基于EMTP-RV的电网短路故障对风电场运行的影响研究

分析风电场并网运行时公共连接点母线的电压波动是由风电场输出的有功功率变化引起的.从异步电机作为负荷的等效电路出发,研究由双馈式异步发电系统构成的风电场单机等值模型.搭建由双馈风电机组构成的风电场的电力系统模型,分析了风电场并网运行特性.分析电网发生三相接地短路和单相接地短路故障时的风电场输出的有功输出、公共连接点母线无功电压波动以及系统频率的变化等暂态变化.     

双馈风电场群短路电流计算与故障分析方法

由于风电场群内各风电场的暂态特性存在较大差异,且各风电场及系统间存在较强的耦合关系,这些因素增加了风电场群接入后电力系统故障分析的复杂度。基于变流器的输入-输出外特性等值了变流器的数学模型,进一步给出了计及变流器控制影响的双馈风电机组暂态模型,分析了低电压穿越控制策略对短路电流的影响机理,并建立了双馈风电机组的短路电流计算模型。分析了故障期间风电场间的相互影响机理,提出了双馈风电场群的短路电流计算方法。采用RTDS建立含双馈风电机组实际控制器的物理实验平台,验证了所提出的双馈风电场群短路电流计算方法的准确性。在此基础上对双馈风电场群接入后的电网故障分析方法进行了探讨与分析。     

考虑不同故障穿越模式的双馈风电场短路电流计算等值建模

合理的风电场故障暂态等值建模是风电并网运行分析的基础。双馈风电场中各机组在故障时的运行点和故障穿越模式不尽相同,单机倍乘无法准确表征整个风电场暂态特性。以风电场输出短路电流一致为目标,理论推导不同故障穿越模式下单机输出短路电流解析式,以表征外界故障的电压跌落和表征风机自身运行点的转速作为分群指标,在故障不同阶段采用不同指标权重,建立风机相似度距离矩阵。基于层次聚类算法对风电场进行划分,按照输出短路电流不变的原则对同群风机参数进行等值。对比在PSCAD中搭建的风电场详细和等值模型,结果表明,所建立的等值模型可以全面描述风电场出口短路电流特性,等值方法合理有效。     

主动支撑电网的双馈风电场故障功率协调控制方法

风电持续开发建设使同步发电机渗透率降低,电力系统抗扰能力不断下降。双馈风电场(doubly-fed wind farm, DFWF)内部故障后,双馈风电机组(doubly-fed wind turbine, DFWT)的切除导致电力系统出现功率缺额,可能威胁系统安全稳定运行。为此,利用故障期间DFWT机械功率与电磁功率不平衡累积的暂态能量,提出了主动支撑电网的双馈风电场故障功率协调控制方法。分析了DFWF内部故障特征,提出了故障全过程功率协调控制的思想。推导了DFWF内部故障下DFWT的转速解析表达式,分析了DFWT暂态能量的特征并给出了最大暂态能量的计算方法。在此基础上,给出了DFWT功率支撑控制参考值与功率支撑控制时间的计算方法,并提出了DFWT故障功率协调控制策略。算例表明,DFWF故障功率协调控制可利用暂态能量最大限度地提供功率支撑,降低DFWF内部故障对电力系统的影响。     

风速波动下双馈机组风电场动态等值

由于风电场动态行为的复杂性,对每台风机进行仿真计算难以满足系统动态安全分析要求。如何建立合适的风电场动态等值模型,正确评价风力发电对电力系统可靠运行的影响,是非常重要而迫切的。分析了风速变化时风机控制系统作用下风电场动态特性,提出双馈风电机组的动态分群方法以及同群机组的风速等值模型。并对分群后双馈机组及其电气接线系统进行等值聚合,提出了多机表征的风电场动态等值模型。算例在不同工况、故障和风速变化下进行等值效果比较,验证了该方法的有效性和可行性。     

并网异步风电场短路特性的仿真分析

风速的随机性与间隙性使风电场经常处于不同的运行方式,合理的保护配置是保证风电场及接入系统稳定运行的卫士。短路特性是保护配置的前提和依据,针对恒速异步风力发电机组,讨论了其数学模型,分析了异步机组的电磁暂态过程,建立了风电场联络线路接地故障时,风电场提供的短路电流各序分量表达式,对影响风电场故障特性的主要因素进行了分析,并以PSCAD/EMTDC为平台建立风电场并网运行的仿真模型,研究了风电场投入系统容量、风速、故障类型、X/R对故障特性的影响,仿真结果与理论分析相吻合。研究结果表明风电场继电保护整定时应考虑这些影响因素,以提高风电场继电保护动作的有效性和可靠性。     

风电场并网线路单相接地故障单端测距误差特性分析

基于阻抗原理的输电线路单相接地故障单端测距精度受过渡电阻及线路对侧系统运行方式的影响。风电场总体表现出弱馈系统特征,但不同类型风电场的故障等值特性不同,使得风电场并网线路传统故障测距算法存在较大误差,且误差机理不明确。针对该问题,建模仿真了异步鼠笼、直驱永磁及感应双馈三种类型风电场运行特性,分别从并网线路系统侧及风场侧对比分析了负序、零序电流与故障点电压的相位差值。量化分析了不同风机类型及并网容量的风场等值序阻抗变化规律,给出了影响风电场并网线路测距精度的因素及作用机理。提出了不同类型风电场并网线路适用的故障测距策略及后续改进方向,大量算例仿真证明了所提故障测距策略的有效性。     

双馈变速风电机组短路故障仿真分析

目前国内广泛采用的风力发电机组有恒速和变速两种类型。传统直接并网的是笼型异步发电机,此类发电机的转速变化范围非常小,因此被认为是恒速风力发电机组,即不能根据风速的波动来调整转速。相对于变速风力发电机组即风轮驱动双馈异步发电机、励磁同步发电机或永磁同步发电机,在结构     

风电场集中并网对电网短路电流的影响研究

以榆林电网330 kV供电分区为研究对象,考察了常规火电机组和双馈风电机组接入电网对系统短路电流的影响及不同风电场装机容量对系统母线短路电流的贡献幅值,并研究了系统变电站、汇集站、串联方式和T接方式4种并网方式对系统母线三相短路电流的贡献幅值。研究结果表明：与常规火电机组相比,风电场提供给系统的短路电流较小,但随着风电场装机容量每增加50 MW,并网母线三相短路电流增幅0.34 kA左右,且风电场提供给系统母线的短路电流随着装机容量逐渐增加,增幅却逐渐降低;在4种风电场并网方式中,汇集站并网方式引起系统短路电流增幅最小,系统变电站直接并网引起系统短路电流增幅最大。     

双馈感应电机风电场对电网电压的影响

介绍了双馈感应电机(DFIG)的数学模型,分析了风电场并入电网后对电网静态电压的影响因素,包括风电场输出功率、风电场接入点以及风电场功率因数等因素。以洋前风电场并入湛江市电网实际工程为例,将风电场等效为PQ节点,仿真研究了风电场输出功率、风电场接入点以及风电场功率因数对电网静态电压的影响;仿真结果证明了理论分析的正确性。     

双馈感应风电机组联网运行仿真及实证分析

随着风电并网规模的不断扩大,风电功率波动对所接入电力系统调峰、调频等运行性能的影响将越加显著。为获得双馈感应风电机组联网运行特性并校验所建模型的有效性,进行了接于实际电力大系统的风电场短路试验。通过对实测数据的分析辨识出风电机组的动态特性;基于所建模型对短路试验进行了仿真重现。实测结果与仿真结果相吻合,验证了所建模型的有效性。     

大型风电场并网运行的问题及其对策

随着国家能源结构的调整,并网运行的风电规模迅速增加,对大规模风电集中并网引发相应的安全问题如何评估和解决是风电发展过程中急需解决的问题。文章结合大规模风电场集中接人后电网的调频能力、无功电压控制、电能质量等方面的影响进行分析,并提出相应的对策和建议。     

电网对称故障时双馈感应发电机不脱网运行的系统仿真研究

利用经实验验证的时域仿真模型对一典型的2MW双馈感应风力发电系统在电网对称故障时的控制和响应进行仿真研究。与在电网故障时将转子端部直接短接的保护方案相比较,采用所提出的电网故障励磁控制与正常运行时的风能跟踪控制相结合,可以保证发电机迅速恢复有功输出,从而提高整个电力系统在故障切除后的运行稳定性。针对电网对称故障时发电机不脱网运行的可控范围进行仿真计算的结果表明:典型双馈感应风力发电机可在电网故障引起发电机变压器系统侧电压最低下降到30％额定电压时仍可保持不脱网运行。对影响电网故障励磁控制性能的各种因素,包括发电机故障前初始运行点及电机参数进行了研究,发现适当增加发电机漏感或定予侧电阻有助于进一步提高电网故障时励磁控制的效果。     

基于戴维南电路的双馈风电场动态等值方法

根据双馈感应发电机（DFIG）的3阶简化动力学模型,提出了基于戴维南电路的双馈风电场等值方法。首先,根据风电机组的功率—转速特性对含风电场的电力系统进行快速潮流计算,确定各DFIG的初始运行点,应用离线计算确定DFIG暂态内电势动态特性发生显著变化时所对应的风速上、下界,据此将DFIG分群;接着,通过理想变压器将同群DFIG戴维南等效电路中的暂态内电势节点移置到公共等效母线上,并借鉴同步发电机参数聚合方法求取等效风电机组电气参数,按照总机械功率不变的原则,在设定的等效风电机组功率—转速特性基础上,推导出等效注入风速及等效机转速;最后,进行网络化简,消去移相变压器及其他联络节点,得出等效DFIG与公共连接点之间的电气连接。对6机双馈风电场算例的仿真表明：单机等值方案稳态精度较好,但动态误差偏大;按照DFIG机电暂态特性分群的3机等值模型兼具较高的稳态与动态精度,能较好地适用于内部连接复杂且注入风速相差较大的风电场。     

电网故障下并网异步风电机组的暂态特性分析

研究了由笼型和双馈型异步风电机组组成的风电场并网后风电机组的暂态行为,并对比分析了在同一接入点接入不同比例容量的笼型异步发电机和双馈异步发电机时,外部三相短路故障对风力发电机组电压和转速的影响。提出了在双馈型风电机组中采用一种PI控制器,以提高风电场的稳定运行能力的方案。仿真结果表明,故障清除后,能有效地提高风电机组的稳定运行能力。该试验结果可为风电场的建设提供参考。     

双馈机组风电场动态等效模型研究

针对大型双馈机组风电场,提出一种新的动态等效建模方法.该方法以双馈风电机组桨距角控制动作情况作为机群分类原则,通过提取反映桨距角控制动作的特征向量,并将其作为支持向量机的输入,从而进行双馈风电机组的动态分群以及同群机组的合并、等效.在此基础上给出了等效模型的参数计算方法,得出以3台风电机组表征的风电场等效模型.与传统等效建模方法的对比结果表明,所提出的三机表征模型能够更准确地反映双馈机组风电场并网点的动态特性.     

应对电网电压骤降的双馈感应风力发电机Crowbar控制策略

双馈感应发电机(doubly fed induction generator,DFIG)具有有功、无功功率独立调节的能力及励磁变频器所需容量小等优点,在风力发电系统中得到了广泛应用,但由于励磁变频器的容量较小,使其在电网故障下的控制能力受到限制。为保护励磁变频器,需要采用Crowbar装置在电压骤降时为转子浪涌电流提供通路,并限制转子电流增大。文章提出了一种Crowbar控制策略,能有效抑制转子过电流、直流母线过电压以及电磁转矩的振荡,并可向电网注入无功电流以帮助电网电压的恢复。仿真结果验证了这种控制方式能使DFIG在大幅电压骤降故障下实现不间断运行,有效提高了DFIG风电机组运行的可靠性。     

含主动轴系扭振阻尼的并网双馈风电场惯量控制方法

电网中风电容量的增加,使得电力系统等效惯量减小、频率稳定性下降。为避免此风险,各国电网并网导则要求大规模风电场参与系统调频,并能提供类似同步发电机的惯量响应。本文基于时域仿真并辅以特征值分析,研究了风电场惯量控制对风电机组及电力系统运行特性的影响。传统的风电场惯量控制方法有益于电力系统频率稳定,但仿真结果揭示该控制会减小风电机组轴系扭振的阻尼,严重时将导致机组转速振荡失稳。为解决此问题,提出了含主动轴系扭振阻尼的风电场惯量控制方法,在满足并网导则有关惯量控制要求的同时可有效避免机组发生轴系扭振失稳。仿真结果验证了控制方法的有效性。     

风电场同调动态等值研究

以往在对双馈风电机组进行同调判别时,常将发电机端口的有功功率及无功功率受扰轨线作为观测量。但由于有功功率及无功功率不是系统的状态量,将其作为同调判别的观测量可能带来一定误差。基于同步发电机及异步电动机的同调判别方法,指出应选择主导模式中参与因子较大的状态量作为观测量。即基于特征根技术,提出双馈风电机组的同调判别应以转子电流为观测量。同时,还提出综合风电机组初始运行点及动态特性的两步分群方法,即先根据风电机组的初始风速进行首次分群,然后基于风电机组的动态特性再次分群。该方法不仅能够较准确地估算等值机的等效风速,还可以使等值系统的动态特性与原系统尽可能一致。最后通过仿真算例验证了所提方法的可行性。