具有谐波输出功能的大容量电网扰动发生装置

提出一种适用于大容量电网扰动发生装置的新型电路拓扑,该拓扑具有较强的谐波输出能力。基波逆变器和谐波逆变器采用不同的开关频率和输出滤波器设计,耦合变压器采用合理的变比设计,可有效平衡系统的输出能力和功率损耗,并可保证基波、谐波电压分量的控制精度,满足各类电网故障的模拟。研制了一台690 V/2.5 MVA的经济型移动式电网扰动发生装置,该装置除常规的电网扰动模拟功能外,还可输出2~25次电压谐波,且其电压谐波畸变率可达10%。实验结果证实了该电路拓扑的可行性和有效性。     

电网扰动模拟发生装置与风电机组串联引发振荡的机理及抑制措施

电网扰动模拟发生装置通常采用全功率变流器,能够在风电机组输出侧模拟电网频率、电压和谐波的变化。装置输出端和风电机组输出端都配置LC滤波电路,在带载测试过程中,风电机组与电网扰动模拟发生装置间发生了低频次和高频次的功率振荡,导致风机脱网。针对工程应用过程中的振荡现象,阐释了功率振荡的产生机理,初步提出了功率振荡的抑制措施,对装置的控制策略进行了优化,最后通过实测验证了抑制措施的效果。     

我国风电标准体系进一步完善

正中国电力科学研究院有限公司牵头编制的国家标准GB/T36994-2018《风力发电机组电网适应性测试规程》、GB/T36995-2018《风力发电机组故障电压穿越能力测试规程》获批发布,并将于2019年7月1日正式实施。国家标准《风力发电机组电网适应性测试规程》结合我国风电机组运行现状及电网运行对风电机组适应性的要求,规定了包括电压偏差适应性、频率偏差适应性、三相电压不平衡适应性、闪变适应性、谐波电压适应性等风电     

计及频率耦合和汇集网络的风电场序阻抗模型等值方法

近年来,中国河北沽源、新疆哈密等风电基地频繁发生电网振荡问题,呈现次、超同步频率振荡分量强耦合现象。频域小信号阻抗方法是建模和分析这类由电力电子并网装置引起的控制不稳定和振荡问题的有效方法。目前针对单个逆变器或风电机组频率耦合阻抗模型已有研究基础,文中基于此提出一种考虑频率耦合和汇集网络的风电场序阻抗模型等值方法,建立的风电场等值阻抗与单个逆变器或风电机组的模型定义和形式统一,能够用于分析次、超同步频率耦合的振荡问题。以直驱风电场并入弱电网系统为例,对所提出的模型应用于系统稳定性分析及振荡频率预测的准确性进行了仿真验证。     

双馈风电机组短路电流对变压器保护二次谐波制动的影响

二次谐波制动是避免励磁涌流造成保护误动,从而保障电力变压器保护可靠动作的关键技术措施。为验证大规模双馈风电机组接入电网后对变压器二次谐波制动正常运行可能造成的影响,研究了电网对称故障下双馈风电机组短路电流的谐波特性。基于转子侧变流器控制对定子短路电流谐波特性的影响分析,解释短路电流二次谐波的产生机理并推导二次谐波的解析表达式,指出在变流器矢量控制下双馈风电机组产生的短路电流二次谐波可能威胁变压器二次谐波制动的可靠运行,并通过短路实验和时域仿真验证了分析的正确性。     

考虑风电参与调频的区域电网频率控制

主要研究考虑风电参与电网调频下的区域电网频率控制。将传统区域模型中的频率输出作为风电惯性环节和一次调频环节的输入,建立了含风电的区域电网数学模型。在此模型基础上研究风电机组对电网频率恢复的贡献,并且通过粒子群算法优化比例积分控制器参数,改进比例积分控制,使其适应包含风电的区域电网。通过仿真对比风电未参与调频、区域一风电参与调频和两区域风电参与调频三种情况下系统频率和区域控制偏差的恢复情况。得出当电力系统发生扰动时,风电参与系统调频能够减少系统频率动态极值,对电力系统的稳定和安全具有积极意义。     

双馈风电机组电网背景谐波运行与谐波抑制策略研究

针对电网背景低次谐波引起的双馈风电机组定子电流畸变、功率及电磁转矩脉动,建立了能够反映电网5、7次谐波电压下双馈发电机的特征谐波模型,揭示了电网背景谐波电压对双馈发电机功率与电磁转矩脉动的影响机理。通过双馈发电机控制目标分析,提出了基于比例-积分-谐振(PIR)调节转子电流内环的双馈发电机双闭环控制策略,有效地消除了双馈风力发电机定子输出电流中的5、7次谐波和电磁转矩脉动。在Matlab/Simulink中建立了1.5 MW双馈风电机组仿真模型,实现了风电机组谐波运行与抑制的全过程仿真。利用电网谐波发生模拟装置,进行了双馈机组谐波运行与抑制现场试验,仿真与现场试验证明了理论分析的正确性与谐波抑制策略的有效性。     

光伏并网系统故障二次谐波产生机理及其对变压器保护的影响

光伏发电系统通过逆变器矢量控制并网,其短路暂态特性异于传统电源。电网发生故障时,光伏系统输出电流中可能含有二次谐波,接入弱电网时二次谐波的影响不可忽略。以光伏并网发电系统对称故障条件为例,首先分析基于锁相环的三相并网逆变器单频率输入双频率输出的现象产生机理。其次在综合考虑并网控制及系统低电压穿越策略切换的影响基础上,分析故障暂态过程中电流二次谐波产生机理并推导二次谐波解析表达式。指出在变压器区内故障时光伏并网系统产生的二次谐波可能威胁变压器差动保护的可靠性。最后基于PSCAD/EMTDC仿真验证理论分析的正确性,为后续光伏发电系统接入后的电网继电保护适应性分析提供参考。     

基于光伏逆变器的电网谐波阻抗测量新技术

针对新型电力系统背景下电网谐波阻抗的测量需求,提出了一种基于光伏逆变器的新型电网谐波阻抗测量方法。所提方法不会对电网产生扰动,无需安装额外的测量设备,并且还能在阻抗测量过程中治理电网谐波。该方法在基波下控制光伏逆变器实现正常发电功能,在谐波下控制其等效为虚拟电阻。通过改变逆变器的等效虚拟谐波电阻值,测量并网点谐波电压的幅值,并结合最小二乘法来估算系统的谐波阻抗幅值。利用硬件在环实时仿真试验平台进行阻抗测量试验,测量结果与设定值相符,系统5次谐波阻抗的测量精度达99%,7次谐波阻抗的测量精度达97%,验证了所提方法不仅可测量系统多次谐波阻抗幅值,且能保证较高的测量精度。     

考虑PLL和接入电网强度影响的双馈风机小干扰稳定性分析与控制

国内外风电事故表明:风电经远距离线路外送时,系统容易在发生扰动的过程中出现频率为几到几十Hz的功率振荡现象,且其振荡原因难以用传统同步发电机小扰动振荡的机理完全解释。考虑到风电机组主要通过锁相环与电网之间实现功率耦合,从而锁相环动态特性将会影响系统小干扰稳定水平。该文首先建立了含有锁相环动态特性的双馈风电机组–无穷大系统的动态模型;采用特征值分析研究了风机不同运行状态下其接入电网强度变化对风电系统中各个振荡模式的影响规律;然后通过复转矩分析理论解释了风电系统的失稳机理,研究结果表明:锁相环振荡是导致风电系统并入弱电网系统发生小扰动失稳的主要原因。最后,提出一种基于相位补偿的风电机组阻尼控制器来抑制该振荡现象,仿真验证了其有效性。     

风储联合系统接入电网电能质量评估分析

对某风储联合系统接入对地区电网电能质量的影响进行研究,将风机和储能变流器作为干扰源,利用电力系统分析综合程序ETAP对风储联合系统中的风电机组、箱式变压器、集电线路、静止无功发生器（Static Var Generator,SVG）、储能系统、升压站、送出线路以及所接电网等进行建模仿真,结合电能质量背景测试数据,依据国家标准给出了各项电能质量指标的限值和计算方法,对风储联合系统接入电网公共连接点的谐波电流、谐波电压、电压偏差、电压波动、闪变等电能质量指标进行评估和分析。结果表明,该风储联合系统的各项电能质量指标均在国标限值内。     

无差拍控制提高变速异步风力发电系统的故障承受能力（英文）

变速风力发电机对于电网扰动、故障以及电网电压跌落非常敏感,当上述情况发生时风力发电机将从电网切除,直到电网恢复正常才能重新投入运行。如何在电网发生扰动时保持风力发电机的正常运行是一个有挑战性的课题。未来的电网规范甚至要求在电网发生故障时风力机组仍能保持运行,这就要求必须安装保证风电机组低电压运行的控制装置。文中针对采用全载换流器与电网进行连接的异步风力发电机组提出了相应的风电机组低电压控制器及控制策略,无须进行硬件改造即可实现电网故障情况下风电机组不退出运行。其中,风电机组电气子系统控制器基于无差拍控制策略进行设计。算例给出了300kW的风电机组在30%电压跌落情况下的暂态过程,没有加入控制器之前风电机组将停机,加入之后则可以保持运行,验证了所提方法的正确性。     

基于模块化多电平换流器并联方案的大容量海上风电机组并网一体化测试装置参数设计及验证

采用基于半桥子模块的模块化多电平换流器并联的系统构成测试装置,对大容量海上风电机组进行并网一体化集成测试。详细阐述了大容量一体化测试装置一次设计原理及参数选择,采用电力电子技术模拟低/高电压故障,通过分相V/F控制输出由基准电压、基频电压差值、谐波指令电压三者合成的电压信号,实现输出可调的交流电压幅值、相位和频率。PSCAD/EMTDC仿真计算结果表明,该系统能够满足高/低电压穿越、电压不平衡、频率偏差、谐波输出、电压波动等多项并网适应性一体化的测试试验需求。     

含风电场的电力系统频率特性动态仿真分析

针对风电接入电力系统后对其稳定性的影响问题,阐述了含风电的电力系统动态仿真模型(风电机组模型包括恒速异步风电机组和双馈变速风电机组),仿真分析了电网侧发生扰动及风电场侧发生扰动情况下风电系统的频率响应过程,以及风电并网运行对系统频率的时空分布特性的影响。仿真结果表明,电网侧发生扰动及风电场侧发生扰动情况下,两种不同风电机组对系统频率的作用及影响不同,风电并网运行对频率的时空分布特性产生了重要影响。     

无差拍控制提高变速异步风力发电系统的故障承受能力

变速风力发电机对于电网扰动、故障以及电网电压跌落非常敏感,当上述情况发生时风力发电机将从电网切除,直到电网恢复正常才能重新投入运行.如何在电网发生扰动时保持风力发电机的正常运行是一个有挑战性的课题.未来的电网规范甚至要求在电网发生故障时风力机组仍能保持运行,这就要求必须安装保证风电机组低电压运行的控制装置.文中针对采用全载换流器与电网进行连接的异步风力发电机组提出了相应的风电机组低电压控制器及控制策略,无须进行硬件改造即可实现电网故障情况下风电机组不退出运行.其中,风电机组电气子系统控制器基于无差拍控制策略进行设计.算例给出了300 kW的风电机组在30%电压跌落情况下的暂态过程,没有加入控制器之前风电机组将停机,加入之后则可以保持运行,验证了所提方法的正确性.     

基于前馈控制的电网故障模拟装置实验研究

电网故障模拟装置能够有效地产生出各种典型的电能质量问题,如电压跌落、闪变、过电压、欠电压以及谐波等,可以作为电能质量补偿装置以及风电机组低电压穿越实验的测试平台。为了得到更稳定的输出电压和更好的负载调节特性,采用改进的滑窗迭代算法检测电网电压的幅值和相位信息,采用DSP编程实现,简单、可靠性高。为了提高系统的动态响应速度,缩短扰动电压发出的时间,采用前馈控制策略生成扰动电压,提高系统的稳定     

基于扰动观测器的双馈风电机组最优复合反馈控制研究

双馈风电机组的转子通过变流器连接到电网,由于在转子侧的硬件电路中含有开关模块,使系统在运行过程中极易产生谐波扰动,该谐波会增加风机的损耗,使风机运行不稳定,减低电能质量。针对这些问题,首先设计了一种最优复合反馈控制器,使无扰动风机系统工作在稳定状态;然后,对含谐波扰动的风机系统,设计扰动观测器,观测出谐波扰动并在输入端进行抵消,使含谐波扰动的风机系统能够快速到达稳态;最后,通过仿真验证了设计的扰动观测器能够准确观测出谐波扰动,控制策略能够使双馈风电机组系统快速到达稳定状态。     

基于分布式和微服务技术的电能质量监测系统设计与应用

针对电网谐波源呈现海量化，多谐波源耦合叠加严重影响电网电能质量的问题，基于分布式和微服务技术开发了电能质量监测系统。该系统采用分层分布结构设计，通过分布式计算、缓存等技术处理海量监测数据，利用微服务技术灵活开发和扩展电能质量分析功能，具备接入1000个电能质量终端的能力，包含专项分析和高级应用等特殊模块，可专项评估风电接入高低电压过渡故障特征，统计电压暂降和脱网信息等，以及嵌入了电能质量稳态扰动主成因分析等功能，实现了对电能质量状况的全面监测和快速分析。     

电压扰动情况光伏并网逆变器控制策略研究

针对三电平光伏并网逆变器,提出一种修正的比例谐振控制策略,实现电网电压扰动情况下并网电流谐波抑制。首先在电网扰动情况下,通过比例谐振控制器实现低次电流谐波抑制,该方法能够在电网扰动情况下实现并网电流准确控制。并针对三电平逆变器存在的中点平衡问题,提出采用PI控制器实现三电平逆变器中点电位平衡控制。该方法采用载波调制方法,避免了空间矢量调制复杂的计算。仿真和实验结果表明:电网扰动情况下,三电平逆变器能够快速准确地跟踪给定电流。     

直驱型风电机组在系统暂态过程中的运行分析

甘肃电网风电装机容量已超过水电,成为第二大能源,风电带来的电网安全稳定运行压力也随之增大。经过近年来对风电机组低电压穿越能力的检测改造,以及对风电场动态无功补偿装置的运行规范,风电场在系统发生大扰动时的稳定运行能力得到了大幅提升。为了检验风电机组的抗扰动能力,在酒泉地区开展了短路试验,用最接近真实的手段进行了验证分析。