程应用价值。     

考虑并网风电随机波动的电力系统小干扰概率稳定性分析

提出了一种在考虑并网风电随机波动时,进行电力系统小干扰概率稳定性计算的分析方法.根据并网风电随机波动的概率分布函数,计算其概率特征参数(阶距和半不变量),并据此计算电力系统关键特征值实部随机波动的概率特征参数(半不变量和中心距),按Gram-Charlier级数展开计算关键特征根实部随机变化量的概率分布函数,从而确定电力系统小干扰概率稳定性.该分析计算方法可以一次性确定并网风电影响下的电力系统小干扰概率稳定性.     

考虑频率安全约束及风电综合惯性控制的电力系统机组组合

随着风电渗透率上升,电力系统惯性响应和一次调频能力下降,频率安全问题凸显,有必要在机组日前发电计划安排中考虑频率安全约束。依据电力系统频率安全要求,提出了考虑频率跌落最低值的频率安全约束构造方法。同时引入风电综合惯性控制使风电机组参与一次调频,在此基础上建立了考虑频率安全约束及风电综合惯性控制的机组组合模型。运用M语言动态控制多机频率响应模型进行Simulink仿真,并将其嵌入到改进粒子群优化算法中迭代求解。含风电的IEEE39节点系统算例结果表明,所提模型和方法能有效提升系统频率响应能力,保证系统安全运行。     

一类含异步风电机组的电力系统小干扰区间稳定性分析

在采用了一套可综合计及风力机、轴系、异步发电机等几部分的动态特性在内的异步风电机组小干扰分析模型基础上,考虑到实际系统中各个参数是在一定范围内变化的不确定值,建立一类带有区间参数的含异步风电机组的电力系统小干扰区间模型。利用微分方程及区间动力系统相关理论,通过构造Lyapunov函数及矩阵不等式等工具,研究该含异步风电机组的电力系统小干扰区间模型的稳定性,证明了区间稳定定理。定理表明,通过系统运行参数的取值范围能够确定系统的区间稳定性。最后通过算例验证了结论的有效性。     

风电机组对电力系统暂态稳定性影响分析

风电机组作为环境友好型发电的最大来源在电网中的规模日益扩大,必将影响电力系统的稳定性。文章首先对比了恒速异步(CSWT),双馈变速(DFIG)及直驱同步(DDSG)等市场上广为应用的三种风电机组的结构,分析了各个机组的降阶数学模型;通过一款基于Matlab的电力系统分析工具箱PSAT研究了不同故障持续时间下的风电机组暂态稳定性和系统暂态稳定性,对三种机组及其系统的暂态稳定性进行了分析对比;最后讨论了风力发电机组参数对机组暂态稳定性的影响,得知,发电机参数Rr的增加和Xr、Xs的减小有利于恒速风电机组暂态稳定性的提高,Xm、Rs对机组暂态稳定性影响不明显。     

直驱永磁同步风电机组的动态建模与运行控制

为分析直驱式永磁同步风力发电机组的联网运行特性,建立了直驱式永磁同步风力发电机组联网运行的数学模型;构建以永磁同步发电机输出功率为反馈量、转速为控制对象的最大风能捕获发电控制模型,建立了单位功率因数、i_d=0为目标的两种无功功率控制模型;在PSCAD/EMTDC仿真平台上建立相应的仿真模型,对直驱式永磁同步风电机组联网运行进行仿真分析,对所建立的数学模型和控制方法的有效性进行了验证,对比分析了发电机侧变流器采用两种无功功率控制策略时的运行性能.