基于机电回路相关比灵敏度的DFIG并网系统机电模式抑制

机电模式(EOM)是与同步发电机(SG)机械暂态强相关的振荡模式,对SG轴系和电网稳定影响较大.为了抑制EOM,可以调节SG出力以减小机电回路相关比(ρ),但需要以灵敏度为依据.双馈感应风电机组(DFIG)并网后,需要联立SG和DFIG以建立系统状态矩阵,增加了抑制EOM的难度.针对DFIG并网电力系统,筛选出EOM.将ρ对控制参数的灵敏度,展开为对参与因子的灵敏度.考虑参与因子由特征向量组成,补充后者幅值和相位约束,得到特征向量灵敏度的唯一解.考虑SG出力间接影响节点电压和特征值,引入潮流雅可比矩阵的逆,建立特征值和特征向量对SG出力的灵敏度.最终首次提出ρ对SG出力灵敏度的解析表达.结果 验证了所提灵敏度的准确性.调节SG出力后,危险机电模式19,20的ρ减小约13％,验证了所提算法对EOM的抑制效果.     

基于无功优化的DFIG并网电力系统OSC-OPF算法

双馈感应发电机(DFIG)与同步发电机(SG)间动态交互,影响系统阻尼振荡能力。由于系统状态矩阵由SG和DFIG参数决定,推导振荡模式对受控参数灵敏度的难度增加。针对含DFIG的电力系统,为量化无功调节对阻尼振荡的控制效果,提出阻尼比对SG无功出力灵敏度的解析表达。引入最小阻尼比约束,提出基于无功优化的振荡稳定约束最优潮流(OSC-OPF)模型。根据OSC-OPF拉格朗日乘子,提出稳定约束下网损对SG无功容量的灵敏度。仿真结果证实,所提模型有助于降低风电系统网损并改善其阻尼振荡能力。     

基于机电回路相关比灵敏度的机电振荡模式抑制方法

机电振荡模式(electromechanical oscillation mode, EOM)是与同步发电机(synchronous generator, SG)机械暂态强相关的低频振荡(low-frequency oscillation, LFO)模式,对SG轴系安全和电网稳定影响较大。减小EOM机电回路相关比ρ能减小EOM与SG的相关度,抑制SG振荡。基于此,提出机电回路相关比对SG出力的灵敏度的模型:将ρ对控制参数的灵敏度展开为对参与因子的灵敏度;考虑参与因子由特征向量组成,补充后者幅值和相位约束,得到特征向量灵敏度的唯一解;考虑SG出力对节点电压和特征值的影响,但未出现在状态矩阵中,引入潮流雅可比矩阵的逆,建立特征值和特征向量对SG出力的灵敏度,提出ρ对SG有功和无功出力灵敏度的解析表达。最后利用算例分析检验了EOM及其特征向量、参与因子、ρ对SG出力的灵敏度的准确性,证实了调节SG有功和无功出力对抑制机电模式的控制效果。     

基于双馈风电机组控制参数优化的电网功角振荡控制

随着大量风电并网，双馈感应发电机（DFIG）与同步发电机（SG）间的动态交互，将加剧SG功角振荡。基于特征值分析的控制参数优化，未考虑非线性元件和大扰动场景。该文从抑制功角振荡出发，以SG转速为DFIG电力系统稳定器（PSS）输入信号，建立风电并网电力系统动态模型。在微分方程中引入中间变量，以解耦状态变量轨迹灵敏度。区分状态变量与代数变量对应的雅可比矩阵，推导DFIG并网电力系统轨迹灵敏度的解析表达。设定目标函数为SG功角偏差相对值二次方对时间积分，按时间顺序累加功角对控制参数的轨迹灵敏度，得到目标函数对控制参数的梯度信息。考虑DFIG-PSS可能弱化转子侧变流器（RSC）控制效果，提出基于轨迹灵敏度的RSC和DFIG-PSS参数协调优化方法。给出4机2区域系统仿真结果，验证了所提方法对DFIG并网系统功角振荡的阻尼效果。     

并网DFIG多通道附加阻尼控制器设计及其控制参数整定

针对双馈感应发电机(DFIG)并网电力系统中多低频振荡(LFO)抑制的问题,提出一种基于DFIG的多通道附加阻尼控制器(MBSDC)设计及其参数整定方法,用于增加系统多LFO模式的阻尼。建立DFIG并网系统状态矩阵,由特征值分析筛选出待抑制的LFO模式,并设计了MBSDC控制策略。在DFIG-MBSDC系统线性化模型基础上,推导目标LFO模式对相应抑制通道传递函数灵敏度的解析表达,以量化多LFO模式与MBSDC传递函数间的联系,应用于控制参数整定。特征值分析与时域仿真结果表明,所提DFIG-MBSDC能抑制DFIG系统中多LFO模式。基于传递函数灵敏度对控制参数进行整定,提高多LFO的抑制效果。     

基于系统有功网损-风速灵敏度的双馈机风电场并网位置研究

关于风电并网对网损影响的分析,有助于风电系统安全经济运行,但是现有网损灵敏度指标,不能直接反映风速波动影响。在最大功率点跟踪(maximum power point tracking,MPPT)方式下,考虑双馈感应发电机(doubly-fed induction generator,DFIG)内部损耗时,有功出力与定子电压有关,在潮流求解前未知。基于并网DFIG潮流模型,拓展网损灵敏度算法,提出电网有功网损对风速的灵敏度模型,以反映有功网损受风速影响及趋势。量化DFIG不同无功控制方式对网损及风速灵敏度的影响。考虑风速概率区间分布,综合分析灵敏度结果对风电场选址和双馈感应风电机组无功控制方式的辅助参考价值。算例结果证明了所提灵敏度模型的可行性和正确性。     

风电系统振荡模式对DFIG-PSS传递函数的灵敏度分析

在双馈感应风电机组(DFIG)上装设电力系统稳定器(PSS),有助于抑制电网低频振荡。建立含DFIG-PSS传递函数的风电系统状态方程,提出振荡模式对DFIG-PSS传递函数灵敏度的解析表达。考虑传递函数非线性,提出将特征值增量引入传递函数增量并迭代运算以提高传递函数灵敏度精度。为抑制振荡模式,利用传递函数灵敏度优化DFIG-PSS参数。结果表明:相比特征值对控制参数的灵敏度,对传递函数灵敏度可更准确分析模式变化;引入特征值增量减小了传递函数灵敏度的误差;基于传递函数灵敏度优化的DFIG-PSS能有效抑制低频振荡。     

特征值灵敏度方法及其在电力系统小干扰稳定分析中的应用

随着电力系统的发展,特别是大区互联电网的出现和扩大,小干扰稳定性问题日益突出。为了满足小干扰稳定性分析的要求,介绍了3种特征值灵敏度——特征值对元件参数、传递函数和运行参数的灵敏度计算方法,并分析了其在电力系统小干扰稳定中的应用。这3种特征值灵敏度能够弥补现有分析方法的不足,有效地指导某些装置或系统的参数设计与选址,以及调整系统的运行方式,以改善小干扰稳定性,抑制低频振荡的发生。基于灵敏度的发电重新调度法,通过合理分配系统发电机出力,使事故下受小干扰稳定约束的电力传输最大化,是小干扰稳定问题的有效解决途径之一。因此在现有的小干扰稳定分析程序中增加特征值灵敏度的快速计算功能是十分必要和迫切的。     

采用可控负荷灵敏度的DFIG并网电力系统低频振荡模式抑制

双馈感应发电机(doubly fed induction generator,DFIG)并网加剧了低频振荡(low-frequency oscillations,LFO)。电力市场和智能用电设备,使得负荷可参与阻尼控制。此时危险模式阻尼比受负荷影响,增加特征灵敏度解析表达难度。现有恒阻抗模型,不能反映综合负荷对小扰动稳定影响;异步电机模型精确,但参数辨识难度大,很难用于小扰动稳定分析。该文为避免潮流计算和稳定分析中负荷模型差异,采用ZIP负荷模型修正系统状态方程。以潮流解对负荷灵敏度为中间变量,提出危险模式阻尼比对负荷灵敏度的解析表达。引入准比例谐振控制(quasi-proportional resonance,qPR)调节负荷,相应修正阻尼比灵敏度,以改善阻尼控制的鲁棒性。仿真结果验证了所提算法的控制效果。     

考虑风电出力状态转移和直流线路功率调整的AC/UHVDC系统静态可靠性及其灵敏度评估

对于风电和特高压直流(ultra-highvoltagedirect current,UHVDC)可靠性建模,已有很多独立研究。但针对含风电AC/UHVDC电力系统,同时考虑双馈异步风力发电机(doubly-fed induction generator,DFIG)结构、风电状态转移模型、交直流设备随机故障的研究不多,且往往基于简化DFIG结构和简化UHVDC可靠性模型。考虑上述因素,对系统进行可靠性评估和灵敏度分析。对DFIG多状态转移模型,从2种视角考虑风电出力与出力转移特性。引入直流功率调整以确定换流站控制方式。采用解析枚举、概率加权法,计算可靠性指标。提出可靠性指标对直流功率、DFIG有功出力灵敏度的解析表达。算例分析验证了所提算法的有效性和应用价值。     

双馈风机虚拟惯量控制对电力系统暂态稳定的影响

双馈风力发电机(DFIG)虚拟惯量控制在满足系统调频需求的前提下,其快速响应特性也会对系统暂态稳定造成影响。首先分析了DFIG机端母线电压不同跌落深度条件下DFIG的暂态有功响应特性,指出DFIG虚拟惯量控制影响系统暂态稳定的条件。基于此,结合拓展等面积定则分析了带有虚拟惯量控制的DFIG对电力系统暂态稳定的影响机理,最后进行时域仿真验证,结果表明,故障后若未触发DFIG低电压穿越控制,则含虚拟惯量控制的DFIG在S机群时可改善系统暂态稳定性, 而在R机群并网时会恶化系统暂态稳定性。研究结果为DFIG虚拟惯量控制的应用和优化提供参考。     

DFIG在微电网中的电压控制策略与小干扰电压稳定性分析研究

为增强微电网小干扰电压稳定性,针对含双馈感应风力发电机(DFIG)的风光柴微电网,DFIG无功控制采用V-Q下垂控制并引入积分逻辑环节,同时计算变风速情况下DFIG有功功率对应的无功功率极限,对V-Q下垂控制与积分环节进行限幅。通过小干扰分析法找出了一对反映微电网电压响应特性的典型特征值,分析DFIG无功下垂系数取不同值时对典型特征值分布轨迹的影响。为了解决无功下垂系数取较大和较小值时带来的问题,经过参数改进后既促进了DFIG参与微电网调压的效果,又使微电网拥有更好的小干扰电压稳定性。最后在DIg SILENT/Power Factory仿真软件中搭建微电网模型,通过动态时域仿真验证了所提策略和方法对促进微电网调压以及提高微电网小干扰电压稳定性的有效性。     

无锁相环直接功率控制双馈感应发电机系统阻抗建模和稳定性分析

随着新能源渗透率的日益升高,基于双馈感应发电机(double fed induction generator,DFIG)的风力发电机组在电力系统中的比重越来越大。无锁相环直接功率控制(direct power control,DPC)不仅可以提高DFIG的动态响应能力,而且可避免锁相环对功率控制动态性能的影响。针对基于无锁相环DPC的DFIG系统接入弱电网下的稳定性问题,该文通过建立无锁相环DPC的DFIG系统阻抗模型,分析了其频率耦合特性及其对稳定性的影响,进而构建等效单输入单输出阻抗模型,实现控制参数和运行工况对系统稳定性的敏感性分析。最后构建仿真模型,对研究内容进行仿真验证。     

DFIG风电机组协同SVG抑制电网低频振荡方法

随着风电渗透率的日益增加,电力系统阻尼不足时易发生低频振荡,双馈风电机组（DFIG）可解耦控制有无功和无功输出,有利于增强系统阻尼。提出一种DFIG协同静止无功发生器（SVG）并网的方法,采用附加阻尼的控制策略,接入控制系统的功率控制节点,改变参考装置的有功和无功参考电流,实现装置动态输出功率,抵消功率增量,对系统中产生的功率振荡进行抑制。搭建DFIG协同SVG并网的4机2区域系统的控制系统模型,添加附加阻尼控制信号,控制DFIG输出的有功功率和SVG输出的无功功率,改变系统的特征根,并基于Prony方法分析振荡信号各模态。结果表明：该方法能够有效提供正阻尼,抑制系统低频振荡,加速振荡波形平息,提高电力系统的小干扰稳定性。     

DFIG风电机组协同SVG抑制电网低频振荡方法

随着风电渗透率的日益增加,电力系统阻尼不足时易发生低频振荡,双馈风电机组（DFIG）可解耦控制有无功和无功输出,有利于增强系统阻尼。提出一种DFIG协同静止无功发生器（SVG）并网的方法,采用附加阻尼的控制策略,接入控制系统的功率控制节点,改变参考装置的有功和无功参考电流,实现装置动态输出功率,抵消功率增量,对系统中产生的功率振荡进行抑制。搭建DFIG协同SVG并网的4机2区域系统的控制系统模型,添加附加阻尼控制信号,控制DFIG输出的有功功率和SVG输出的无功功率,改变系统的特征根,并基于Prony方法分析振荡信号各模态。结果表明：该方法能够有效提供正阻尼,抑制系统低频振荡,加速振荡波形平息,提高电力系统的小干扰稳定性。     

弱电网下双馈风机多机系统直流电压控制时间尺度的建模与稳定性分析

研究了弱电网下双馈多机系统直流电压控制时间尺度的建模和稳定性。首先,建立了双馈多机系统直流电压控制时间尺度的小信号模型,包括直流电压控制、有功功率控制、端电压控制和锁相环,可以充分刻画风机直流电压控制时间尺度的动态特性。然后,通过特征根和主导振荡模态参与因子分析,研究影响双馈多机系统稳定性的主导风机和主导控制环路,其贡献点在于揭示不同控制带宽下影响双馈多机系统稳定性的关键因素。研究发现在双馈风机的各控制环路中,锁相环对风机稳定性的占主导地位,而直流电压环对风机稳定性的影响最小。最后,建立双馈多机系统时域仿真模型,验证了建模和稳定性分析结果的有效性。     

双馈型风力发电机无功控制模型参数灵敏度分析

随着风电的不断发展,大规模风电并网后对电网造成的影响也日益明显。双馈风机可以对有功、无功进行解耦控制,具有独立、灵活的无功功率控制能力,因此分析双馈风机在电网发生故障期间的无功响应是研究风电并网后风力发电机对电网电压稳定影响的关键,对双馈风机无功控制部分模型的分析十分重要。为更准确地分析双馈机对电网电压稳定性的影响,对GE双馈型风力发电机模型进行了研究,在PSASP仿真平台上分析了模型中各个参数的灵敏度,提出了仿真的关键参数并解释了这些参数的物理意义。     

故障下双馈风电系统机电能量平衡的可行性分析

对于电网故障下双馈感应发电机（doubly fed induction generator,DFIG）机电能量失衡即风力机输入双馈电机能量和双馈电机输出至电网侧能量失衡的问题,现有文献鲜少涉及。双馈电机输出能量和机侧变换器的励磁控制策略有关,首先对现存几种励磁控制策略下双馈电机输出有功功率的情况进行分析,结果表明现有励磁控制策略下双馈电机无法达到机电能量平衡。进而从任意频率、幅值、相位转子电流入手,探讨转子电流三要素和双馈电机输出有功功率之间的关系,推导了使双馈电机达到能量平衡所需的转子电流指令。利用Matlab/Simulink搭建了系统的仿真电路,验证了以上推导过程的正确性。     

接于弱电网的双馈感应发电机在定子故障情况下的无功功率控制策略

针对双馈感应发电机(DFIG)发生定子绕组匝间短路(SWITSC)故障后对弱电网并网点电压稳定性的影响问题,构建了含SWITSC故障DFIG的弱电网模型。通过仿真分析和理论分析得到如下结论:DFIG发生SWITSC故障后输出无功、有功功率将变化进而导致弱电网并网点电压降落,而不同的输电线路阻抗比、电网强弱程度以及DFIG的SWITSC故障严重程度均会影响DFIG的输出无功、有功功率。针对上述影响,基于维持并网点电压稳定的目的,提出了一种改进的DFIG输出无功功率控制策略。仿真结果表明,该控制策略充分发挥了DFIG的无功功率调节能力,在SWITSC故障情况下可以有效遏制并网点电压的降落,在正常情况下则与常规控制策略等效。     

基于分段控制的双馈风电机组有功-频率控制

为缓解大规模风电并网给电力系统频率带来的不利影响,在考虑风力发电经济性的前提下,使风电机组具有类似常规机组的调频特性,以改善含大规模风电的电力系统的频率稳定性,提出一种基于分段控制思想的双馈风电机组有功-频率控制策略,将风电机组有功-频率控制分为4段：卸载运行段、调频段、最大功率运行段及脱网运行段。研究采用该策略的控制模型参数整定问题,进而分析采用该控制策略的双馈风电机组的调频能力,探讨风电渗透率及负荷变化幅度对其调频效果的影响,在此基础上得出双馈风电机组的有功-频率特性。仿真结果验证了所提有功控制策略的可行性与有效性。