风电柔直并网虚拟阻抗次同步振荡抑制策略

直驱风电场经柔性直流输电系统并网送出存在次同步振荡风险。首先,在建立直驱风电经柔直并网系统模型的基础上,采用失稳特征根模态分析方法,研究了V/F控制模式下系统次同步振荡模态的参与变量与参与因子。其次,以抑制系统次同步振荡为目标,提出了在柔直换流站电压外环控制器中配置高通滤波器等不同形式下的虚拟阻抗控制策略,且解析了阻抗参数的选择范围及其原则,并采用阻抗分析方法研究了阻抗控制器对系统阻抗特性的影响以及规律。最后,基于MATLAB电磁暂态仿真验证了所提次同步抑制策略的有效性及其参数解析计算的正确性。     

基于转矩法的双馈风电场经柔直并网系统次同步振荡分析EI北大核心CSCD

从电磁转矩角度研究双馈风电场经柔直并网系统的次同步振荡。首先推导电磁转矩与转速之间的幅频关系,发现定子电流受柔直控制器影响,即通过电磁转矩实现风机与柔直的耦合;然后分析该模型电磁转矩的频率响应,分析结果表明在特定频率范围内电磁转矩呈现负阻尼特性引起系统次同步振荡;基于转矩的幅频响应,进一步研究柔直控制器参数和稳态工况对系统稳定性的影响,结果表明增加控制器的比例系数和减少积分增益都对系统稳定性不利;最后通过PSCAD/EMTDC时域仿真验证理论分析的正确性。     

SVG对直驱风电场次同步振荡特性影响分析

针对静止无功发生器(static var generator, SVG)接入弱交流电网诱发直驱风电场次同步振荡(sub-synchronous oscillation, SSO)的现象,构建含SVG直驱风电联网系统线性化模型,基于特征值分析法,研究SVG控制参数、电网强度对系统稳定性及SSO特性的影响规律。研究结果表明,弱电网条件下,SVG电流内环控制是诱发直驱风电场联网系统SSO的主导环节;SSO的振荡幅值和频率与SVG控制器的电流内环比例、积分系数及电网强度多个因素相关。最后,通过PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真和时频分析验证理论分析的有效性。     

直驱风电场经柔性直流输电并网的宽频振荡特性分析

随着可再生能源渗透率的提高，电力系统中电力电子装置不断增加，装置间相互影响会诱发频率从几赫兹到数千赫兹范围内的宽频振荡。针对直驱风电场(Direct-Drive Wind Forms, DDWFs)经柔性直流输电(Voltage Source Converter based High Voltage Direct Current, VSC-HVDC)并网引发的宽频振荡问题，基于DDWFs经VSC-HVDC并网系统动态数学模型，建立了小信号模型与阻抗模型。进而采用特征值分析法对振荡模式进行了分析，并验证了“负电阻”理论在该系统宽频振荡机理分析中的适用性。最后结合特征值分析法和阻抗法全面分析了参数变化对振荡特性的影响，并利用PSCAD/EMTDC验证了上述分析的正确性。结果表明，可以基于特征值分析法和阻抗法进行参数调整以减小宽频振荡幅值。     

大规模直驱风电场次同步振荡的影响因素分析

针对哈密地区大规模风电场在无串补情况下发生的次同步振荡现象。文中在PSCAD/EMTDC软件上搭建了多机直驱风电场无串补输电系统模型,结合特征值分析法研究了风速、网侧控制器参数、风电汇集点短路比和火电机组出力对次同步振荡特性的影响,并进行仿真验证。结果表明:无串补情况下,风电场在各风段均有可能发生次同步振荡,风速小,振荡频率高,风速大,振荡频率低。网侧控制器比例增益越大,振荡频率越小,积分增益越大,振荡频率越大。短路比越小,系统发生次同步振荡的可能性越大。低功率运行时,火电机组出力在50%～80%范围内,系统发生次同步振荡的可能性最大。     

用于次同步振荡分析的直驱风电场等值模型

实际风电场具有风电场数量多、运行工况呈分散性等特点,对风电场进行恰当的等值建模具有实际工程意义。针对由电流内环主导的直驱风电场次同步振荡的等值建模问题,参考同步发电机组建模研究工作,结合K-means分群方法与相似变换原理建立多机并联直驱风电场主导振荡特性保持的等值模型。通过改变电流内环控制参数,对比分析详细模型（考虑风机并网台数,集电线路差异）与等值模型振荡特性差异。研究结果表明:基于相似变换原理搭建的直驱风电场等值模型可以准确反映系统主导振荡特性,有效降低模型阶数,提高仿真速度。     

基于SISO序阻抗的直驱风场经柔直输电系统中频振荡机理分析及抑制EI北大核心CSCD

直驱风场可通过柔性直流实现大容量、远距离输电。目前已有诸多研究表明直驱风场经柔直输电系统面临着次同步或高频振荡问题。然而,也可能存在一种频段介于两者之间的中频振荡现象,值得进一步研究。为此,该文基于直驱风场经柔直输电系统的单输入单输出(singleinputsingle output,SISO)等效序阻抗模型研究该互联系统的中频振荡机理。然后,据此分析直驱风场和柔直换流站参数对该中频振荡特性的影响,分析结果得到了仿真验证。最后,该文还提出基于虚拟阻抗的阻抗重塑控制,并通过仿真验证所提控制策略对抑制直驱风场经柔直输电系统中频振荡的有效性,对于实际工程具有参考意义。     

风电柔直并网中次同步振荡抑制策略

基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter, MMC)的柔性直流输电技术已成为大规模远距离风电并网的重要解决方案。但由于MMC自身含有大量电力电子装置,存在引发次同步振荡的风险。针对次同步振荡问题,提出一种计及风机转子侧和环流抑制器的附加阻尼控制策略,在建立风电并网模型的基础上,采用阻抗法对次同步振荡的产生机理进行进一步分析研究。通过MATLAB/Simulink进行仿真试验。结果表明,控制策略能更快地抑制振荡,更好地提高电能质量,同时验证了方法的可行性和正确性。     

基于深度强化学习的风电柔直并网系统次同步振荡抑制方法

风电柔性直流换流站与风机交互导致的次同步振荡严重威胁电网安全稳定运行。深度强化学习算法可以有效地应对风电柔直并网系统多变的运行工况。提出了一种基于深度强化学习的振荡抑制方法。首先,基于柔直送端变流器的数学模型和机理,设计了系统的环境状态合集、可行动作集及奖励函数。为了应对所设计的环境状态合集中的电流变量及电压变量均为连续量带来的维数灾问题,继而采用深度确定性策略梯度算法进行可行动作集的动作决策探索。最后通过仿真系统在多变运行工况下对该方法的有效性和鲁棒性进行验证,仿真结果表明所提方法能够充分地适应海上风电柔直并网系统的多风速运行条件,并能在短时间内有效抑制振荡。     

直驱风电场经柔直送出系统近工频正/负序振荡机理分析

近期,某实际新能源经柔直送出系统出现了40～60 Hz的近工频正序和负序振荡现象,导致新能源降出力运行。新能源经柔直送出系统的近工频振荡较其他频段振荡的机理更为复杂,影响因素更多。针对直驱风电场经柔直送出系统近工频振荡稳定性问题,建立了含正/负序控制的直驱风电机组和柔直送端模块化多电平换流器(modular multilevel converter, MMC)的精细化阻抗模型,从阻抗特性角度揭示了直驱风电场经柔直送出系统产生近工频正/负序振荡的机理;定义了参数相位裕度灵敏度,量化分析了直驱风电场柔直送出系统近工频振荡稳定性的关键影响因素。最后,搭建直驱风电场经柔直送出系统的电磁暂态仿真模型,仿真复现了实际系统的近工频正序和负序振荡现象,并验证了近工频振荡机理分析的正确性。     

适用于次同步振荡分析的直驱式风电场等值方法

为解决大规模直驱式风电场阻抗建模困难和数值仿真节点限制的问题,基于阻抗分析法的核心原理,以等值前、后直驱式风电场外阻抗特性相一致为目标,提出了适用于次同步振荡分析的直驱式风电场等值方法。该方法包括基于阻抗灵敏度分析的分群聚合和基于遗传算法的等值降阶2个步骤。分别以风电场含相同型号直驱风机和不同型号直驱风机为例,对等值前、后的直驱式风电场外阻抗特性进行对比分析。结果表明,所提方法能够实现大规模直驱式风电场模型的等值降阶,等值前、后的直驱式风电场外阻抗特性较为接近,其等值误差能够被量化。     

大容量风电场柔直并网系统的送/受端次同步振荡分析与抑制

电力系统中风电渗透率不断升高,系统送/受端次同步振荡受到送端风电控制系统参数、送端风电场风速、受端发电机出力及交流线路长度等因素影响。为了通过抑制风电出力不确定性来降低以上因素导致系统出现送/受端次同步振荡的可能性,建立了大容量风电柔直送出、受端含常规机组的试验系统模型。基于特征值分析法对系统送/受端的振荡机理进行了分析,并对次同步振荡的产生原因和影响因素进行分析。最后,依托静止同步补偿器建立了基于H∞理论的鲁棒控制器用以抑制系统次同步振荡,并在DIgSILENT/PowerFactory仿真平台上搭建算例系统,仿真验证了无论风速为何值时所设计的控制器对送/受端次同步振荡均有较好的抑制效果。     

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。     

直驱风电场与LCC-HVDC次同步交互作用的扰动传递路径及阻尼特性分析

当直驱风电场距离电网换相型高压直流输电(line-commutated-converter based high voltage direct current,LCC-HVDC)的整流站较近时,两者间的次同步交互作用机理及特性尚不明确,现有分析方法难以揭示扰动传递过程及子系统间的耦合关系。针对上述问题,该文首先建立直驱风电场经LCC-HVDC送出系统的线性化模型,并基于系统闭环互联传递函数框图揭示次同步频率扰动在直驱风电场与LCC-HVDC之间的传递路径。然后,通过阻尼重构分离出次同步交互作用对次同步振荡(sub-synchronous oscillation,SSO)模式阻尼的影响,并分析控制器参数对SSO模式阻尼的影响。结果表明,直驱风电机组直流电容主导的SSO模式存在不稳定风险;直驱风电场与LCC-HVDC之间的扰动传递路径呈现"8"字型耦合关系,导致两者间存在次同步交互作用;直驱风电机组外环、LCC-HVDC定电流控制器的比例系数增大或积分系数减小时,SSO模式阻尼增大。     

虚拟同步直驱风电场经MMC-HVDC并网的低频振荡特性分析

虚拟同步直驱风电场经功率同步环与模块化多电平换流器柔性直流(MMC-HVDC)输电互联,将存在低频振荡风险。考虑MMC-HVDC和直驱风机网侧换流器以及转子侧换流器内部的动态过程,首先建立虚拟同步直驱风电场经MMC-HVDC并网的小信号模型,并通过精细化电磁暂态仿真验证其准确性。随后,利用根轨迹方法,分析风电功率波动和交流系统强度变化对互联系统稳定性的影响,设计功率变化时虚拟同步直驱风电场的参数整定方法。结果表明,由于功率外环和MMC-HVDC送端整流站电压环作用,在风电场输出功率增大和交流系统强度降低的过程中,互联系统存在低频振荡现象。通过合理调整锁相环、虚拟同步机(VSG)有功环和MMC-HVDC送端整流站电压环的控制器参数、改变VSG阻尼项形式,可以抑制振荡并实现稳定运行。     

采用VSC-HVDC并网的直驱风电场次/超同步振荡特性

风电、光伏经由高压直流输电系统并网外送已经成为大规模可再生能源基地的主要输送方式。对于风电引发的次/超同步振荡问题,尤其是直驱风电机组与柔性高压直流(VSC-HVDC)输电系统之间相互作用引发的次/超同步振荡问题值得深入研究。首先,分别建立直驱风电机组与VSC-HVDC的动态模型,并深入分析与推导两者之间的接口矩阵与接口动态方程,进而得到直驱风电机组经VSC-HVDC并网外送的完整动态模型。在此基础上,采用特征值分析法计算得到各振荡模式的参与因子,并根据模式参与因子判断出次/超同步振荡模式之间存在阻尼耦合。通过PSCAD/EMTDC进行时域仿真,验证了模型与特征值分析结果的正确性。进一步深入分析风电并网距离/阻抗、直驱风电机组机/网侧控制器与VSC-HVDC送/受端控制器参数对次/超同步振荡阻尼特性的影响,结果表明:同一个控制器参数可同时影响多个次/超同步模式,同一个次/超同步模式可同时受多个控制器参数影响,并且这种阻尼耦合的影响可能趋同(调节控制器参数,耦合的两种模式的阻尼比同向变化),可能趋反(调节控制器参数,耦合的两种模式的阻尼比反向变化),也可能趋同与趋反同时存在。     

基于次同步模态能量的双馈风机并网系统次同步振荡能量分析与溯源方法研究EI北大核心CSCD

该文提出一种次同步模态能量(sub-synchronous modal energy,SSME)方法,用于双馈感应发电机(doubly-fed induction generators,DFIG)并网电力系统的次同步振荡(sub-synchronous oscillation,SSO)分析和溯源。首先,通过广义哈密顿理论构建并分析了DFIG并网电力系统的SSME结构,证明了DFIG子系统或外送线路子系统的SSME方向是判断SSO源是否在该子系统内的充分必要条件。在此基础上,提出一种基于子系统SSME的SSO溯源方法,通过监测子系统SSME的方向,可以判断SSO源是否在子系统内。最后,构造了负阻尼与强迫类型的SSO场景以证明所提出的基于SSME的溯源方法的性能,并与现有暂态能量流(transient energy flow,TEF)方法进行了比较。时域仿真结果验证提出的SSO溯源方法的有效性,并表明其比传统的TEF方法具有更好的可靠性。此外,基于该文的SSME方法有望实现风机振荡参与度评估。     

适用于次同步振荡研究的直驱风电场等值建模

针对当前直驱风电场次同步振荡研究缺乏合适的等值模型这一问题,首先对单台直驱风机并网系统进行小信号建模及参与因子分析,得到了影响直驱风机次同步振荡的主导参量;接着将这些主导参量作为直驱风电场等值建模的聚类指标,利用SOM神经网络聚类算法对风电机组进行聚类,并借鉴同调等值法原理整定了风电机群的运行状态。最后,在PSCAD/EMTDC上建立了风电场等值模型,通过比较等值模型对实际风电场的等值效果,验证了直驱风电场等值建模方法的合理性。     

基于自抗扰控制的直驱风电场次同步振荡抑制策略

近年来,我国西部地区频繁出现直驱风电场与弱交流电网之间相互作用引发的次同步振荡(SSO)问题。为解决该问题,首先从SSO发生机理出发,提出了基于自抗扰控制(ADRC)理论的直驱风电场SSO抑制策略。该策略针对直驱风机网侧换流器设计了ADRC控制器替换电流内环PI控制器抑制策略。然后,从数学形式上推导得ADRC控制器抑制机理是ADRC控制器通过实时估计与补偿直驱风电场接入弱交流电网产生的影响,阻断直驱风电场与弱交流电网之间的相互作用,从而达到抑制SSO的目的。最后,基于PSCAD/EMTDC仿真软件,建立基于PI控制器和ADRC控制器的直驱风电场接入弱交流电网的电磁暂态仿真模型,对比分析PI控制器与ADRC控制器对SSO的抑制效果。仿真结果表明,ADRC控制器不仅对SSO具有较好的抑制效果,且具有较强的鲁棒性与适应性。这也从侧面证明了直驱风电场接入弱交流电网引发的次同步振荡主导因素是直驱风机网侧换流器电流内环PI控制器。