双馈风机下垂控制对系统小扰动功角稳定的影响机理分析

附加下垂控制可以改善双馈风机响应系统频率变化的特性,但同时将改变其与系统同步机动态特性间的耦合关系,进而影响系统小扰动功角稳定特性。针对该问题,文章用阻尼转矩分析法研究了双馈风机下垂控制对系统小扰动功角稳定的影响机理。首先从双馈风机下垂控制的基本原理出发,针对扩展两机系统,分析了风电接入点频率与系统同步机频率间的关系,进而采用阻尼转矩分析法揭示了双馈风机下垂控制影响系统小扰动功角稳定的机理。在此基础上,分析了下垂控制增益对系统小扰动功角振荡模式阻尼的影响特性及其与风机接入位置、同步机惯性时间常数的关系。最后,利用模态分析法验证了理论分析的正确性。分析结果表明,双馈风机附加下垂控制对系统振荡模式阻尼的影响性质和程度与双馈风机接入位置和系统同步机惯性时间常数的分布相关。     

双馈风机与同步机小扰动功角互作用机理分析

研究风机与同步机动态间的交互作用机理对于揭示风电并网对电力系统小扰动功角稳定特性的影响,指导含大规模风电的电力系统稳定控制具有重要的理论价值和现实意义。该文针对单双馈风机单同步机无穷大系统,从动态响应互作用的角度分析双馈风机与同步机的交互作用机理。首先建立了同步机功角与双馈风机锁相环输出动态的小扰动分析模型。其次,基于小扰动分析模型解的特性,分析了不同锁相环输出动态对同步机功角动态响应的影响,以及同步机功角振荡对双馈风机锁相环输出动态的影响,揭示了双馈风机锁相环动态与同步机功角动态间的交互作用机理。研究结果表明,双馈风机锁相环和同步机动态间的交互影响与锁相环模态和同步机功角模态有关,当两模态振荡频率接近时,两模态阻尼特性将发生变化。最后,通过仿真与模态分析验证了该机理研究的正确性。     

风电机组接入对系统小干扰稳定性的影响研究

针对大规模风电并网后系统小干扰稳定性的变化情况,通过简单系统算例仿真,详细分析了不同风电渗透功率水平下,分别采用固定转速风电机组、双馈感应风电机组和永磁同步直驱风电机组并网对系统阻尼特性的影响,并且通过实际系统仿真算例,验证了分析结果.结合定速风机、双馈风机和直驱风机的仿真结果进行对比分析,对考虑风机并网后系统动态特性因素的风电机组选型提出了建议.     

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。     

适用于全风速工作区间稳定性分析的双馈风机二元导纳模型

实际工程运行数据显示,基于双馈感应发电机(double-fed induction generator,DFIG)的风电并网系统的稳定运行特性与风速密切相关。现有分析方法仅适用于特定风速条件下的稳定性分析,无法直接应用于系统全风速工作区间的振荡风险评估。为准确表征双馈风机全风速范围内的频域端口特性,该文将风速变量引入传统导纳模型中,并充分考虑频率耦合效应、直流母线动态及励磁等因素的影响,建立双馈风机风速-频率二元导纳模型,并提出基于二元导纳模型的稳定性分析方法以有效分析全风速区间的系统稳定性。最后,以双馈风机串补线路并网系统为典型案例进行仿真分析,仿真结果验证模型的准确性和分析方法的有效性。该研究成果可为新能源并网系统的全工作区间振荡分析与有效抑制提供重要参考。     

改进的双馈风力发电系统小干扰模型

基于双馈风力发电机转子运动方程,对双馈风力发电机组接入无穷大系统引发的负阻尼型低频振荡进行机理分析,寻找产生负阻尼的系统运行条件,以及影响系统阻尼的各个运行参数。基于李亚普诺夫原理,建立了改进的双馈风力发电机组小干扰稳定性模型,相比传统的双馈风力发电机组小干扰稳定性模型。该模型将风机的机械特性、轴系传动特性、发电机电磁特性以及定、转子侧的控制特性全部反映到风机的状态方程里,可以更加准确地反映风机接入系统后的振荡模态。仿真结果验证了上述模型的有效性,并对比了双馈风电机组处于不同运行模式不同控制方法下的系统模态。     

基于功率耦合的双馈风机并网系统同步控制技术

双馈风机处于虚拟同步运行时与同步发电机的功率耦合关系是合理设计控制参数、降低附加运行风险的关键。建立双馈风机并网系统的动态模型,分析处于虚拟同步运行时的双馈风机与同步发电机之间的功率耦合关系。分析风机同步并网耦合关系及控制参数对稳定性的影响,并引入耦合系数。基于此,提出基于功率耦合的双馈风机同步并网优化控制策略,通过动态调整风机虚拟惯量使双馈风机同步并网系统处于稳定运行区域,从而降低运行风险。最后,通过搭建双馈风机同步并网仿真系统验证了风电机组能够根据系统运行状态的动态变化提供虚拟惯量响应,从而为并网系统提供可靠的动态稳定支撑。     

基于匹配控制的构网型直驱风电场次同步振荡机理与特性研究

近年来,具有低时延和惯量同步等优势的匹配控制成为主流构网型控制方案之一,但基于匹配控制的构网型直驱风电场的次同步振荡机理及特性尚不明确。因此,该文建立构网型直驱风电场并网系统的小信号模型,通过特征值法分析了系统的振荡模态及参与因子,并借鉴同步机中阻尼转矩法分析构网型直驱风电场的次同步振荡机理。结果表明,构网型直驱风电场中匹配控制主导的振荡模态在强电网下呈现负阻尼特性,系统存在次同步振荡的风险,但匹配控制振荡模态相较于跟网型控制的锁相环振荡模态具有更好的弱电网适应能力;匹配控制振荡模态存在类似于同步机转子运动方程的动态特性,使得构网型直驱风电场可能发生弱阻尼振荡;减小交流电网强度或无功控制器积分系数,增大构网型直驱风机台数或无功控制器比例系数,能够增大匹配控制振荡模态的阻尼,降低系统次同步振荡风险。     

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。     

基于全特征值轨迹多项式逼近的双馈风机并网宽频振荡分析

高比例新能源接入下的电力系统振荡呈现宽频特性，其阻尼和振荡频率受系统参数影响显著。为避免运行参数变化和控制器参数设置不当造成系统失稳，亟须量化系统振荡模态与参数之间的关系并分析其背后隐藏的机理。文中提出了基于多项式逼近的全特征值轨迹计算方法，通过一系列多项式基函数的线性组合来准确描述系统所有特征值与多个参数之间复杂的隐式函数关系，得到特征值变化轨迹的显式表达式。针对双馈风机并网系统进行了详细电磁暂态建模，以单机无穷大系统和风火打捆外送系统为例，验证了所提方法的准确性，并利用特征值轨迹显式表达式分析了线路串补度、转子侧控制器比例和积分系数等重要参数对双馈风机并网系统次同步振荡、低频振荡等关键模态的影响。     

微电网电磁时间尺度相角稳定性分析

随着电力电子化的分布式可再生能源大规模接入电网,同步振荡和谐波失稳现象越来越受到人们的关注。相较于传统的电力系统,新型微电网更多地表现出负阻抗性、低惯性、负阻尼性和能量的双向流动性。基于此,文章提出了一种基于小信号的电磁时间尺度相角稳定性分析方法。首先,建立了电磁时间尺度电力变换器的小信号模型,通过系统相角与分布式电源无功功率的内在联系得到电力变换器的相角稳定性指标;然后,建立了电力变换器的闭环传递函数并通过特征值分析得到相角稳定域;最后,通过仿真和实验验证了所提的微电网电磁时间尺度相角稳定性分析方法。     

计及虚拟惯量与下垂控制的风火耦合系统小扰动稳定分析

风火耦合系统在我国北方电网中普遍存在。为了构建电网友好型风电场,主动频率支撑控制被引入风电功率外环,然而该控制可能会影响耦合系统的稳定特性。已有研究主要关注主动频率支撑控制对火电机组主导的机电振荡特性的影响,对风电机组主导的次同步振荡特性影响的研究不多。基于此,建立考虑主动频率支撑控制的风火耦合系统模型,分析在不同风电渗透率和不同锁相环阻尼系数下主动频率支撑控制对耦合系统中火电机组主导的机电振荡模态以及风电机组中锁相环主导的次同步振荡模态的影响,确定耦合系统中锁相环主导的次同步振荡模态的主要影响因素。为了探究主动频率支撑控制影响锁相环主导的次同步振荡的失稳机理,推导了耦合系统计及主动频率支撑控制时锁相环小扰动等效模型,通过复转矩法分析了主动频率支撑控制对锁相环主导的次同步振荡模态的影响。通过时域仿真验证了主动频率支撑控制参数对耦合系统稳定性的影响。     

计及无功电压环节的VSG虚拟转矩及振荡失稳机理分析

通过模拟同步发电机的机电暂态过程,虚拟同步发电机(VSG)技术成为并网逆变器接入电网的一个颇具吸引力的方案。然而,VSG也存在功率振荡现象,相关机理的研究有待开展。文中借鉴传统电力系统中的转矩分析理论,建立了计及无功电压环节的VSG小信号模型,并结合振荡模态,重新定义了虚拟转矩系数。然后,通过分析该系数与稳定性之间的关系,从数学上证明虚拟阻尼转矩不足将导致VSG出现功率振荡失稳。之后,以鲁棒下垂控制的VSG为例,给出了虚拟转矩系数的计算方法,并在PSCAD/EMTDC和VSG实验平台验证了该结论的正确性。最后,从系统初始状态、线路参数及控制器参数等多个角度出发,讨论了VSG无功电压环节对虚拟转矩系数及系统小信号稳定性的影响,可为VSG控制器设计和系统小信号稳定性分析提供依据。     

基于区域极点配置的风电系统弱阻尼低频振荡模式抑制

风电并网不仅影响原有低频振荡模式,而且可能引入新的模式。改善单个低频振荡模式,可能削弱其他模式阻尼。基于双馈风电机组详细建模,建立风电系统状态空间方程,选择控制变量和输出变量。考虑双馈风电机组出力变化,分析弱阻尼低频模式区域极点配置的必要性。兼顾电网原有及新引入弱阻尼低频模式,构建降阶模型。采用基于线性矩阵不等式的区域极点配置法,设计输出反馈控制器,将所有弱阻尼低频模式配置在设定区域,提高其阻尼比,并增加系统稳定裕度。算例分析表明,所设计控制器有效提高所有弱阻尼低频模式的阻尼,改善了风电系统振荡特性。     

可变速抽蓄机组与直驱风电机组联合运行系统的小信号稳定分析

可变速抽蓄机组与直驱风电机组联合运行系统含有大量电力电子装置,将引发系统稳定性问题.对此,基于水泵水轮机刚性管道模型与两电平变流器的平均值模型,在同步旋转dq0坐标系下,建立了二者交流并网联合运行系统的详细数学模型,采用特征值法进行系统的小信号稳定分析,并基于参与因子分析得到了影响不同振荡模态的相应参数,并进一步根据系...     

新能源采用同步电机对(MGP)并网暂态稳定性研究

新能源并网给电力系统稳定性带来了新的挑战,新能源采用同步电机对(motor-generator pair,MGP)并网成为一种可行的方案.本文首先给出了新能源采用MGP并网的结构及控制方法.然后建立该系统的数学模型,通过分析其功率传输模型和电磁机械耦合特性,揭示了控制参数、MGP的惯性和阻尼系数对频率和功率响应的影响规...     

双馈风电机组虚拟惯量控制对系统小干扰稳定性的影响

含虚拟惯量控制的双馈风电机组与电力系统的动力学特性存在耦合关系,而锁相环的跟踪能力将直接影响虚拟惯量的控制输入量,因此,考虑虚拟惯量控制的双馈风电机组在锁相环作用下,对系统小干扰稳定性的影响成为亟需解决的问题。首先,计及双馈风电机组的转子电压、锁相环、虚拟惯量控制、转子侧变频器、风电机组机械部分等暂态特性,建立了考虑锁相环与虚拟惯量控制的双馈风电机组并网的互联系统小干扰模型。在此基础上,考虑到锁相环与虚拟惯量控制均会影响同步发电机振荡模态,采用解析的方法从机理上揭示了二者共同作用下系统的小干扰稳定性,即对于含虚拟惯量控制的双馈风电机组,锁相环主要通过影响虚拟惯量对系统的参与程度进而影响系统阻尼:锁相环比例—积分(PI)参数越小,虚拟惯量控制状态变量对区间振荡模态的参与因子越小,机电振荡模态阻尼比越大,这与不含虚拟惯量控制的双馈风电机组中锁相环对系统阻尼特性的影响相反。仿真结果验证了所建模型的合理性与分析结果的正确性。     

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。     

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。     

基于极点配置的新能源并网附加阻尼控制策略

大量新能源经电力电子装备接入电网改变了电力系统的阻尼特性,导致同步发电机低频振荡问题凸显,对系统安全稳定运行构成威胁。虚拟同步发电机作为一种新型的变流器控制技术,有必要对新能源基于该技术接入系统的阻尼特性进行深入分析。首先,建立虚拟同步发电机控制器的数学模型与同步发电机模型。其次,以新能源并入单机无穷大系统为研究对象,基于小信号分析法分析该策略与同步发电机的运行特性耦合机理。最后,提出一种新能源并网的附加阻尼控制策略,并基于电力系统极点配置法,设计附加阻尼控制器以改善系统阻尼特性并抑制系统低频振荡,仿真结果验证了理论分析的正确性。