含静止无功发生器的直驱风电并网系统稳定性分析及振荡抑制策略

风电并网系统稳定性分析及振荡抑制策略大多集中于风电场本身,针对含静止无功发生器(SVG)的直驱风电并网系统研究较少。基于特征值灵敏度筛选出对含SVG的直驱风电并网系统稳定性较显著的控制通道,然后基于独立通道分析设计理论将并网系统由多输入多输出耦合系统等效拆分为多个单输入单输出控制通道,在定性分析并网系统稳定性的同时定量评估不同控制通道间的交互作用程度。为抑制控制通道间的交互作用,提出了基于H∞鲁棒控制的次同步振荡抑制策略。通过电磁暂态仿真,验证了基于独立通道分析设计理论分析并网系统稳定性的正确性以及基于H∞鲁棒控制的次同步振荡抑制策略的有效性。     

双馈风电机组与静止无功发生器交互作用原理及系统振荡特性研究

大量基于电力电子设备的非同步电源和无功补偿装置接入形成了新型电力系统,使得集群风电与电网之间以及与邻近电力电子驱动设备之间的交互作用十分复杂,电力系统的故障运行特性可能发生改变,从而给电网的安全稳定运行带来多方面的挑战。通过对系统扰动在双馈风电机组和静止无功发生器内传导过程的理论分析,分别给出了其动态响应特性,推导了双馈风电机组与静止无功发生器在系统扰动下相互激励的表现形式,分析了双馈风电机组与静止无功发生器之间交互作用对双馈风电机组转子侧变流器控制参数和静止无功发生器控制参数的敏感性,并给出双馈风电并网系统的振荡特性。最后,通过时域仿真验证了上述理论分析的正确性。     

直驱风机风电场与交流电网相互作用引发次同步振荡的机理与特性分析

近年来,国内许多地区的直驱风机风电场在附近电网没有串补的情况下出现了持续的次同步频率范围的功率振荡。为深入研究该问题,该文建立典型直驱风机风电场接入交流电网的等值系统模型,通过电磁暂态仿真、阻抗模型和小信号分析研究次同步振荡产生的机理;分析接入交流电网强弱、风机出力、并网风机台数、风机控制参数及动态无功补偿设备对振荡特性的影响;结果表明,多台直驱风机通过弱交流系统并网时会出现次同步振荡模态,直驱风机在该振荡模态频率上表现为"具有小值负电阻的容性阻抗",与交流电网的电感构成谐振回路,并因负电阻效应而导致危险的功率振荡现象。最后,讨论了这种次同步振荡问题的潜在危害及其防范措施。     

SVG与直驱风机间的次同步相互作用特性分析

近年来,新能源并网系统的次同步振荡问题日益凸显,我国许多地区的直驱风电并网系统出现了次同步频率下的功率振荡。目前风电场基本均装设了SVG等无功补偿装置来改善风电场的电压稳定问题,而SVG装置与直驱风电在次同步频段下的相互作用尚未明确。该文采用模态分析法,研究考虑SVG与直驱风机间相互作用的并网系统次同步振荡问题。首先,根据直驱风机和SVG装置的数学模型推导了其小信号分析模型。基于该模型,计算系统根轨迹,研究了控制参数和运行参数对次同步振荡模态特性的影响。同时利用模态的参与因子观察并网系统中装置间的耦合作用特性,最后利用电磁暂态仿真验证了模态分析结果的正确性。结果表明SVG的并入会影响风机并网系统稳定性,装置间存在次同步相互作用。     

基于非光滑分叉的直驱风机次同步振荡机理分析

新能源大规模并网引发的振荡问题近来得到广泛关注。目前,忽略变流器的限幅等非线性特性,在稳态工作点附近线性化得到的小信号模型是研究上述振荡问题的主流方法。然而,在某些条件下,变流器中的限幅环节对振荡特性的影响不可忽视。结合相图分析方法,揭示直驱风机次同步频段振荡的数学机理之一是与限幅相关的非光滑分叉。首先,介绍了与限幅环节有关的非线性非光滑分叉理论。其次,介绍了直驱风机并网系统的限幅环节及其和限幅相关的次同步频段振荡现象。再次,分析了不同限幅环节对次同步频段振荡特性的影响,揭示了定子直流电压限幅环节饱和是导致系统振荡的原因。进一步,分析了短路比对系统振荡特性的影响,揭示了参数变化导致的非光滑分叉现象。最后,分析了交流故障持续时间、接地电阻对振荡的影响,揭示了初值导致的非光滑分叉现象。分析表明,直驱风机并网系统在故障清除后产生的次同步频段振荡,是在足够大的故障冲击下多个限幅环节共同作用产生的,数学上,也对应着相应的动力学系统发生非光滑分叉。     

静止无功补偿器对发电机组次同步振荡特性的影响

采用基于时域仿真实现的复转矩系数法，对与静止无功补偿器SVC相联接的同步发电机组的次同步振荡特性进行了较深入地研究。研究过程中，以IEEE次同步谐振第一标准测试系统和TCR TSC型SVC为对象，通过改变测试系统和SVC的某些重要参数，分析发电机组电气阻尼的变化情况，得出了一些重要结果。     

SVG对直驱风电场次同步振荡特性影响分析

针对静止无功发生器(static var generator, SVG)接入弱交流电网诱发直驱风电场次同步振荡(sub-synchronous oscillation, SSO)的现象,构建含SVG直驱风电联网系统线性化模型,基于特征值分析法,研究SVG控制参数、电网强度对系统稳定性及SSO特性的影响规律。研究结果表明,弱电网条件下,SVG电流内环控制是诱发直驱风电场联网系统SSO的主导环节;SSO的振荡幅值和频率与SVG控制器的电流内环比例、积分系数及电网强度多个因素相关。最后,通过PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真和时频分析验证理论分析的有效性。     

基于移相变压器的直驱风机次同步振荡抑制

针对直驱风机接入弱交流电网引发严重的次同步振荡问题,建立了并网系统的小信号模型.首先,利用特征值分析法得出系统的次同步振荡模态,通过参与因子分析揭示了直驱风机接入弱交流电网的次同步振荡机理;然后,在分析移相变压器应用原理的基础上,提出了基于移相变压器可实现直驱风机并网系统负电阻补偿的次同步振荡抑制方法;最后,在Matl...     

直驱风机对火电机组次同步振荡的影响及抑制方法

风火打捆系统中,风电机组的并网使得火电机组的次同步振荡情况变得更为复杂。基于IEEE第一标准模型搭建了风火打捆经串补外送系统,推导了直驱风机输出功率与火电机组次同步阻尼的关系,分析了其对火电机组次同步振荡的影响机理,并通过PSCAD平台结合复转矩系数法和时域仿真分析进行验证。基于此机理,提出了一种在直驱风机的网侧变流器控制系统无功外环处附加阻尼控制的抑制方法,并对其关键参数的优化设计方法进行了分析,时域仿真结果表明所提出的附加阻尼控制可以有效抑制火电机组的次同步振荡。     

直驱永磁同步风电机组次同步振荡建模与分析

为了研究直驱永磁同步风电机组(DDPMSG)次同步振荡问题,建立了完整的风电系统动态数学模型。采用特征值分析方法全面分析了全功率变换器控制器参数对系统振荡模式的影响:将风电系统动态模型在稳定工作点线性化后得到系统的系数矩阵,计算出系统的振荡模式;由于控制器参数个数众多,为了简化分析过程,通过计算参与因子筛选出与系统振荡模式关联度高的控制器参数,在此基础上进一步分析这些控制器参数对系统振荡模式稳定性的影响。分析和仿真结果表明:转速调节器比例系数较小,则易引起轴系扭振;直流电压调节器积分系数过大,则易引起网侧功率的次同步振荡。     

直驱风电场与LCC-HVDC次同步交互作用的扰动传递路径及阻尼特性分析

当直驱风电场距离电网换相型高压直流输电(line-commutated-converter based high voltage direct current,LCC-HVDC)的整流站较近时,两者间的次同步交互作用机理及特性尚不明确,现有分析方法难以揭示扰动传递过程及子系统间的耦合关系。针对上述问题,该文首先建立直驱风电场经LCC-HVDC送出系统的线性化模型,并基于系统闭环互联传递函数框图揭示次同步频率扰动在直驱风电场与LCC-HVDC之间的传递路径。然后,通过阻尼重构分离出次同步交互作用对次同步振荡(sub-synchronous oscillation,SSO)模式阻尼的影响,并分析控制器参数对SSO模式阻尼的影响。结果表明,直驱风电机组直流电容主导的SSO模式存在不稳定风险;直驱风电场与LCC-HVDC之间的扰动传递路径呈现"8"字型耦合关系,导致两者间存在次同步交互作用;直驱风电机组外环、LCC-HVDC定电流控制器的比例系数增大或积分系数减小时,SSO模式阻尼增大。     

直驱风电场经柔直并网诱发的次同步振荡特性

直驱风电场与柔直换流站构成的电力电子化输电系统可能存在次同步振荡的风险。为抑制该类振荡,该文采用小干扰建模方法,建立考虑MMC内部动态过程、锁相环动态过程的整体线性化数学模型。基于根轨迹方法,分析有功功率、控制器参数、等效电阻对系统稳定性的影响,并给出次同步振荡模态的主导参与变量和参与因子。结果表明,次同步振荡特征根主要与MMC和风电场的q轴参数有关,适当增加线路电阻能提高系统的稳定性。在此结论的基础上,提出在MMC外环控制器中加入串联虚拟电阻的阻尼控制策略,研究阻尼控制器参数对系统稳定性的影响,并给出参数的稳定域,电磁暂态仿真验证该文建模和阻尼控制策略的正确性。     

基于输入导纳的直驱风电次同步振荡机理与特性分析

近年来新能源发电并网系统中多次发生了次同步振荡问题,其中直驱风电并网系统出现了新型的次同步振荡问题,迫切需要开展这种次同步振荡机理研究。该文基于同步参考坐标系,推导了直驱风机动态模型和输入导纳模型,分析了输入导纳实部及虚部(电导及电纳)的频率特性,提出了直驱风机网侧输入导纳在次同步频率范围的负电导特性是次同步振荡的重要表现形式,进一步分析了前置滤波、电流内环、直流电压外环及锁相环控制参数和接入系统强度对负电导特性影响;最后,采用传递函数的极点分析和时域仿真验证了所提出机理的正确性。     

直驱风电机组全运行区域的次同步振荡特性分析

针对直驱风电机组(direct-drive permanent magnet synchronous generator,D-PMSG)并入弱交流电网的次同步振荡(subsynchronous oscillation,SSO)问题,现有研究多是在风机处于最大功率跟踪运行区域的情况下进行分析,未考虑恒输出功率等运行区域。建立了D-PMSG并入弱交流电网的小信号模型,进而采用特征值法对全运行区域下不同风速、不同输出功率时的次同步振荡特性进行分析,并建立了D-PMSG并入弱交流电网的PSCAD/EMTDC时域仿真模型,验证理论分析结果的正确性。结果表明:在最大功率跟踪运行区域,风速增大且输出功率为最大值时,次同步振荡阻尼增大;在恒输出功率运行区域,输出功率一定,风速增大,次同步振荡阻尼和频率基本不变;在全运行区域,相同风速下,输出功率越小,阻尼越小;在实际运行中,若电网限制D-PMSG的输出功率,降低系统的输出功率更适合采用切机措施,使得系统在发生次同步振荡现象时有更大的阻尼。     

多直驱风机经VSC-HVDC并网系统场内/场网次同步振荡特性分析

针对多直驱永磁风机(direct-drive permanent magnetic synchronousgenerators, D-PMSGs)经柔性直流(voltage sourceconverterbasedhighvoltagedirectcurrent,VSC-HVDC)输电并网引发的次同步振荡(sub-synchronous oscillation,SSO)问题,建立D-PMSGs经VSC-HVDC并网系统的动态模型,通过特征值分析研究系统中存在的SSO模式及相关参与因子。结果表明,系统中存在由风电场内风机之间相互作用产生的场内SSO_1模式,以及风电场与外部柔直电网相互作用产生的场网SSO_2模式。其中SSO_1模式主要受D-PMSGs网侧换流器定直流电压控制环节的影响,SSO_2模式主要受D-PMSGs网侧换流器定直流电压控制环节和VSC-HVDC送端整流器定d轴交流电压控制环节的影响。因此,SSO_1模式和SSO_2模式之间对于D-PMSG参数的变化存在阻尼耦合。进一步分析了D-PMSG参数变化对2种SSO特性的影响,表明阻尼耦合的影响趋同。在PSCAD/EMTDC中搭建D-PMSGs经VSC-HVDC并网系统的时域仿真模型,验证了理论分析结果的正确性。     

基于一阶LADRC控制的直驱风机次同步振荡抑制策略

针对直驱式风电机组接入弱交流电网诱发次同步振荡 (subsynchronous oscillation, SSO) 问题,提出一阶线性自抗扰控制(linear active disturbance rejection control, LADRC)策略抑制该现象,从而提高系统稳定性。首先,建立直驱式风电机组的并网数学模型,分析次同步振荡频率扰动分量的传播机理;然后,进行一阶LADRC电流内环控制器设计以及参数优化整定,分析表明：控制器对于次同步频率扰动分量有较强的抑制作用。最后,基于PSCAD/EMTDC仿真软件,建立传统PI和一阶LADRC控制的直驱式风电机组电磁暂态仿真模型。结果表明：所提方法能够阻断次同步频率扰动分量传播,有效抑制SSO。     

用于次同步振荡分析的直驱风电场等值模型

实际风电场具有风电场数量多、运行工况呈分散性等特点,对风电场进行恰当的等值建模具有实际工程意义。针对由电流内环主导的直驱风电场次同步振荡的等值建模问题,参考同步发电机组建模研究工作,结合K-means分群方法与相似变换原理建立多机并联直驱风电场主导振荡特性保持的等值模型。通过改变电流内环控制参数,对比分析详细模型（考虑风机并网台数,集电线路差异）与等值模型振荡特性差异。研究结果表明:基于相似变换原理搭建的直驱风电场等值模型可以准确反映系统主导振荡特性,有效降低模型阶数,提高仿真速度。     

大规模直驱风电场次同步振荡的影响因素分析

针对哈密地区大规模风电场在无串补情况下发生的次同步振荡现象。文中在PSCAD/EMTDC软件上搭建了多机直驱风电场无串补输电系统模型,结合特征值分析法研究了风速、网侧控制器参数、风电汇集点短路比和火电机组出力对次同步振荡特性的影响,并进行仿真验证。结果表明:无串补情况下,风电场在各风段均有可能发生次同步振荡,风速小,振荡频率高,风速大,振荡频率低。网侧控制器比例增益越大,振荡频率越小,积分增益越大,振荡频率越大。短路比越小,系统发生次同步振荡的可能性越大。低功率运行时,火电机组出力在50%～80%范围内,系统发生次同步振荡的可能性最大。     

直驱风机网侧换流器引发次/超同步振荡机理研究

针对实际电网发生的直驱风机引起的次/超同步振荡现象,以典型的单机并网模型为例进行研究。考虑锁相环的动态特性,在电网dq坐标系下建立直驱风机等效控制模型。分析网侧换流器对电网谐波的响应过程,发现当换流器输入输出谐波间相位满足一定关系时,会因为正反馈在某一频率下产生次/超同步振荡。振荡强度和振荡频率与锁相环比例和积分系数、电流内环比例系数及电网强度等多个因素相关。基于该相位关系,给出直驱风机引发次/超同步振荡的判据,并由该判据可以获得直驱风机引发次/超同步振荡的频率,时域仿真及频谱分析结果验证了该判据的有效性。