风电并网系统次同步振荡稳定性分析与控制方法研究综述

近年来,国内外多次发生并网风电场引发电力系统次同步振荡的事件,风电并网系统次同步振荡稳定性的分析与控制方法成为亟待解决的科学与工程问题。文中介绍了目前风电并网系统次同步振荡稳定性的分析方法—阻抗分析法、模式分析法和开环模式分析法,并从对振荡机理的揭示、稳定性评估结论的准确性和工程实用性三个方面进行了对比。总结归纳了风电并网系统次同步振荡负电阻和开环模式耦合机理的研究成果。从柔性交流输电系统及其附加阻尼控制器、风电机组换流器附加控制环节两个方面总结归纳了风电并网系统次同步振荡的控制方法。对目前风电并网系统次同步振荡稳定性分析与控制方法的研究中尚存在的问题以及有待突破的研究方向进行了总结和展望。     

大规模风电场汇集地区次同步振荡研究

作为目前世界上风电装机容量最大的国家,我国致力于大力发展绿色、清洁能源开发的同时也时刻关注风电基地及外送系统的安全、稳定运行。大规模风电机组次同步振荡问题是近年来研究人员关注的焦点。对现有的关于大规模风电外送系统存在次同步振荡问题的研究成果进行了总结归纳,论述了次同步谐振、次同步控制相互作用与装置引起的次同步振荡的发生机理特性及不同类型风电机组可能发生次同步振荡的类型。指出对动态无功补偿装置诱发风电机次同步振荡的机理分析是未来研究的一大趋势。最后就目前针对大规模风电外送系统次同步振荡问题采用的5种分析方法进行了对比与总结。     

基于谐波阻抗特性的风电次同步振荡分析

近年来,随着风力发电并网容量增加,电力电子技术被广泛使用,从而引发了新型次同步振荡问题。为应对该问题,提出了一种基于谐波阻抗特性的风电次同步振荡分析方法。通过IEEE第一标准模型对该方法的准确性和有效性进行了验证。文章建立了直驱风电场时域仿真系统,对机侧和网侧换流器进行详细建模仿真,并通过谐波阻抗特性对其进行分析,避免公式的推导和计算。结果表明,风机电力电子换流器在振荡频率下呈现较小的负值,即换流器表现为具有电容性的负阻抗,换流器呈现的电容性阻抗与交流电网的电感形成谐振回路,故系统存在次同步振荡的威胁。     

基于阻抗模型闭环极点的双馈风电系统次同步振荡稳定性分析

近年来,电网的运行中发生了多起由风电并网引发的新型次同步振荡事故,其机理和振荡的影响因素错综复杂。基于频域阻抗模型的阻抗分析法是研究该问题的有效方法,基于考虑电力电子变换器和锁相环动态过程的双馈风电机组阻抗模型,提出了适用于系统次同步振荡稳定性分析的闭环极点稳定性判据,与目前广泛使用的等效电路阻尼稳定性判据进行对比。并将所提判据与灵敏度分析相结合,建立了闭环极点相对灵敏度,研究了关键参数对于系统次同步振荡特性的影响。最后通过时域仿真验证了所提判据与灵敏度在系统次同步振荡分析中的有效性与准确性。     

电力系统新型振荡问题浅析

简要回顾了电力系统振荡问题的研究,整理了近年来电力电子变流器广泛接入背景下的新型振荡现象及其共性特征,探讨了其与传统振荡在物理特性和数学表达上的异同,尝试借助经典文氏桥正弦波发生器电路解释新型振荡问题的发生机理和分析方法,提出阻抗网络建模及基于阻抗频率特性的判稳原则,采用风电系统次同步振荡实例展示其应用于分析复杂电网的潜力。     

基于阻抗频域灵敏度的双馈风电机组次同步振 荡抑制措施

随着风力发电技术的快速发展以及风电出力占比的持续增加,电力系统中出现了一种由风电机组与线路相互作用产生的新型次同步振荡现象。风电引发的次同步振荡不同于传统的次同步振荡,电力电子变换器参与了振荡的形成,其机理及抑制措施有待进一步的研究。针对双馈风电机组接入含串补电容系统引发的次同步振荡问题进行研究,首先建立了双馈风电系统的频域阻抗模型,然后引入阻抗频域灵敏度这一概念,分析了双馈风电机组控制参数对于系统次同步振荡的影响程度,并根据灵敏度分析结果提出了次同步振荡的抑制措施,最后通过时域仿真验证了所提抑制措施的有效性。     

计及频率耦合和汇集网络的风电场序阻抗模型等值方法

近年来,中国河北沽源、新疆哈密等风电基地频繁发生电网振荡问题,呈现次、超同步频率振荡分量强耦合现象。频域小信号阻抗方法是建模和分析这类由电力电子并网装置引起的控制不稳定和振荡问题的有效方法。目前针对单个逆变器或风电机组频率耦合阻抗模型已有研究基础,文中基于此提出一种考虑频率耦合和汇集网络的风电场序阻抗模型等值方法,建立的风电场等值阻抗与单个逆变器或风电机组的模型定义和形式统一,能够用于分析次、超同步频率耦合的振荡问题。以直驱风电场并入弱电网系统为例,对所提出的模型应用于系统稳定性分析及振荡频率预测的准确性进行了仿真验证。     

面向次同步振荡的直驱风电机组阻抗频率响应特性辨识

针对直驱风电机组参数未知时,其阻抗模型解析式难以获取的问题,提出曲线拟合辨识机组次同步频段内的阻抗频率响应特性的新思路。首先提出一种基于多项式拟合的直驱风电机组阻抗模型频率响应特性辨识方法,利用曲线拟合取代传统解决思路中的传递函数辨识环节,降低辨识难度。然后,利用已有的阻抗分析方法,基于辨识模型展开直驱风电机组次同步振荡分析。最后,在EMTDC/PSCAD中搭建时域仿真模型,验证了所提方法及理论分析的正确性。     

SVG对风电次同步振荡影响的研究

近年来随着风电的广泛开发和使用,风电场的一些问题逐渐显现出来,尤其是风电由于事故脱网的事件,对风电场以及电力系统都带来了严重的影响,而次同步振荡引起风机脱网的事故也是时有发生。目前风厂基本均已装设SVG(Static Var Compensator)等无功补偿装置来改善风电场的电压稳定问题,但是很多实际的事故表明这些无功补偿装置对风电次同步振荡也会产生不利的影响。文章致力于探究风厂中SVG对于风电机组的次同步振荡的影响问题。通过小干扰稳定分析方法分析SVG不同控制方式下并网风电厂个数,SVG个数以及SVG控制参数对次同步振荡的影响。得出SVG的恒无功控制方式比恒电压控制方式在维持风电系统的稳定性方面有更好的效果,更利于风电次同步振荡的抑制作用。     

采用多元线性回归方法分析短路比对风电并网系统小干扰稳定性的影响

短路比对风电并网系统的小干扰稳定性有重要影响，常规机理性或仿真分析仅关注特定场景下参数的影响，而缺乏全工况下的宏观把握，文章提出多元线性回归方法来解决这一问题。首先介绍风电并网系统中重点关注的两类小干扰稳定性(包括同步稳定性和次/超同步振荡稳定性)的机理与分析方法；其次回顾新能源场景下单机系统短路比定义；然后构建基于多元线性回归的统计性分析方法，通过对大量判稳算例进行回归分析来总体评估小干扰稳定性的影响因素；最后将所述方法分别应用于直驱和双馈风电机组并网系统，分析了短路比对同步稳定性和次/超同步振荡稳定性影响的量化特征。研究结果可用于指导短路比指标在风电系统小干扰稳定性评估中的应用。     

风电并入弱交流系统引发次同步振荡的研究方法综述

随着高比例风电接入电力系统的实践日益增多,并网风电系统在弱连接条件下可能会引发次同步振荡,影响系统的安全稳定运行,因此亟需揭示其内在产生机理。现有研究试图从多个角度、采用多种分析方法阐明弱连接条件下并网风电系统的小干扰稳定性机理。这些方法的运用促进了次同步振荡机理研究的深入,同时也导致研究成果的碎片化,需要进一步梳理。针对以上情况,回顾并梳理了近年来国内外的研究成果,从时域分析、模式分析、阻抗分析及复转矩系数分析4个方面,综述了各自方法体系下的机理研究发展脉络以及弱连接条件下的应用现状。对不同分析方法在机理研究中的优势与局限进行了归纳和对比。最后,基于归纳结果,展望了各自方法在未来风电并入弱连接电网的小干扰稳定机理研究中的研究趋势和应用前景,以期为大规模风电的长距离安全稳定输送提供有益的参考。     

直驱风机机网侧变流器统一建模及其弱电网下稳定性研究

随着电网中风电占比不断攀升,弱电网下风电并网的稳定性问题愈加受到关注。针对风电并网的稳定性问题,现有研究常常将机侧和网侧解耦,分别对两侧进行简化分析其稳定性,但从时间尺度的角度来看,机侧和网侧动态是存在耦合的,现有的建模忽略了这一耦合。文章针对弱电网下风电并网的稳定性问题,建立机侧和网侧变流器控制的统一模型,并给出了考虑机侧和网侧变流器控制的稳定性分析方法,对比传统的阻抗分析方法,文章采用的分析方法更加精确,最后利用simulink仿真对分析结果进行了验证。     

电压暂降在时域和变换域中的检测算法综述

电压暂降特征量是电能质量中重要的指标,针对当今电力系统中电压暂降敏感型负荷大量接入的现状,如何准确快速地识别电压暂降信息是保证用电设备安全稳定运行的关键.文章从电压暂降现象的概念与特征入手,对时域和变换域中不同的电压暂降检测方法原理进行综述,详细分析有效值检测法、残差电压检测法、d-q坐标分量检测法、两点检测法以及小波...     

双闭环定交流电压控制下MMC换流站阻抗建模及稳定性分析

风电系统接入基于模块化多电平换流器(MMC)的高压直流(HVDC)输电系统是极具前景的输电方案,同时也面临较为突出的系统稳定性问题。小信号阻抗分析法是研究互联系统稳定的有效办法。然而,MMC的内动态特性使得精确建立其阻抗模型具有较大难度。文中采用多谐波线性化方法建立了采用双闭环定交流电压控制的MMC送端换流站小信号阻抗模型,可实现电流环对MMC阻抗影响的准确分析。针对直驱风机通过MMC-HVDC系统并网的系统,利用阻抗分析法分别分析了MMC电流环不同控制带宽下互联系统振荡的问题,为电流环参数优化设计提供了依据。最后,基于MATLAB/Simulink的仿真结果证明了阻抗模型和稳定性分析理论的正确性。     

基于PSAT的风电场接入电力系统时域仿真研究

电网规模日渐增大加之风力发电技术不断进步,风电场接入地区电力系统时,电网动态安全问题就越来越受到关注,其中时域仿真研究电力系统的动态特性是一个行之有效的方法。引入了一种以Matlab语言为基础编写的仿真软件PSAT,集绘图、分析以及计算为一体的电力系统分析软件包来研究电网动态安全问题。文中首先简要概述PSAT的功能及特点,然后结合1个典型风电场接入电网的模型进行时域仿真分析,说明了风电场接入电力网络时的网络模型、参数的设置以及仿真图形的绘制等问题。     

基于不动点原理的电压稳定性分析方法

目前的电压稳定性分析方法中,基于戴维南等值的阻抗匹配法受到了广泛关注,但相关研究表明,这种方法应用于多负荷系统时可能产生不正确的结果。为此,提出了一种基于不动点原理的电压稳定性分析方法,介绍了经典的电压稳定性分析模型和不动点原理,并阐述了负荷电压稳定性评估判据。该方法具有计算量少、速度快的优点。将所提出的方法与基于戴维南等值的阻抗匹配法进行分析对比,论证了该方法的合理性。采用5机18节点算例系统进行了仿真测试,结果初步验证了基于不动点原理的电压稳定性分析方法的有效性。     

距离保护在风电接入系统中的适应性分析

大规模风电接入交流输电网使得风电系统表现出越来越多异于常规电网的故障特征,传统继电保护应用于风电接入系统时存在适应性问题。距离保护广泛应用于电力系统输电线路保护,研究其对风电系统适应性意义重大。针对距离保护的适应性问题,首先通过各距离保护的基本原理得出其最佳应用条件,然后基于该条件结合风电系统的一般故障特征从理论上对其适应性进行分析,得到距离保护适应性的一般结论。研究结果表明,风电系统的弱馈性和系统阻抗不稳定性使得基于工频变化量的距离保护不适用于风电接入系统,风电系统的高谐波和频偏特性使得工频量距离保护存在相量提取问题,时域距离保护动作性能良好。仿真结果验证了理论分析的正确性。     

基于小波包域双谱的风力机振动信号监测方法研究

文章主要基于小波域双谱的方法对风力机振动信号监测技术进行研究,以风电场多台1.5兆瓦直驱机型的大量轴承振动信号为基础,运用了一种小波包域双谱的方法对振动信号分析,并与传统双谱进行对比,实验结果表明:小波包域双谱优于双谱分析,能够准确的判断轴承正常和故障运行情况,该方法不但有效抑制噪声和其他高频成分的干扰,而且具有双重消噪的效果,有效地避免了小波分析和传统双谱分析的缺点,为在线监测异常状况预警提供了很好的依据。     

大规模风电接入对系统功角稳定性影响的研究

针对大规模风电接入送端系统的情况,从理论上提出了一种考虑风电的系统暂态功角稳定分析方法,利用阻抗模型简化风机,将正常故障下风机有功、无功信息揉入系统导纳矩阵中,进一步量化分析风电接入后系统同步机转子运动变化,表明替换工况下风电接入后对等值系统同步机机械功率、电磁功率都有影响.最后通过多机小系统理论计算和仿真验证,得出在...     

考虑小干扰稳定的海上风电经不控整流直流送出系统 控制器参数优化设计

风机并网逆变器及送电系统的稳定性是大规模海上风力发电系统稳定运行的重要保证。提出一种考虑小干扰稳定的海上风电系统控制器参数优化设计方法。首先,利用谐波线性化原理推导了直驱风机并网逆变器、送端采用不控整流器的高压直流(diode-rectifier based HVDC, DR-HVDC)输电系统的序阻抗模型。然后,分析了风场经DR-HVDC并网互联系统的特点,讨论了稳定判据的适用性。进而,从控制器的角度,确定直驱风机并网逆变器控制系统的控制带宽和阻尼比的取值范围。并在此基础上,从系统的角度,综合考虑互联系统的右半平面零极点和控制参数等对阻抗比值的作用。最后,给出直驱风机并网逆变器的控制系统参数优化设计流程。基于Matlab/Simulink 建立海上风电经DR-HVDC直流送出系统的时域仿真模型。仿真结果验证了理论分析的正确性和所提方法的有效性。