UHVDC闭锁引发风电场暂态过电压分析及HVRT协调控制

针对特高压直流(UHVDC)闭锁引发送端风电场高电压穿越(HVRT)问题,建立了UHVDC输电送端风电系统数学模型,研究了UHVDC闭锁对送端风电场过电压的影响,分析了过电压对永磁直驱风电机组的影响及机组功率可控域。提出了基于机组可控域划分的风电机组和静止同步补偿器相协调的风电场HVRT控制策略,在机组可控域内,风电机组利用其动态无功补偿实现HVRT,当超出机组可控域时,风电场集中无功补偿装置与风电机组协调控制实现HVRT。最后,在PSCAD/EMTDC中建立系统仿真模型,验证了理论分析与控制策略的准确性与有效性,直流闭锁引发风电机组高电压脱网的风险得到降低。     

弱电网直驱风机低电压穿越特性及其对机端暂态电压的影响

新能源常通过特高压交/直流输电系统送出,新能源汇集送端电网配套火电机组少,电网强度弱,直流闭锁或交流严重短路故障后的暂态过电压易引发风电脱网。该文基于典型电压穿越策略建立永磁直驱风机(permanent magnet synchronous generato rbased wind generator,PMSG)并网模型,研究弱电网中送出线路远端短路故障时的PMSG功率特性,揭示故障发生与清除时刻PMSG控制产生误差的原因,分析PMSG控制策略与参数对机组功率特性以及机端暂态过电压特性的影响。研究结果表明,远端短路故障清除时刻PMSG网侧电压相位一般向后跳变,由于锁相环存在时延,使暂态过程中锁相结果超前于实际相位,导致PMSG有功/无功控制不解耦,电流控制产生误差,由于锁相结果超前实际相位产生的控制误差会抑制网侧电压的快速抬升。     

直流换相失败下计及撬棒保护的双馈风机暂态特性解析与撬棒参数修正EI北大核心CSCD

双馈感应发电机(doubly fed induction generator,DFIG)在由高压直流输电系统换相失败引发的送端近区并网点连续故障电压下的暂态特性是研究风电机组连续故障穿越的基础。已有研究大多仅针对单一的阶跃跌落低电压故障,而未考虑先低压后高压的连续故障电压特性,对DFIG在此过程中的暂态特性尚不明确,甚至可能引起基于单一故障事件预设的撬棒(Crowbar)参数无法适应新型扰动场景,进而导致发生故障穿越失败的风险。该文从DFIG空间矢量模型出发,分析了电网连续故障电压下DFIG计及Crowbar保护的暂态特性,并更新了Crowbar电阻最大值约束。通过MATLAB/Simulink仿真和实验验证理论分析的准确性。     

特高压直流换相失败对送端电网风机暂态无功特性的影响分析

特高压直流输电是风力发电远距离输送的有效方式,得到了大量的研究和实际应用。换相失败故障作为常见的直流输电故障,导致风电大规模接入的送端电网中产生了电压幅值非阶跃变化、先低穿后高穿的电压故障特性。为了分析换相失败故障下送端电网特性,需要准确获得换相失败故障下风电系统的暂态无功响应特性。该文针对直驱风电系统和双馈风电系统,将电网故障下风电系统暂态响应分解为故障发生前稳态、电网电压变化状态、变流器输出电压变化状态等3个状态分别建模,得到了考虑不同电网电压故障状态和变流器控制参数等因素的风电系统无功响应模型,仿真结果对数学模型正确性进行了验证。此外,根据换相失败故障下送端电网电压波形,利用所建立数学模型分析了风电系统控制参数对输出无功特性的影响规律。     

海上风电经交流电缆汇集送出系统暂态无功电压建模及特性分析

海上风电经交流电缆汇集送出系统送端暂态过电压威胁系统安全稳定运行,为定量分析暂态电压对海上风电机组的影响,指导海上风电无功电压控制系统配置,亟须研究海上风电经交流电缆汇集送出系统暂态无功电压模型。首先,分析计及交流电缆的送出系统等效网络特性,明确等效网络呈现感性与容性特性的边界条件;然后,基于等效网络容性特性,建立计及交流电缆的海上风电暂态无功电压数学模型,基于控制硬件在环（control hardware in the loop,CHIL）实时仿真实验平台,验证了数学模型的正确性;最后,基于海上风电暂态无功电压模型,定量分析交流电缆线路长度、风电机组网侧变流器电流环控制带宽与阻尼比对机端暂态过电压的影响规律,为定量评估海上风电经交流电缆汇集送出系统暂态过电压运行风险奠定了理论基础。     

单极闭锁引起直流健全极换相失败分析

推导建立了换相失败的数学模型,得出送、受端换流母线电压比值是引起换相失败的主要原因,单极闭锁后健全极存在换相失败的风险。分析了单极闭锁引起暂态过电压的影响因素,并推导出直流闭锁后的暂态过电压定量计算解析表达式,提出一种单极闭锁后考虑两侧换流母线电压的换相失败判据,并得出送端、受端短路容量与换相失败的关系。最后基于DIgSILENT仿真平台搭建±800 kV天中直流输电系统仿真模型,仿真结果验证了暂态过电压计算方法的正确性,同时证明了单极闭锁后健全极存在换相失败的风险。     

基于虚拟电阻的高压直流换相失败期间送端电网暂态过电压抑制方法

针对高压直流输电系统换相失败易引发送端电网暂态过电压的问题,提出了一种基于虚拟电阻控制的送端电网暂态过电压抑制方法。分析了高压直流系统发生换相失败期间整流站交流侧的无功动态特性及其引发送端电网暂态过压的机理。根据影响暂态过电压水平的关键直流控制变量分析并结合换相裕度边界条件,设计了基于虚拟电阻的送端暂态过压控制器。控制器可根据送端电网暂态过压水平动态调整整流站触发角,实现送端电网的暂态过电压抑制目标。仿真算例表明,所提控制方法通过虚拟电阻环节与常规定电流控制协调配合,能有效抑制换相失败期间送端电网暂态过电压水平。     

考虑动态电压区间无功支撑的双馈风机连锁故障穿越控制策略

造成大规模风电机组脱网的低高电压连锁故障近年频发,而现有穿越方案多立足于单一电压骤变故障进行暂态分析及策略制定.从对双馈异步风力发电机(doubly-fed induction generator,DFIG)的暂态冲击和对其无功需求两方面分析低高电压连锁故障的特点,并以最大限度发掘故障期间DFIG的无功支撑能力为出发点...     

高风电渗透率下电网暂态电压的稳定性评估

直流系统逆变侧故障引发换相失败及直流闭锁后,送端系统暂态电压将呈现“先低后高” 现象,由此可能 导致风机脱网等连锁反应.首先在含有传统直流的算例系统中,刻画送端系统在逆变侧发生短路后暂态电压的响应过 程.在此基础上,结合风机低压穿越过程中的功率变化特点讨论风电接入对系统暂态电压的影响.最后,基于暂态过 电压计算公式推导极限短路比,求取极限短路比对应的极限风电渗透率,以此作为评估系统暂态电压稳定性的指标.     

风电经特高压直流送出系统的暂态过电压问题研究综述

大规模风电通过特高压直流线路外送时,换相失败、直流闭锁等故障引发的暂态过电压问题严重影响了系统的安全稳定运行,制约了系统的输电能力.针对风电经特高压直流送出系统暂态过电压问题的研究步骤和关键技术挑战,从系统仿真建模、暂态过电压根源解析、抑制策略设计3个方面,分别进行总结和综述:从大规模风电经特高压直流送出系统的仿真建模...     

换相失败对含风电场的交直流混联系统送端过电压的影响

针对直流系统换相失败后引起的送端交流母线会出现暂态过电压的问题,详细分析了直流换相失败后送端交流母线出现暂态过电压的机理,提出一种根据暂态过电压的大小来确定调相机容量进而抑制暂态过电压的策略,并在此基础上对定电流控制环节参数进行优化,达到进一步抑制暂态过电压的目的。仿真结果表明:所提策略对于受端单相接地故障引起的换相失败所产生的送端母线暂态过电压具有有效的抑制能力;再结合直流控制系统参数优化,对于受端三相接地故障引起的换相失败所产生的送端母线暂态过电压可起到进一步抑制的效果。该策略对于含风电场的交直流混联系统故障后送端暂态过电压的抑制具有一定的指导意义。     

电网侧换流器无功功率控制改善双馈风电机组稳定性的研究

研究了改善双馈风电机组（DFIG）的并网风电场暂态稳定性的措施。目前现存的大部分双馈型变速风电机组并不具备故障穿越能力。在DIgSILENT/PowerFactory14.0中建立了具有暂态无功调节能力的变速风电机组电网侧换流器控制模型以及故障后桨距角控制模型,通过对并网风电场仿真分析验证了模型的有效性。仿真结果表明：当风电场电网侧发生短路故障情况下,双馈风电机组电网侧换流器能够产生一定的无功功率支持电网电压;桨距角控制能够降低风电机组的机械转矩,防止机组超速以及电压失稳。双馈风电机组的故障穿越能力得以实现。     

换相失败下柔性直流与传统直流互联输电系统的暂态无功协调控制策略

为了抑制柔性直流与传统直流互联输电系统中传统直流换相失败导致的送端电网暂态低电压和过电压,充分发挥柔性直流为传统直流提供无功支撑的能力,提出一种基于触发角的暂态无功协调控制策略。传统直流换相失败时触发角与送端暂态电压关系密切,基于此,将暂态过程中根据触发角得出的无功补偿值附加到柔性直流逆变器外环无功环节中,调整柔性直流逆变器发出的无功功率,改善送端电网电压的暂态特性。对比分析所提控制策略与柔性直流定交流电压控制的控制性能。在PSCAD/EMTDC中搭建互联输电系统的仿真模型,结果验证了所提控制策略的适应性,且该控制策略的控制效果优于柔性直流定交流电压控制。     

双馈风电系统低电压故障保护方法的研究

提出一种基于串联动态制动电阻(SDBR)的低电压主动保护方法,在电网故障时吸收由于电网电压跌落引起的不平衡功率,保证故障期间双馈风电机组不脱网运行。分析SDBR对DFIG的暂态影响,提出SDBR的投切控制策略。根据低电压穿越(LVRT)规范对无功功率的要求,研究转子侧变流器无功补偿控制方式。利用PSCAD/EMTDC仿真平台,建立基于SDBR的双馈风电系统仿真模型,对三相对称故障时DFIG的低电压穿越能力进行仿真研究。仿真结果表明,串联动态制动电阻能够有效的抑制定、转子过电流,限制直流母线过电压,从而提高DFIG的低电压穿越能力,保证风电系统的不脱网运行。     

基于调相机与SVC协调的抑制高压直流送端风机脱网的控制策略

在大规模风电接入的高压直流送端电网中,针对发生直流故障后送端交流电压大幅波动导致的风机连锁脱网问题,探讨了直流故障导致风机连锁脱网的内在机理,分析了调相机和静止无功补偿器(SVC)在换相失败和闭锁过程中的动态无功响应特性;在此基础上,提出一种基于换流站侧调相机与风电场侧SVC协调的抑制高压直流送端风机脱网的控制策略:在换相失败和直流闭锁的不同时期,根据送端电压变化特点,分时发挥调相机自发无功响应能力、励磁控制能力和SVC无功调节能力,以抑制暂态压降或暂态压升的幅度超过风机脱网的保护阈值.最后,通过对测试系统和实际电网的仿真,验证了所提控制策略可有效抑制直流故障后送端暂态电压变化,降低风机连锁脱网的风险.     

DFIG风电机组串联耦合补偿低压穿越研究

双馈风电机组(doubly fed induction generator,DFIG)在电网电压故障以及故障恢复作用下的磁链变化将导致转子过电压或过电流,威胁转子侧的变换器。采用串联耦合补偿(series coupled compensation,SCC)的新型电压穿越方案,SCC通过耦合变压器串接在发电机输入端,它能克服电网多种故障对风电系统的影响。提出的控制策略有如下优势:能削弱故障下机组定子、转子电流暂态成分,克服了定、转子绕组不平衡发热的问题,延长了风电机组使用寿命;在电网故障下发电机组仍能平稳输出有功、无功功率;在整个故障运行过程中,DFIG系统转子侧变换器始终可控,从而为故障电网提供无功功率支持成为可能。在电网对称和非对称故障条件下,采用PSCAD/EMTDC建立了1MW DFIG风力发电系统模型,仿真结果表明该控制方案可以提高DFIG的故障穿越能力。     

基于超导磁储能和变流器重构的DFIG连续故障穿越方案

由高压直流输电系统换相失败引起的送端风电场母线低高电压连续故障,会对双馈感应发电机(DFIG)产生严重的暂态冲击,现有单一的风机低压、高压故障穿越方案难以完全适应此类连续故障穿越的要求。为此,提出了一种结合重构式网侧变流器与超导磁储能装置的软硬件协同穿越方案,以提升DFIG的连续故障穿越能力。在故障期间,网侧变流器由并联运行模式切换至串联运行模式,以维持定子端电压不变为目标,并控制转子侧变流器根据并网点电压自适应发出动态感性/容性无功电流。仿真结果表明,所提方案既可以维持DFIG的机端电压,又可以为电网提供无功支撑,有效地实现DFIG的低高电压连续故障穿越。     

构网型储能与调相机的暂态过电压抑制能力对比研究

高压直流输电系统出现闭锁、换相失败等故障时,会引起送端换流站附近新能源电站的瞬时电压波动并易导致其脱网。首先,分析了构网型储能开环控制策略的运行原理、响应特性和关键参数影响。然后,分析了调相机的无功响应特性,并将构网型储能无功控制模型与调相机的励磁调节控制模型进行对比。最后,搭建了包含特高压直流、光伏、调相机、构网型储能的半实物仿真系统,进行了直流换相失败故障下的交流暂态过电压抑制效果对比试验。结果表明,容量相同的构网型储能和分布式调相机在无功瞬时响应速度、抑制交流暂态过电压能力方面可以实现相近的效果。     

适用于高/低电压穿越的双馈风机协同控制策略及其稳定技术研究

针对双馈风电机组(doubly fed induction generator,DFIG),提出可提高DFIG高/低电压故障穿越能力的协同控制算法、系统稳定性约束条件以及控制参数的优化方法.在电网电压对称突变且硬件保护电路不投入运行时,该算法可加速定子磁链暂态分量的衰减,实现抑制转子侧变流器的过电压和过电流,提高DFI...     

风机故障穿越特性对大规模风电直流外送系统暂态过电压的影响及参数优化

随着高比例新能源发电越来越成为当前力争实现"碳达峰、碳中和"目标下的主力电源,特高压直流输电工程的陆续投运和大规模新能源的集中接入使得直流故障引发的暂态过电压问题日益凸显,严重威胁电网设备安全,影响特高压直流输电外送能力.新能源机组在暂态过程中的故障穿越特性作为与过电压水平密切相关的重要因素,亟待展开深入研究.从直流故障扰动后系统出现暂态过电压的机理出发,详细介绍了风电机组的低电压穿越特性及相关变量参数,通过某特高压直流输电工程中直驱永磁风机的算例展开了机组故障穿越控制参数对电压暂态特性的敏感性分析,并提出了风电机组控制策略和模型参数的优化建议.研究成果可为当前高占比新能源并网形势下电网的安全稳定运行提供参考.