弱电网下风电有功出力对次同步振荡特性影响分析及参数调整

针对弱电网下直驱风电场有功出力对次同步振荡特性(subsynchronous oscillation,SSO)的影响问题,建立了并网系统动态数学模型,利用特征值分析法和参与因子计算,得到主导振荡模式以及主要参与的控制环节。通过分析在不同控制参数和系统结构参数下有功出力与SSO特性的关系,解释学术界和工程中关于有功出力对SSO阻尼影响存在不同观点的原因,确定影响有功出力与SSO阻尼之间关系的主导因素。同时,根据有功出力与SSO阻尼相关特性制定具有抑制SSO作用的参数调整方案,以求对实际工程起到重要的指导作用。时域仿真验证了相关特性和参数调整方案的正确性与有效性。     

多直驱风机经VSC-HVDC并网系统场内/场网次同步振荡特性分析

针对多直驱永磁风机(direct-drive permanent magnetic synchronousgenerators, D-PMSGs)经柔性直流(voltage sourceconverterbasedhighvoltagedirectcurrent,VSC-HVDC)输电并网引发的次同步振荡(sub-synchronous oscillation,SSO)问题,建立D-PMSGs经VSC-HVDC并网系统的动态模型,通过特征值分析研究系统中存在的SSO模式及相关参与因子。结果表明,系统中存在由风电场内风机之间相互作用产生的场内SSO_1模式,以及风电场与外部柔直电网相互作用产生的场网SSO_2模式。其中SSO_1模式主要受D-PMSGs网侧换流器定直流电压控制环节的影响,SSO_2模式主要受D-PMSGs网侧换流器定直流电压控制环节和VSC-HVDC送端整流器定d轴交流电压控制环节的影响。因此,SSO_1模式和SSO_2模式之间对于D-PMSG参数的变化存在阻尼耦合。进一步分析了D-PMSG参数变化对2种SSO特性的影响,表明阻尼耦合的影响趋同。在PSCAD/EMTDC中搭建D-PMSGs经VSC-HVDC并网系统的时域仿真模型,验证了理论分析结果的正确性。     

D-PMSG经LCC-HVDC送出系统的次同步振荡特性分析

当直驱风机(direct-drive permanent magnet synchronous generator, D-PMSG)位于电网换相换流器高压直流输电(line-commutated-converter based high voltage direct current,LCC-HVDC)整流站近区时,系统的次同步振荡(subsynchronous oscillation,SSO)特性尚不清晰,相关研究有待开展。针对上述问题,基于D-PMSG经LCC-HVDC送出系统,利用模块化分块建模法建立小信号模型,用特征值与参与因子研究了系统SSO模式中D-PMSG与LCC-HVDC的参与情况,并用特征值分析了系统参数对SSO阻尼的影响。研究结果表明：存在D-PMSG与LCC-HVDC共同参与的SSO模式,且LCC-HVDC接入为系统SSO提供负阻尼;当D-PMSG输电线路阻抗、GSC控制器外环积分系数增大时,SSO模式阻尼减小;当GSC控制器外环比例系数、D-PMSG直流侧电容、D-PMSG的风速、LCC-HVDC定电流控制器的比例系数增大时,SSO模式阻尼增大。基于PSCAD/E...     

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。     

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。     

直驱风电场场网/场内振荡现象及抑制方法

在直驱风电场并网电力系统闭环模型及各子系统开环模型的基础上,采用开环模式谐振理论解释了直驱风电场出现场网/场内振荡模式的机理。同时,为了抑制直驱风电场中场网/场内振荡模式,提出直驱风电场双层阻尼控制方案,即风电场层阻尼控制主要抑制场网振荡模式,风机层阻尼控制主要抑制场内振荡模式,阻尼控制参数采用全局搜索算法协调整定,共同提升直驱风电场并网系统的阻尼。最后对直驱风电场并网电力系统进行了模态分析和非线性仿真分析,验证了直驱风电场双层阻尼控制方案的有效性。     

基于反馈线性化滑模控制的直驱风电场经柔直并网系统次同步振荡抑制策略

由于风电场网侧换流器与柔直整流器之间存在次同步交互,直驱风电场经柔直并网系统存在发生次同步振荡(sub-synchronous oscillation,SSO)的风险。针对这一现象,考虑到系统的非线性和不确定性,提出一种基于反馈线性化滑模控制的SSO抑制策略,并将其应用在风机网侧变流器和柔直整流器上。所提出的抑制策略结合了反馈线性化控制(feedback linearization control,FLC)和滑模控制(sliding mode control,SMC)的优点。FLC主要通过坐标变换和反馈将非线性系统转化为线性系统形式,消除风机网侧换流器和柔直整流器控制环节的非线性;SMC主要通过设计滑模面和控制律,用于弥补FLC对参数摄动或外部扰动敏感的缺点。特征值分析和PSCAD/EMTDC时域仿真结果表明,相比于传统比例积分控制、次同步阻尼控制和FLC,所提出的非线性控制策略在不同运行工况下均具有良好的SSO抑制效果,且对参数摄动或外部扰动具有强鲁棒性。     

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。     

含并联直驱风电机组并网的风电场多开环模式谐振

针对电力系统中的次同步振荡问题,采用开环模式谐振分析方法研究了多台具有相同参数的直驱风电机组并联并网后引发电力系统次同步振荡的多开环模式谐振现象,构建了以直驱风电机组为反馈子系统和电力系统其余部分为前馈子系统组成的闭环互联模型。针对网侧换流器直流电压外环和锁相环动态主导的振荡模式,研究2个子系统之间的多开环模式谐振。模式分析计算结果表明,多台直驱风电机组的并网会导致锁相环模式的阻尼降低; 并联并网直驱风电机组的数目增加会导致电力系统的次同步振荡。     

直驱风电场并网系统的密集次同步振荡模式分析

建立了3台永磁直驱风机经VSC-HVDC并网系统的小干扰模型,通过特征值计算,发现在次同步频段风电场并网系统存在密集振荡模式,当使风机风速等参数发生小的改变,这些密集次同步振荡模式的特征值变化不大,但其参与因子却会发生较大改变,说明影响振荡的主导因素对参数改变是敏感的。     

直驱风电机组次同步振荡阻尼控制方法及其适应性

由风电波动引发的次同步振荡具有振荡频率多变、涉及动态装置多、影响因素复杂等特点,现有的阻尼控制类装置难以实现有效抑制,需研究适用的附加阻尼控制方法。文中通过线性化方法推导了直驱风电机组并网系统的特征方程和传递函数,并获取了风电机组并网系统在不同工况下的频率响应特性。然后提出了基于奈奎斯特稳定判据的风电机组次同步振荡阻尼控制器的参数设计方法,以及基于粒子群优化算法的参数优化方法;结合特征值法及时域仿真法,分析了阻尼控制器对于次同步振荡的抑制作用。研究结果表明,依据前述方法设计的阻尼控制器在多种运行条件下均具有较好的适应性。     

基于制氢协同阻尼控制技术的次同步振荡抑制研究

基于模块化多电平换流器的柔性直流输电(MMC-HVDC)技术是大规模、集群化海上风电场并网的理想解决方案.但是双馈风机(DFIG)与柔直系统之间的相互作用存在引发系统次同步振荡(SSO)的风险.针对此问题,提出一种利用制氢系统和双馈风机控制系统的协同阻尼控制器抑制海风经柔直并网引发次同步振荡的方法.首先,建立海上风电场...     

风电并网系统次同步振荡频率漂移问题

风电并网系统的次同步振荡现象具有频率漂移的特征。该文从风速变化影响模式间相互作用的角度解释了频率漂移的原因。首先,推导风电机组受风速影响的振荡模式:双馈风机定转子绕组和转子侧换流器电流内环控制主导的次同步振荡模式的频率;直驱风机直流电压外环主导的振荡模式的留数。然后,推导两输入两输出系统中振荡模式之间发生强相互作用的条件——开环模式耦合。最后,基于双馈风机-串补输电系统和混合风电场并网系统算例,采用模式分析和非线性仿真,演示了风速变化过程中模式交互作用的强弱变化导致的频率漂移的现象。由此得出,风速的随机性使得开环模式耦合条件具备了随机性,在时变场景下模式间的不利交互作用使得弱阻尼或负阻尼次同步振荡模式的频率是动态变化的,由此出现了频率漂移的现象。     

直驱风机对火电机组次同步振荡的影响及抑制方法

风火打捆系统中,风电机组的并网使得火电机组的次同步振荡情况变得更为复杂。基于IEEE第一标准模型搭建了风火打捆经串补外送系统,推导了直驱风机输出功率与火电机组次同步阻尼的关系,分析了其对火电机组次同步振荡的影响机理,并通过PSCAD平台结合复转矩系数法和时域仿真分析进行验证。基于此机理,提出了一种在直驱风机的网侧变流器控制系统无功外环处附加阻尼控制的抑制方法,并对其关键参数的优化设计方法进行了分析,时域仿真结果表明所提出的附加阻尼控制可以有效抑制火电机组的次同步振荡。     

直驱风电场对网对网送出电力系统机电振荡的影响

直驱风电场会从改变潮流状态、与系统发生强动态相互作用两方面对电力系统机电振荡模式产生影响.基于上述两方面,探究了直驱风电场对网对网送出电力系统机电振荡模式阻尼的影响.研究表明,位于送端或受端的直驱风电场替代火电厂可通过降低火电厂出力提高系统机电振荡模式阻尼.然而,当直驱风机取特定控制参数,导致直驱风电场与系统发生强动态相互作用时,直驱风电场会对系统机电振荡模式阻尼产生负面影响.     

含SVG直驱风电场降阶模型与宽频振荡抑制措施研究

在直驱风电机组状态空间模型、SVG状态空间模型的基础上,建立了含SVG直驱风电场并网系统降阶状态空间模型;分析发现直驱风电场内SVG可能引起宽频振荡。为了抑制含SVG直驱风电场内宽频振荡,提出了含SVG直驱风电场宽频振荡阻尼控制器设计方法。基于降阶状态空间模型,以目标振荡模式的阻尼比为目标函数,通过优化算法整定控制器参数。最后对含SVG直驱风电场并网电力系统进行了模态分析和时域仿真分析,验证了宽频振荡阻尼控制器设计方法的有效性。     

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。     

基于移相变压器的直驱风机次同步振荡抑制

针对直驱风机接入弱交流电网引发严重的次同步振荡问题,建立了并网系统的小信号模型.首先,利用特征值分析法得出系统的次同步振荡模态,通过参与因子分析揭示了直驱风机接入弱交流电网的次同步振荡机理;然后,在分析移相变压器应用原理的基础上,提出了基于移相变压器可实现直驱风机并网系统负电阻补偿的次同步振荡抑制方法;最后,在Matl...     

抑制直驱风电并网系统次/超同步振荡的储能变流器有源阻尼控制方法

为应对直驱风电并网系统接入弱电网引发的次/超同步振荡问题,针对储能变流器提出了一种改进的有源阻尼控制方法,建立了考虑所提有源阻尼控制方法的储能变流器序阻抗模型,并分析了含储能变流器的直驱风电并网系统阻抗特性。在次/超同步振荡频段,并网系统阻抗幅值较低且部分呈容性,当输出功率增大、电网短路比降低或锁相环带宽减小时,容易与感性电网阻抗发生交互,从而诱发次/超同步振荡。然后,考虑不同有源阻尼控制参数对系统稳定性的影响,并给出选取参数的方法,使直驱风电并网系统的正负序相角裕度大于零或幅频特性不与电网阻抗发生交截。分析结果表明,所提有源阻尼控制方法能够有效改善直驱风电并网系统的阻抗特性,在更为复杂恶劣的条件下,耗散振荡能量,抑制次/超同步振荡,增强系统的稳定性。最后,通过仿真验证分析的正确性。