双馈风电机组故障行为及对电力系统暂态稳定性的影响

由于双馈风电机组具有不同于同步发电机的运行特性,且不同型号双馈风电机组在实现故障穿越时采用不同的控制策略,造成大规模风电并网的电力系统暂态稳定性发生变化。文中通过对双馈风电机组控制特点及故障行为的深入研究,指出双馈风电机组的故障行为由故障穿越运行控制策略决定,并给出其等效外特性。基于等面积定则定性分析了双馈风电机组接入单端送电系统后,其故障行为对系统暂态稳定性影响的机理。在理论分析基础上进行了时域仿真验证,仿真结果表明,故障期间减小双馈风电机组有功给定值、增加无功注入控制比例系数有利于系统的暂态功角稳定性,故障清除后有功恢复控制对系统的暂态功角稳定性影响不大,验证了所提理论分析的正确性。     

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。     

双馈型风电集中接入对暂态功角稳定的影响分析

大规模双馈型风电集中接入对电网中传统同步机组暂态功角稳定有重要影响。以含双馈型风电集中接入的单机无穷大系统为对象,分析了风电对暂态功角稳定的影响。首先根据三相短路故障下具备低电压穿越能力的双馈风电机组暂态特性,得到了其阻抗等效模型。其次,推导了双馈型风电直接接入与等容量替换同步机时的系统同步机功角特性方程,并分析了风电接入比例与传输线电抗对功角特性方程的影响,以及两种风电接入方式对系统加减速面积、不稳定平衡点、稳定裕度的影响特性。然后,利用等面积准则分析了双馈风电接入对暂态功角稳定的影响。研究结果表明,双馈风电直接接入时,同步机暂态功角稳定性降低;等容量替换同步机时,同步机暂态功角稳定性提高。最后,通过仿真验证了理论分析的正确性。     

具有低电压穿越能力的集群接入风电场故障特性仿真研究

结合风电机组的结构和并网原理,对直驱风电机组提出了"卸荷电路+无功补偿"的低电压穿越改进控制方法,对双馈风电机组采用了DC-Chopper和SDBR(series dynamic braking resistor)代替Crowbar的低电压穿越改进控制方法。以PSCAD为平台分别构建了具备低电压穿越能力的直驱风电机组和双馈风电机组的并网仿真模型;结合风电并网技术规程,采用电压跌落器仿真验证了直驱、双馈风电机组在电网电压跌落下的低电压穿越能力。参照新疆达坂城实际风电场群接入系统方案,构建了包含具备低电压穿越能力的直驱、双馈风电机组的集群风电场仿真算例,研究了风电场送出线故障、集群风电场送出线电压跌落、系统线路电压跌落时风电场群故障穿越特性。仿真结果表明:集群接入风电场送出线电压跌落会影响相邻风电场及系统的电压和频率,故障结束后整个风电接入系统可以在风电接入技术规程要求的时间内恢复至稳态运行状态。研究成果有助于分析风电大规模集群接入系统的运行特性,提高电力系统对风电的接纳能力。     

基于双馈风电机组的分布式动态无功支撑系统

充分挖掘风电机组的无功电压调节能力对改善电力系统的电压稳定性有重要意义。首先定量分析了实际商用双馈风电机组的无功调节能力及限制因素,指出双馈风电机组具备较强的无功功率输出和吸收能力。继而提出了一种利用双馈风电机组的电力系统分布式动态无功支撑系统的构想及其实现方案。该系统可充分发挥双馈风电机组的动态无功调节能力,有效提高电力系统的动态无功储备,并显著改善双馈风电机组接入电网的电压稳定性。实际浙江电网的仿真结果验证了该技术的可行性和有效性。     

大型风电场对电力系统暂态稳定性的影响

对大型风电场接入后的电力系统暂态稳定性进行了研究.从理论上分析了基于双馈感应电机的风电机组的暂态稳定机理;基于双馈风电机组的动态数学模型,通过仿真计算研究了大型风电场并网对电力系统暂态稳定性的影响,分析比较了在同一接入点接入双馈风电机组与接入同步发电机组对电力系统稳定性的影响,仿真计算进一步验证了理论分析的结果;最后得出结论:基于双馈风电机组的风电场对电力系统暂态稳定性的影响要好于在同一接入点接入相同容量的同步发电机组.     

双馈型风电机组的惯性控制

在分析双馈风电机组运行特性和控制策略的基础上,提出双馈风电机组的惯性控制策略.该策略附加一个频率控制环节来为风电机组的有功功率控制系统提供一个额外的有功参考信号,进而使风电机组能够及时响应系统频率来调整其有功输出.通过对含风电装机容量系统的仿真分析,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.     

考虑过渡电阻的风机并网对电力系统稳定性的影响

大规模双馈风电集中接入对电网中传统同步机组暂态功角稳定有重要影响。将双馈风电机组近似等效为恒功率源,基于等面积定则分析了不同故障时段双馈风机等容量替代同步机组时同步机组暂态功角的变化,考虑了不同三相接地故障过渡电阻对同步机组功率特性的影响,据此分析了风电场并网运行时对系统暂态稳定影响的机理。理论分析表明,当过渡电阻值较小时,双馈风机接入增强了系统暂态功角稳定性,当过渡电阻值较大时,可能降低了系统暂态功角稳定性,对风机并网产生不利影响。通过PSCAD/EMTDC仿真验证了所提观点的正确性。     

基于转子动能控制的双馈风电机组频率控制改进方案

针对传统转子动能控制的转速恢复过程对频率响应的不利影响,提出了一种基于转子动能控制的双馈风电机组频率控制改进方案。该方案通过引入恒定附加功率,使双馈风电机组在释放转子动能后稳定运行在较低转速,待系统频率恢复稳定后再进行转速恢复,从而达到改善频率响应特性的目的。基于MATLAB/Simulink搭建了含双馈风电机组的四机两区域仿真模型,并对所提方案进行了仿真验证。仿真结果表明,相比于传统的转子动能控制方法,所提出的改进方案能有效改善转速恢复对频率响应的不利影响,提升风电机组参与系统调频的效果。     

基于运行状态评估的双馈风机自适应虚拟同步发电机控制EI北大核心CSCD

双馈风机机械与电气解耦,使得接入电网总有效转动惯量降低,增加电网频率调节压力。分析了双馈风机通过虚拟同步发电机控制实现对系统频率响应技术,研究了双馈风机在调频过程中在不同运行工况下能量变化评估方法,提出基于机组状态评估的双馈风机自适应虚拟同步发电机控制。在理论研究基础上进行时域仿真,结果表明,基于运行状态评估的双馈风机自适应虚拟同步发电机控制在不同出力水平下可以对系统频率提供有效支撑,提高系统频率稳定性,同时调频过程中保证机组运行稳定。     

TCSC提高大容量风电接入系统的稳定性及控制策略

大容量风电的接入使得系统的稳定性发生变化。本文推导出了含有大容量风电的网络暂态能量函数的表达式,分析了大容量基于双馈感应电机(DFIG)的风电机组接入系统后暂态能量在网络中的分布特性。根据大容量基于DFIG的风电机组接入系统,暂态能量的分布同样具有聚积性的特点,分析了可控串联补偿装置对系统暂态稳定性的影响,并以网络能量函数为依据提出了仅依赖于支路信息的控制策略。以单机无穷大系统和New England 10机39节点系统为算例进行了仿真计算,结果表明了所提控制策略可以有效提高系统暂态稳定性,并能改善风电场在电网发生故障后电压的恢复。     

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。     

矩阵变换器的双馈风电系统最大风能捕获研究

根据双馈风力发电系统的特点,采用矩阵变换器作为其交流励磁调节装置,结合定子磁链定向控制策略,建立了变速恒频风电系统控制模型。为提高风力发电系统的效率,提出一种无需检测风速和功率信号且算法较为简单可靠的最大风能捕获方法。利用Matlab/Simulink对亚同步速、同步速、超同步速3种典型工作状态下的运行特性进行仿真分析。结果表明,该方法实现了有功、无功功率的解耦控制和最大风能的捕获控制。     

改进的配电网双馈风电场电压控制策略

结合双馈风电机组(doubly-fed induction generators,DFIG)的运行特点,提出了一种改进的适用于与配电网连接的双馈风电场的电压控制策略,其中既包括了传统的通过无功功率控制电网电压的方法,也包括电网负序电压的补偿控制策略。以双馈风电系统的功率关系为基础,给出双馈风电机组不同运行状态下的无功功率的计算方法,阐述双馈风电机组的无功功率控制方法及通过风电场无功功率控制电网电压的方法。针对电网电压不平衡的情况,给出通过双馈风电机组抑制电网负序电压影响的控制方法,分析了双馈机组的控制电网负序电压的限制条件和控制策略。由双馈风电机组构成的与配电网连接的风电场的仿真结果验证了所提出的电压控制策略的有效性,仿真结果表明这种电压控制方法可以有效地提高电网及风电场运行的稳定性。     

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。     

双馈风力发电系统最大风能追踪控制的研究

在分析了风力机功率特性和DFIG运行特性的基础上,通过对双馈机转速控制进行最大风能追踪具体过程的深入研究,提出了一种基于最大风能追踪的双馈电机有功、无功功率的解耦控制方法。建立了基于发电机定子磁链定向矢量控制的双馈风力发电系统最大风能追踪系统模型,并利用PSCAD/EMTDC对其进行仿真,结果验证了控制策略的正确性。     

双馈式风力发电系统低电压穿越技术分析

随着风电穿透功率的急剧增加,风力发电对地区电网稳定性的影响不容忽视,双馈式风电系统低电压穿越技术的研究成为热点问题。介绍了欧洲部分国家低电压穿越的标准,详细分析了双馈感应发电机在电网电压跌落时的暂态特性,总结和分析了双馈式风力发电系统低电压穿越功能的实现方案,并对双馈式风力发电系统低电压穿越技术的发展趋势进行了展望,指出在风电场规划设计阶段,必须慎重选择并网点,同时定制具有相应低电压穿越能力的风机。     

双馈风力发电系统的建模与运行特性研究

双馈风力机是一种绕线式异步发电机,可以实现变速恒频运行,提高风能利用率,并减少对电网稳定性的影响。本文对双馈风力系统的结构进行了研究,分析了其实现最大风能捕获的工作原理,建立了风力发电机的数学模型,并分析了基于定子交轴电流和直轴电流的有功功率、无功功率解耦控制的基本原理,然后讨论了双馈风力发电机在两种运行状态的能量流动过程,最后运用Mtlab/Simulink仿真分析了双馈风力发电机的运行特性,验证了理论分析的正确性。     

考虑风速分区的双馈风机并网小干扰稳定分析

双馈风机并网对电网小干扰稳定性的影响,双馈风机低于额定风速运行时,根据功率特性和机械特性将其分为最大功率跟踪区和恒转速区2个分区。针对双馈风机-无穷大系统,采用李雅普诺夫线性化方法,分别建立最大功率跟踪区和恒转速区13阶小信号模型,采用特征根分析法,对比分析了各分区变换器控制器参数和风速对双馈风机-无穷大系统小干扰稳定性的影响。算例结果表明：2个分区内系统小干扰稳定的参数可行域不同,系统小干扰稳定特性不同,低于额定风速下进行分区研究可以更加精确地评估风机并网的小干扰稳定特性。     

基于PSCAD的2MW双馈风力发电机组低电压穿越能力研究

随着以变速恒频双馈异步发电机为主体的大型风力发电机组在电网中所占比例的迅速提高,电力系统对并网风机在外部电网故障,特别是电网电压跌落下的不间断运行能力提出了更高的要求。首先介绍了德国EON风力发电系统低电压穿越标准,在定子磁链定向的基础上推导了双馈风力发电系统的有功无功解耦控制策略,最后在PSCAD中建立了具有Crowbar保护电路的2 MW双馈风力发电系统模型。仿真结果表明双馈风力发电系统具有很好的电压风穿越能力,正常运行状态下能够实现单位功率因素运行。