改进的DFIG与VSC-HVDC协调控制改善风电场低电压穿越能力

经VSC-HVDC并网风电系统在风电场侧故障时,风电机组出口母线电压过低,极易引起风力机脱网。而双馈风力发电机(DFIG)传统的Crowbar技术在故障时将转子侧变流器(RSC)短接,使发电机定子侧失去了为电网提供无功的能力,风力机的低电压穿越能力较低。提出一种改进的DFIG模型,加入了主动式DC-Chopper,与传统的Crowbar相配合,降低Crowbar动作的概率,使得DFIG转子侧变流器可以控制定子侧在故障时期继续提供无功功率。并利用此改进的DFIG与VSC-HVDC协调控制,改善风电场侧母线电压水平。通过算例仿真表明,在严重故障时采用改进式DFIG的Crowbar仍未动作。从而大大降低Crowbar动作的概率,双馈风电机组RSC故障期间可以继续投入运行并为电网提供无功支持。完成故障期间DFIG两侧变流器与VSC-HVDC风电场侧变流器(WFVSC)之间的无功协调,使风电场具有更好的低电压穿越能力(Low Voltage Ride Though,LVRT)。     

基于改进风力发电机组下的低电压穿越控制策略研究

随着风电场低电压穿越（low voltage ride though, LVRT）要求的提出,传统Crowbar技术的弊端显现出来,故障时转子侧变流器被短接,发电机定子侧失去为电网提供无功的能力。提出一种改进的双馈风力发电机组（doubly-fed induction generator, DFIG）模型,使用DC-Chopper,串联动态制动电阻（series dynamic braking resistor, SDBR）代替Crowbar,在故障时能够控制直流母线电压,抑制转子侧过电流,起到保护直流侧电容和转子侧变流器的作用。由于转子侧变流器不退出运行,所以在控制策略上提出了通过控制转子侧变流器来实现发电机定子侧在故障期间向电网提供部分无功支持,同时网侧变流器采用变功率因数控制,在故障情况下给电网提供主要的无功支持,实现低电压穿越。     

基于VSC-HVDC的DFIG风电场低电压穿越 改进控制策略

提出了一种适用于VSC-HVDC系统并网DFIG风电场的低电压穿越控制策略。根据DFIG机组和VSC模型,计算了无功功率极限。传统的Crowbar电路在系统故障时将转子侧换流器（RSC）进行短路,使DFIG风电场失去对系统提供无功功率的能力。提出了改进控制策略,根据电网故障严重程度控制Crowbar电路的动作。根据风电场和VSC-HVDC系统各个换流器的功率极限,提出了输电系统风电场侧换流器（WFVSC）优先的无功功率分配策略,根据电网的无功缺额分配换流器之间的无功出力。使用MATLAB/Simulink平台搭建了仿真系统,对改进控制策略进行了验证。     

电网电压跌落时双馈风电系统无功支持策略

电网要求风电场/风电机组具有低电压穿越能力,其中包括风电场在电网故障期间应该提供无功支持,但是双馈风机转子侧变流器(RSC)为了实现自我保护会触发Crowbar而被旁路,失去对风机的功率控制。针对这个问题,建立了风机网侧变流器(GSC)的数学模型,分析了STATCOM的基本原理;提出一种无功支持策略,即电网电压跌落期间STATCOM与风机网侧变流器共同向电网提供无功功率,支持电网电压恢复。基于Matlab/Simulink平台进行仿真验证,结果表明,该无功支持策略能有效支持电网电压恢复,提高双馈风电系统的低电压穿越能力。     

STATCOM在双馈风电场低电压穿越中的应用研究

双馈感应发电机(DFIG)采用转子撬棒(Crowbar)进行低电压穿越保护时,须向电网吸收大量的无功功率,不利于故障过程中电网电压恢复。文中在双馈风电场中加入静止同步补偿器(STATCOM),用以补偿Crowbar动作后DFIG异步运行时对电网的无功需求。通过不同程度电压跌落下风电场动态仿真进行验证,结果表明电网电压跌落严重时STATCOM的无功补偿效果明显,电网故障中DFIG还能向电网提供一定出力,维持电网稳定运行;与只投入Crowbar的情况相比,同时加入STATCOM和Crowbar不会对DFIG各分量产生冲击;电压跌落轻微时DFIG可通过自身的变流器调节实现低电压穿越,投入Crowbar和STATCOM反而会加剧系统的振荡。     

电网故障下双馈风电无功特性分析及暂态支撑

在对称电网故障下电网电压跌落程度和风速变化对双馈风电发电机(DFIG)的电磁暂态过程和其无功电流极限的影响规律分析基础上,分别讨论了故障持续期间DFIG定子侧以及网侧变流器的无功支撑特性,并结合并网风电场低电压穿越(LVRT)要求,提出了故障期间利用机组容量输出最大无功电流的DFIG改进控制策略,向电网提供最大暂态无功支撑。最后通过实验验证了所提改进控制策略的可行性。     

应用撬棒电路的双馈型风力发电机低电压穿越分析

风电场规模已经变得越来越大,风电机组的解列会严重影响系统的稳定性,这就要求风电机组具有低电压穿越能力以应对电网电压跌落。由于DFIG的定子侧直接与电网相联,在电网电压突然跌落时,定转子中会出现很大的电压和电流,需采用Crowbar电路（撬棒电路）来旁路转子侧变流器。文中分析了Crowbar电路的控制原理,然后在理论分析的基础上进行了仿真,仿真结果验证了Crowbar电路能够帮助DFIG在故障期间实现低电压穿越,最后进一步分析了Crowbar电路投切时间的选取。     

双馈风力发电机的综合低电压穿越策略

针对目前低电压穿越(LVRT)方案,尤其是转子并联撬棒在穿越过程中存在的不足,提出了一种软硬件结合的双馈风力发电机(DFIG)综合低电压穿越策略。硬件方面,采用定子串联电抗(SSL)的方式来抑制转子电流,在理论分析故障时转子电流骤升机理的基础上,提出一种定子串联电抗阻值的整定方案;软件方面,由于转子侧变流器(RSC)不需要被闭锁,因此通过改进的RSC控制策略来抵消定子串联电抗导致电磁转矩振荡时间延长的负面影响,并在RSC控制中附加故障期间的无功补偿目标,以充分发挥DFIG定子侧的无功输出能力。仿真结果表明:综合穿越策略能有效抑制转子电流的峰值、电磁转矩振荡的幅度及振荡持续的时间,同时能够达到利用DFIG自身向电网提供无功支持的效果。因此,所提方法不仅能够保证DFIG的低电压穿越性能,而且有利于系统的暂态稳定性。     

定子Crowbar电路模式切换的双馈风力发电机组低电压穿越控制策略

针对转子Crowbar电路的双馈风力发电机组低电压穿越需要闭锁变流器控制脉冲、直流母线电压波动无法较好地抑制,提出了一种定子Crowbar电路模式切换的双馈风电机组低电压穿越控制方案。电网发生故障时,定子Crowbar电路接入系统,双馈风电机组切换至感应发电机组模式下,转子侧变流器采用转子功率外环控制,网侧变流器采用功率协调控制方案,将机侧功率当作前馈量引入到网侧变流器控制策略中并向电网注入无功功率。仿真分析表明,所提控制方案在确保实现双馈风电机组低电压穿越的同时,能够有效地降低转子暂态电流、稳定直流母线电压,并向电网提供无功功率。     

考虑低电压穿越全过程的双馈风电机组短路电流计算方法

双馈风电机组在电网故障期间保持并网运行,其输出的短路电流对电力系统保护和控制产生较大影响。电网故障下,双馈风电机组通常先投入撬棒保护并闭锁转子侧变流器,而后重启转子侧变流器控制机组输出无功功率。目前,针对双馈风电机组短路电流已有较多研究,但是尚未考虑低电压穿越全过程中机组运行状态切换所造成的电气参量的变化,可能造成短路电流的分析和计算出现较大误差。为此,分别建立了撬棒投入和转子侧变流器无功控制两个阶段的双馈感应发电机(doubly-fed induction generator,DFIG)数学模型,推导了这2个阶段DFIG定子短路电流的表达式,分析了低电压穿越方式的切换对DFIG输出短路电流的影响,提出了低电压穿越全过程DFIG短路电流的计算方法,并通过时域仿真验证了理论分析的正确性。     

Development of a WAMS based testplatform for power system real timetransient stability detection and control

The real-time transient stability detection and emergency control technology based on wide area response has become a hot research area in power system stability studies. Several different technologies have been proposed, but lots of problems remain to be solved before they can be applied in practice. A wide area measurement system (WAMS) based test platform is developed for transient stability detection and control. The design as well as main function modules of the platform are introduced. In addition, three generator power angle prediction methods and six response based transient instability detection technologies are given. Results of engineering application demonstrate that the developed test platform can provide a real-time operation environment, which can effectively compare and analyze the validity and practicability of these transient stability detection technologies. Based on the measured perturbed trajectories from actual power systems or the Real-Time Digital Simulators (RTDS), the platform can realize the assessment and visual result presentation of various responses from different transient instability detection technologies. The test platform can be applied to different power systems and it is convenient to embed new transient instability detection modules. Meanwhile some deficiencies and shortcomings in engineering application are pointed out and corresponding suggestions are given. In conclusion, the hardware and software structure, function modulus and engineering applications are presented. The application in actual power systems shows that it has a good application perspective.     

Development of a WAMS based test platform for power system real time transient stability detection and control

The real-time transient stability detection and emergency control technology based on wide area response has become a hot research area in power system stability studies. Several different technologies have been proposed, but lots of problems remain to be solved before they can be applied in practice. A wide area measurement system (WAMS) based test platform is developed for transient stability detection and control. This platform can provide a real-time operation environment, which can effectively compare and analyze the validity and practicability of these transient stability detection technologies. According to the measured perturbed trajectories from the actual power system or the Real-Time Digital Simulators (RTDS), the platform can realize the assessment and visual result presentation of various responses from different transient instability detection technologies. The test platform can be applied to different power systems and it is convenient to embed new transient instability detection modules. The hardware and software structure, function modulus and engineering applications are presented. The application in actual power system shows that it has a good application perspective.     

基于广域响应的大电网暂态稳定判别原型系统

基于响应的暂态稳定判别与控制技术是当前电力系统安全稳定领域的研究热点。目前已经提出了多种不同原理的暂态稳定判别技术,但距工程应用尚需解决很多问题。为分析比较各种判别技术的有效性和适用性,开发了一个基于广域响应的大电网暂态稳定判别原型系统。原型系统以PMU实时量测数据作为输入,分别实现了多种基于响应的暂态失稳判别技术的实时评估与可视化展示。介绍了原型系统的框架结构设计、功能模块实现和工程应用情况,并从时间尺度、数据量测以及控制策略生成等方面为基于响应的暂态稳定控制的下一步发展方向提出了建议。工程应用表明所开发的原型系统具有较好的使用价值,是分析比较各种基于广域响应的暂态稳定判别技术的有效工具。     

基于广域测量系统的暂态失稳判别方法适应性研究

分析了在广泛应用相量测量单元（phasor measurement unit,PMU）和广域测量系统（wide area measurement system,WAMS）的情况下,电力系统的受扰轨迹规律,研究了基于WAMS的暂态稳定判别技术,分析了状态量门槛值判别方法、基于相平面轨迹凹凸性判别方法、基于单机能量函数判别方法及基于实测轨迹的扩展等面积准则（extended equal area criteria,EEAC）判别方法等的原理及特点。以2012年南方电网丰大计算数据为基础,以实际系统为研究平台,通过仿真分析验证,从准确性、快速性及对测量的要求等方面,对比分析了暂态失稳判据的优缺点及适用性,为工程化应用提供了重要参考。     

两种基于受扰轨迹的暂态稳定识别方法性能比较

随着广域测量系统(WAMS)在电力系统中的迅速发展,在线识别系统不稳定成为可能,这对于实时紧急控制有着重要意义.对目前比较有代表性的两种基于受扰轨迹的暂态稳定识别方法进行介绍,并通过仿真对两种方法进行分析,结果显示这两种算法有很好的准确性、适用性和实时性,可以作为实时暂态紧急控制的启动判据.     

广域型保护控制设备分布式协同测试技术研究与应用

安全稳定控制系统、广域保护等区域电网保护控制系统是保障电网稳定运行的重要手段。由于传统测试方法难以于装设现场实现广域型保护控制设备动态性能测试,因此,提出了基于实时仿真的分布式协同测试方法。通过融合全数字实时仿真装置(ADPSS)、电力调度数据网、基于GPS/BDS的卫星对时系统以及规约转换等多种技术,研究分布式协同测试主站、数据接口装置以及测试终端等关键部件,深入分析了协同测试的工程应用流程。以新疆某地区电网外送功率断面安全稳定控制系统为例,完成现场远程联调测试,验证异地多台保护控制装置运行的动态性能。     

基于RTDS的风光发电系统数字物理混合仿真分析

风光发电系统的仿真分析研究是发展可再生能源发电技术的重要环节,本文针对风光发电系统数字物理混合实时数字仿真的关键技术展开研究,构建风光发电系统电气架构和通信架构,采用实时数字仿真器作为研究工具,建立基于RTDS纯软件的各微电源单体控制系统模型和基于RTDS的数字物理混合仿真单体微电源模型,并分别在稳态和动态两种情况下对其进行仿真分析,研究两者间特性的差异,证明所建模型的有效性,为两类模型的选择使用提供指导。数字物理混和仿真分析条件更接近于实际情况,既可在物理平台上对控制策略的性能进行检验和调试,又可实时修正控制参数、控制策略,为实际工程设计提供重要实践依据。     

考虑样本不平衡的电力系统鲁棒暂态稳定评估

由于实际电力系统中暂态失稳样本稀少,基于数据驱动的暂态稳定评估方法面临训练样本类别分布失衡问题,严重影响暂态稳定评估结果的可靠性。针对此问题,提出了一种基于MAHAKIL过采样和BCLM的鲁棒暂态稳定评估方法。首先,通过MAHAKIL过采样改善原始样本集的类别分布;然后,基于BCLM构建电力系统鲁棒暂态稳定评估模型。在新英格兰10机39节点系统上的测试结果表明,所提方法能够显著降低原始样本类别失衡的影响,并对数据缺失和数据噪声具有较强鲁棒性。     

基于受扰轨迹的紧急控制新方法

建立了含控制项的电力系统紧急控制模型，基于系统实际受扰轨迹用EEAC方法对含控制项的多机系统降阶等值，并应用广义Hamilton理论能量控制方法进行等值受控电力系统稳定分析。初步探求受控系统稳定控制规律后，提出一种基于实时量测数据的闭环在线实时暂态稳定紧急控制决策方案，并构造了能有效反映控制安全经济性能的综合指标用于控制量合理分配。算例表明该算法可行、有效，最后指出了进一步的研究方向。     

SMRT在交直流大电网分析中的应用模式及实践

电磁-机电暂态混合实时仿真平台（super-mixed real-time simulation, SMRT）因其仿真规模、仿真精度和易用性等方面优势在交直流大电网分析中展现出广阔的应用前景。目前,SMRT仿真平台已经被用于交直流大电网机电暂态行为和稳定特性的仿真分析与研究、基于典型运行方式的实际电网故障/事故快速复现、交直流系统重大运行风险评估等生产运行服务、系统性能及控制策略课题的研究和电网动态补偿电力电子装置对电网多直流故障后换相失败恢复的作用和影响的分析,以及调度员的教学和培训等领域。经过进一步开发,SMRT仿真平台将被用于解决系统级保护整定与校验等更多问题。