虚拟同步双馈风电机组的非线性联轴功率振荡抑制方法EI北大核心CSCD

虚拟同步机须面对复杂的振荡类型,具备宽频带抑振性能会使其更适于融入新型电力系统。该文首先分析传统虚拟同步控制时变速风电机组与同步发电机组间的线性轴系刚度耦合关系。其次,利用机组间的非线性功率耦合,引入轴系立方刚度,建立双馈风电并网系统的虚拟同步非线性联轴运动模型。结合最优带宽理论,分析风电并网系统处于线性和非线性联轴耦合时的功率振荡抑制带宽特性,提出双馈风电机组的非线性虚拟联轴控制方法,并完成控制器参数设计。最后,搭建风电高比例电网仿真系统,验证所提控制策略可有效拓展风机抑振带宽,避免谐振风险,提升其抑制功率振荡和频率变化的并网主动支撑性能。     

双馈风电场的虚拟多联轴耦合与功率振荡抑制技术

虚拟同步机的多联轴耦合设计可灵活实现多机组一致性响应及协同优化运行,是风电场在功率振荡抑制中整体性能提升的关键。该文首先定义虚拟同步双馈风机与同步机之间的虚拟联轴,建立虚拟多联轴耦合下的系统动态模型,并分析多台虚拟同步机电气距离对系统功率振荡特性的影响机理。其次,通过分析多联轴耦合下虚拟同步机和同步机之间的功角幅频振荡特性,获取双馈风电场内虚拟同步多机一致性响应条件,并提出风电场的虚拟多联轴耦合控制方法,通过多联轴优化设计激发多机整体抑振性能。最后,搭建风电场高渗透下的新英格兰系统,验证所提控制策略通过一致性优化及多机协调,可形成风电场抑振整体效应,提升其对系统功率振荡及频率的支撑能力。     

含虚拟惯量的双馈风电机组动态能量模型及振荡稳定性研究

针对含虚拟惯量的双馈风电并网系统振荡稳定问题,从动态能量的角度揭示了虚拟惯量对双馈风电机组(doubly fed induction generator,DFIG)参与系统振荡的作用机理。首先,构建了不同振荡模态下含虚拟惯量双馈风电机组的动态能量模型,并探究了虚拟惯量直接和间接通过锁相环影响机网耦合的能量通道。在此基础上,定义了耗散强度指标,表征双馈风电机组对各振荡模态的耗散作用,并分析了不同接入位置、不同控制参数、不同振荡模态下虚拟惯量通过各能量通道对双馈风电机组耗散强度以及机网耦合作用的影响,揭示了含虚拟惯量风电机组与网侧能量交互诱使系统振荡发散的作用机理。最后,以IEEE四机两区系统进行实时数字仿真(Real Time Digital Simulator,RTDS)仿真验证,结果表明:当锁相环(phase-locked-loop,PLL)自激振荡模态与网侧机电振荡模态频率相距较远时,含虚拟惯量风机接入送端区域产生负耗散作用,接入受端区域产生正耗散作用。当PLL自激振荡模态与网侧机电振荡模态频率接近时,受模态强耦合共振影响,风机通过锁相环自耦合能量通道和虚拟惯量能量通道与电网强交互...     

基于虚拟同步机控制的双馈风电机组预同步并网策略

采用虚拟同步机控制的双馈风电机组能提高电网惯量和频率支撑能力,成为实现可再生能源友好并网的有效途径之一。基于虚拟同步机控制的双馈风电机组直接参与电网并网时,由于缺少预同步锁相控制,双馈风电机组定子与电网的电压幅值和初始相位可能存在偏差。针对上述存在的并网问题,提出了一种虚拟同步机控制的双馈风电机组无锁相环预同步控制策略。通过在虚拟同步机外环控制中加入频率相位控制器和幅值预同步控制器,可以控制双馈风电机组并网前定子频率、相位和电压幅值与电网相同,并提出在无功功率-电压环中引入虚拟阻抗,实现了双馈风电机组快速地平滑并网。最后,通过理论分析和仿真结果验证了无锁相环预同步控制方案对虚拟同步机控制的双馈风电机组并网的有效性。     

光储发电系统的虚拟轴系耦合与同步控制

储能装置可利用虚拟惯量控制技术为系统提供动态稳定支撑，但其与同步发电机组间的耦合关系仍需讨论。为了提高暂态能量传递效率，改善其同步并网友好性，首先建立光储发电系统的VSG模型，分析静止储能与旋转动能间的能量转化关系，阐述混合储能的虚拟惯量定义。其次，通过分析虚拟同步控制下的光储发电系统的功率传递，建立其与同步机间的虚拟轴系耦合关系，并利用哈密顿能量函数，获得提升光储发电系统暂态能量传递效率的必要条件，进而改进VSG控制策略。最后，搭建含光伏高渗透区域电网仿真系统进行验证。结果表明：所提控制同时具备频率支撑和抑制功率振荡功能，可显著提升光储系统的并网友好性。     

风电并网系统的虚拟同步稳定分析与惯量优化控制

风电并网系统引入虚拟惯量后,应综合分析风电机组安全和电网动态稳定,完善附加控制的友好并网功能,提升其推广应用价值。首先建立了含虚拟惯量风电并网系统的状态方程。其次,采用小信号分析理论,并设计非线性扩张干扰观测器,为惯量控制附加动态响应补偿信号,完善其动态稳定支持功能。通过积分流形方法,对风电机组轴系模型降阶,进一步分析虚拟惯量控制对风机轴系振荡模式的影响,并建立轴系暂态能量函数,为轴系稳定控制提供参数设计范围。最后,基于RTLAB数模混合仿真平台,建立含高渗透风电并网系统,结果表明虚拟惯量在互联系统功角摆动及风机轴系振荡中的稳定控制功能得到显著改善。     

多虚拟同步机系统的自适应滑模变结构控制方法

虚拟同步机是一种可以改善分布式能源并网兼容性的技术手段。目前有关虚拟同步机滑模控制的研究大多数仅针对于单机系统。由于单机系统无需考虑多机系统中出现的虚拟惯量等参数之间的耦合影响,这导致现有的滑模变结构控制策略不适用于多虚拟同步机系统,当功率波动时系统频率有可能产生振荡。针对上述问题,提出了多虚拟同步机虚拟惯量的整定判据,并基于整定判据提出多虚拟同步机系统的自适应滑模变结构控制策略,可以使系统中各台机组在扰动状态下输出稳定频率。通过自适应滑模变结构控制策略使得多虚拟同步机组在功率波动时输出稳定的频率,从而避免系统频率失稳。最后,通过搭建PSCAD仿真模型验证了理论分析的正确性及有效性,所提控制方法可提高多虚拟同步机系统的稳定性与鲁棒性。     

含阻尼环节的电流源型风电虚拟同步发电机控制与分析

针对高比例风电电力系统频率/电压稳定性问题,介绍了虚拟同步控制的理论基础,对比分析了双馈风电机组与传统同步机数学模型。基于模型相似性推导了风电机组虚拟同步发电机的内电势、功角及功率传输方程,并揭示了其变化规律。研究了一种含阻尼环节的电流源型风电机组虚拟同步控制策略,并进行了虚拟同步控制外环和电流控制内环设计。在Matlab/Simulink中建立了双馈风电机组虚拟同步发电机仿真模型,实现了虚拟同步发电机惯量、阻尼、一次调频和无功调压特性的全过程模拟。仿真结果证实了理论分析的正确性与控制策略的有效性。     

改善含风电场虚拟惯量互联电力系统稳定性的自适应鲁棒滑模控制策略

在以风电为代表的可再生能源大规模接入传统电力系统的背景下,非同步机电源与同步机电源之间的耦合作用以及风电出力的不确定性,使互联电力系统稳定性控制面临复杂的运行场景。针对该问题,基于功率平衡原理建立考虑双馈风电机组虚拟惯量影响的同步发电机组等效转子运动模型,将系统参数协调性及故障因素统一表达为等效惯量参数摄动及有界的不确定扰动;运用滑模变结构方法,结合等效惯量和等效阻尼的可变性及可控性,提出一种自适应鲁棒滑模控制策略以改善互联电力系统的动态稳定性。理论分析和仿真结果表明,与传统的虚拟惯量控制方法相比,所提控制策略能够更好地抑制频率振荡,降低频率变化率以及相对功角振荡幅度。     

一种可改善失步振荡模式的风电虚拟惯性控制策略

高渗透率风电并网导致原有系统等值惯性下降,给电力系统失步振荡后的稳定控制过程带来新的挑战。但是目前尚未有文献将风电虚拟惯性控制应用于电力系统发生失步振荡后的稳定控制领域。提出一种可改善失步振荡模式的风电虚拟惯性控制策略,通过引入风机并网点频率偏差来修改风机有功输出,系统遭受大扰动后,风电机组可持续向系统提供大量功率支援。风电机组通过虚拟惯性控制向系统注入/吸收功率,能有效抑制系统群内功率振荡,使得群内同调,从而改善系统失步振荡模式。仿真结果验证了所提虚拟惯性控制策略的正确性和有效性。     

基于虚拟同步发电机的柔性虚拟调速器模型

同步发电机具有维持电网电压、频率稳定的作用,模拟同步发电机特性的逆变器也适用于电源并联系统。基于虚拟同步发电机的控制思想,提出了一种柔性虚拟调速器模型。通过建立含原动机组和伺服机构的调速器模型,实现与常规同步发电机调速器在控制阶数、逻辑上的一致性,避免了虚拟同步机与实际同步机并联时因调速器时间常数差异导致的动态功率分配不均。同时,该虚拟调速器还可根据实际并联系统的调节时间要求设定相关柔性参数,从而提升了虚拟同步机的适用范围。仿真对比研究验证了模型的正确性,并通过10kW三相逆变器验证了所提出的调速器模型的有效性。     

双馈风电机组系统功率响应特性建模方法

为分析双馈风电机组并网特性,建立其并网点处功率响应特性的准确模型极为重要.文中提出一种建模方法以解决双馈风电机组并网点处功率响应特性的建模问题.首先,针对双馈风电机组的矢量控制与虚拟同步机控制,分别进行功率响应特性建模及分析.然后,基于对双馈风电机组施加功率指令扰动得到的并网点处功率响应数据,提出阻尼最小二乘法中阻尼因...     

基于奇异摄动降阶的风电接入系统阻尼分析

为分析风电机组接入对同步机主系统低频振荡的影响,首先建立FSIG及DFIG风电机组小干扰分析模型,其次应用基于奇异摄动系统动态降阶技术揭示两类风电机组接入后同步机主系统阻尼变化机理。将奇异摄动动态降阶与特征值分析相结合,分析不同控制参数的FSIG及DFIG风电机组接入对系统低频振荡模式及阻尼的影响。基于风电接入IEEE测试系统仿真表明,所提出的分析方案能够直观、有效地对两类风电接入系统低频振荡进行分析。     

双馈风电机组虚拟惯量控制对电力系统机电振荡的影响分析

虚拟惯量控制能使双馈风电机组为电网提供类似同步发电机的调频特性而得到广泛关注,但同时这种有功—频率外特性将不可避免地使双馈风电机组参与到同步发电机的机电振荡模式中,导致系统动态变得更为复杂。为了揭示双馈风电机组中虚拟惯量控制对电力系统机电振荡模式的影响规律,文中建立了基于虚拟惯量控制的双馈风电机组并网系统小信号模型,采用模态分析法分析了虚拟惯量控制相关控制回路(即虚拟惯量模拟环、锁相环和有功控制环)对同步发电机间机电振荡模式的影响规律。基于改进四机两区域系统的研究表明,增大下垂系数和适当增大滤波时间常数能改善系统阻尼,锁相环带宽和功率外环带宽过小将使双馈风电机组有功控制延迟,从而无法提供正向的阻尼转矩,导致系统阻尼减小。     

基于自适应惯量阻尼的双馈风电机组虚拟同步控制策略

针对恒参数虚拟同步控制的双馈风电机组因有功功率突变而导致电网频率和输出功率振荡的问题,提出一种以虚拟电流为闭环参考输入量的虚拟同步控制的双馈风电机组控制策略.通过虚拟同步二阶小信号闭环传递函数,分析转动惯量和阻尼系数对系统稳定性的影响.结合频域指标关系,制定系统参数的选取规则.考虑双馈风电机组输出有功功率的变化阈值,提出一种适用于双馈风电机组的交错自适应虚拟同步控制策略,并根据特征根的根轨迹图分析不同参数下系统稳定情况.理论分析和仿真对比验证了所提出的控制策略和交错自适应算法的有效性.     

基于功率跟踪优化的双馈风力发电机组虚拟惯性控制技术

基于电力电子换流器并网的变速恒频风力发电机组对电力系统的惯性几乎没有贡献,这将成为风电场大规模接入电网之后面临的新问题。在分析双馈风电机组运行特性和控制策略的基础上,研究双馈机组的虚拟转动惯量与转速调节及电网频率变化的关系,提出双馈风电机组的虚拟惯性控制策略。该控制策略通过检测电网频率变化来调节最大功率跟踪曲线,从而释放双馈机组"隐藏"的动能,对电网提供动态频率支持。通过对含20%风电装机容量的3机系统的仿真分析,验证该控制策略在系统出现功率不平衡后,能够利用双馈风电机组的虚拟惯量使风电场具备对系统频率快速响应的能力,从而提高了基于双馈风电机组的大规模风电场接入电网后的电力系统频率稳定性。     

基于变速风电场控制的电力系统稳定性改善研究

以改善风电场接入的电力系统稳定性并降低稳定控制对场内机组负面影响为目标,设计基于变速风电机组的电力系统综合稳定控制器.控制器基于广域信息,应用同步机状态反馈,通过风电场衰减系统故障不平衡能量以提高同步机主系统暂态稳定性;考虑风电场与同步机关联程度的差异,     

永磁直驱风电机组改善系统阻尼的控制技术

永磁直驱风力发电机组抑制系统功率振荡的阻尼作用,有利于提高风电渗透率较高的区域电网的稳定性.本文在分析永磁直驱风电机组运行特性和控制策略的基础上,研究具备故障穿越能力的永磁直驱风电机组的无功调制与系统功率振荡的关系,提出了永磁直驱风电机组的无功附加阻尼控制策略.利用MATLAB/Simulink仿真软件对含永磁直驱风电机组的区域电网进行仿真分析,验证了在所提控制策略下,永磁直驱风电机组能够利用其无功功率的调节能力,抑制故障后系统持续振荡的功率,从而提高了基于永磁直驱风电机组的大规模风电场接入电网后的电力系统的阻尼特性.     

离网条件下的虚拟同步机分布式并联系统暂态稳定分析

虚拟同步机技术的应用,使得分布式电源具有同步发电机特性,可实现离网运行,其可控惯量对离网条件下分布式并联系统的频率稳定和有功振荡有很大的影响。基于离网条件下的虚拟同步机分布式并联系统,以两端输出有功功率振荡为标准,利用李雅普诺夫方法推导暂态能量函数,分析两端惯性时间常数对系统有功振荡的影响。根据分析结果,对暂态期间惯性时间常数进行控制,抑制有功振荡幅度,减小振荡时间,从而提高系统暂态稳定性。最后,利用PSCAD/EMTDC?软件建立模型进行仿真,验证所提方法的可行性。     

同步耦合双馈风机的虚拟惯量优化控制技术

双馈风电机组在同步并网时虚拟出的可控惯性将显著影响电网的动态特性,仍须通过优化控制减少其附加运行风险,充分发挥其控制潜力。该文首先建立引入虚拟同步控制后的双馈风电机组的动态模型,并分析双馈风机与同步发电机之间建立的虚拟同步耦合关系。在此基础上,构建双馈风机同步并网系统的能量函数,基于同步并网耦合关系提出双馈风电机组的变惯量优化控制策略,并借助控制参数对系统稳定性的影响分析,设置虚拟惯量参数范围。最后,搭建双馈风机同步并网系统进行仿真验证,双馈风机的虚拟惯量需要在合理范围内通过变惯量优化才能为并网系统提供可靠的动态稳定支撑。