电压源换相高压直流输电改善异步发电机风电场暂态电压稳定性的研究

基于普通异步发电机的恒速风电机组并网风电场会引起本地电网的电压稳定性问题.为此本文分析了并网风电场的电压稳定问题和电压源换相高压直流输电(VSC-HVDC)的风电场并网方式的技术特点,研究了VSC-HVDC的数学模型和控制方式.基于国际大电网会议(CIGRE)B4-39工作组标准模型,应用PSCAD/EMTDC仿真软件建立了大规模风电场并网系统模型,研究了VSC- HVDC输电改善异步发电机风电场暂态电压稳定性的贡献.研究表明VSC-HVDC不仅能够有效实现恒速风电机组在电网发生大扰动故障后的快速电压恢复能力,而且可以避免在电压恢复过程中由风电机组输入输出功率不平衡引起的发电机超速及电压失稳,确保风电机组的连续运行及电网的安全稳定.     

风电场柔性直流输电的故障穿越方法对风电机组的影响

柔性直流输电(VSC-HVDC)系统是大型风电场并网的较好选择,当发生交流系统故障时,故障穿越控制器可维持该系统的稳定性。然而,控制器会对风电机组造成一定影响。针对大型风电场VSC-HVDC系统接入的故障穿越问题,文中首先在PSCAD/EMTDC中建立了含有普通异步/双馈风电场详细模型的两端VSC-HVDC系统仿真模型,并验证了升频法和降压法两种典型的故障穿越方法。然后进一步研究了不同类型风电机组在不同的故障穿越方法下的特性和差异,从而得出风电场VSC-HVDC系统的故障穿越方法对风电机组的影响规律。研究得出的结论可以为不同类型的风电机组接入VSC-HVDC系统时故障穿越方法的选择提供一定的参考依据。     

新型混合高压直流输电技术在海上风电场并网中的应用

对由双馈风电机组组成的海上风电场采用混合高压直流输电技术并网时风电场内部的电压和频率控制进行了研究。混合高压直流输电系统由双桥十二脉波不控整流换流器(DBC)、模块化多电平换流器和高压直流输电线路组成。首先,通过深入的理论分析阐明当由双馈风电机组组成的海上风电场采用混合高压直流输电技术并网时,风电场内部的电压可以自动维持在一个合适的范围内并随双馈风电机组输出有功功率的变化而变化。在此基础上,设计了双馈风电机组转子侧换流器的控制器以实现对风电场内部交流系统频率的控制,同时实现了双馈风电机组输出有功功率的最大功率点跟踪。为防止岸上公共连接点发生三相接地短路故障时基于DBC的高压直流输电系统发生过电压,设计了故障时双馈风电机组的控制策略。最后,对建立的采用混合高压直流输电技术并网的海上风电场模型进行了数字仿真,仿真结果验证了理论分析的正确性和所提出控制策略的有效性。     

风电场交直流混合输电并网中VSC-HVDC的控制

为提高风电场交直流混合输电并网的系统性能,提出一种更加灵活的电压源换流器高压直流(voltage source converter based high voltage direct current,VSC-HVDC)控制策略。对于风电场侧电压源换流器,设计了一种新的交流电压–功角控制方法。对于交直流混合输电模式,该方法通过调节风电场交流母线电压与电压源换流器输出电压间的功角来实现定有功功率控制。对于纯柔性直流输电模式,风电场交流母线电压自动被调节为具有恒幅恒频的交流电压,实现了对波动风电的同步输送。该方法中输电模式的变化无需切换控制;另外,通过附加电流高通滤波器增强了对系统谐振的阻尼作用。对电网侧电压源换流器,采用一种新的直接电流矢量控制,使直流电压稳定在参考值上。运用PSCAD/EMTDC仿真软件对分别接入笼型感应发电机(squirrel cage induction generator,SCIG)风电场和双馈感应发电机(doubly fed induction generator,DFIG)风电场的交直流混合输电系统建模仿真。一系列运行条件下的仿真结果验证了控制方法的有效性与可行性。     

电网故障下并网异步风电机组的暂态特性分析

研究了由笼型和双馈型异步风电机组组成的风电场并网后风电机组的暂态行为,并对比分析了在同一接入点接入不同比例容量的笼型异步发电机和双馈异步发电机时,外部三相短路故障对风力发电机组电压和转速的影响。提出了在双馈型风电机组中采用一种PI控制器,以提高风电场的稳定运行能力的方案。仿真结果表明,故障清除后,能有效地提高风电机组的稳定运行能力。该试验结果可为风电场的建设提供参考。     

大规模风力发电并网对系统小干扰稳定性的影响

以西北电网酒泉风电系统为算例,分析了不同风电机组类型、不同风电容量、不同并网位置对电力系统小干扰稳定性的影响。仿真结果表明：相比于恒速风力机模型和直驱式同步发电机模型,风电场采用双馈异步发电机模型并网对系统小干扰稳定性的影响较好;随着双馈并网有功出力的增加,系统小干扰稳定性减弱;选择合适的风电场位置可以为系统提供较好的阻尼。     

基于普通异步发电机和双馈风力发电机静态数学模型的系统静态电压稳定性研究

基于普通异步发电机和双馈风力发电机模型对风电场接入系统的静态电压进行分析,通过对新疆某地区电网进行仿真计算,绘制了采用不同风力发电技术时风电场公共接入点、地区电网电压中枢点、重要变电站的PV曲线,分析了风电场接入系统的电压变化、静态稳定极限和裕度变化。根据仿真结果可以得出,系统弱节点处的静态电压极限值较低,由双馈风电机组构成的风电场的静态电压较由普通异步风电机组构成的风电场更稳定。     

含风电的VSC-HVDC并网系统暂态特性分析

为了提高柔性直流输电(VSC-HVDC)并网系统的暂态稳定运行特性,文中基于送端采用双馈风电机组(DFIG),建立VSC-HVDC输电并网系统,研究该系统的并网暂态运行特性。为解决电网故障时并网VSCHVDC直流电压失稳问题,提出并网VSC-HVDC直流电压与VSC间协调控制策略。在MATLAB/Simulink平台搭建风电并网仿真模型,仿真分析风速变化、并网点故障等情况下系统的暂态特性以及并网点故障时是否采用新控制策略进行实验仿真对比,研究结果表明:风速变化以及并网点故障时并网系统能够快速恢复稳定性且采用的协调控制策略有效的抑制直流电压的突增,从而增强了系统的暂态稳定特性。     

双馈异步风电机组不同运行模式对风电场并网特性的影响研究

对双馈异步风电机组采用恒功率因数控制模式和恒电压控制模式时,风电场的并网特性不同影响进行研究。根据双馈异步风电机组数学模型,分析不同运行模式对系统静态稳定和暂态稳定的影响及无功电压支撑能力;通过实例仿真并分析了在2种不同模式下场网两侧的电压、功率等指标的变化情况,认为双馈异步风电机组风电场采用恒电压控制模式运行时,其稳定性优于恒功率因数控制模式,同时有利于提高风电场的可用率和发电量。     

故障穿越策略对混合风电场及系统的影响

风电渗透率的增加使得风电并网的不稳定性和故障穿越等问题亟待解决。考虑到分期建设或新旧风机更换导致的同一风电场有不同种类风机的现象,在MATLAB/Simulink仿真平台上,建立包括普通异步风机、双馈异步风机的混合风电场经VSC-HVDC并网模型。以升频法和降压法为例进行比较仿真,在验证其可行性的基础上,探讨不同故障穿越方法对不同种类风电机组和VSC-HVDC的影响。研究结果对实际风电场并网控制策略的选择有一定参考价值。     

多端柔性直流输电系统在海上风电场并网中的应用

随着地理上高度分散的近海风电场的大规模开发,传统并网方式已不能满足要求,提出了风电场经多端柔性直流输电系统及交流线路与电网互联的策略,并设计了各换流站的控制方法。建立了VSC-HVDC的数学模型,并分析了其工作原理。在PSCAD/EMTDC的仿真环境下,搭建了含多端柔性直流输电系统的模型,分析了混合输电方式下电网运行的稳定性。仿真结果表明交直流混合输电模式灵活、可靠、经济,风电场出口处短路故障切除后电压能够快速恢复,确保了风电的可靠输出。     

海上风电场经VSC-HVDC并网的次同步振荡与抑制

基于电压源换流器的柔性直流(VSC-HVDC)输电技术已经成为远距离海上风电场接入系统的理想解决方案,由于海上风电机组采用大型风力涡轮机,导致轴系各质块的弹性系数相比传统内陆风电机组有所增大,当海上风电场经VSC-HVDC并网时,将引发两种次同步振荡:风电机组轴系扭振、风电机组与VSC-HVDC换流器控制装置之间相互作用引发的次同步振荡。针对此问题,文中建立海上双馈风电场经VSC-HVDC并网的小信号模型,利用参与因子辨识出轴系扭振和装置间相互作用两种振荡模式以及与之相对应的强相关状态变量;在此基础上,通过特征值分析法绘制根轨迹曲线,进一步分析强相关状态变量参数变化对系统电气阻尼特性的影响;基于信号测试法提出了一种附加阻尼控制的双馈风电机组附加励磁阻尼控制器与柔性直流输电系统次同步阻尼控制器协同抑制措施,并通过DIgSILENT/PowerFactory仿真验证了协同抑制方法的有效性。     

计及风电场的发输电可靠性评估

为了评估风电并网对发输电系统可靠性的影响,建立了基于序贯蒙特卡罗方法的风电场发输电可靠性模型。该模型充分考虑了机组、线路、变压器以及风力发电机等设备元件的运行状态,同时采用了最优切负荷,给出具体的算法流程,并提出可靠性指标BIEWG。算例采用IEEE-RTS测试系统,风电场是由100台V90-2 MW的双馈异步风力发电机组成,风速数据取自东海风电场。仿真结果验证了所提算法的正确性,风电机组的接入对提高发输电组合系统的可靠性具有明显的作用。该算法可以被系统规划者用来有效地评估风电并网对系统可靠性的影响。     

大型海上风电场经VSC-HVDC并网的次同步振荡阻尼特性分析

基于电压源换流器的高压直流输电(Voltage Source Converter-based High-Voltage Direct Current Transmission,VSC-HVDC)技术已成为大容量远距离海上风电场并网的理想解决方案。风电机组经VSC-HVDC并网,存在由风电机组和VSC-HVDC变流器控制系统之间相互作用造成的不稳定性问题,有可能产生次同步振荡(Sub Synchronous Oscillation,SSO)现象。从VSC-HVDC换流器角度出发,建立了风电场经VSC-HVDC并网系统的等效模型,在此基础上,运用特征值分析法和谐波阻抗分析法分析了VSC-HVDC换流器控制对SSO电流阻尼特性的影响,为用于风电场并网的VSC-HVDC换流器控制系统设计及参数调谐提供理论参考。最后基于Matlab/Simulink软件搭建了双馈风电场接入两端VSC-HVDC系统仿真模型,仿真结果验证了理论分析的正确性。     

计及风电场的发输电可靠性评估

为了评估风电并网对发输电系统可靠性的影响,建立了基于序贯蒙特卡罗方法的风电场发输电可靠性模型.该模型充分考虑了机组、线路、变压器以及风力发电机等设备元件的运行状态,同时采用了最优切负荷,给出具体的算法流程,并提出可靠性指标BIEWG.算例采用IEEE-RTS测试系统,风电场是由100台V90-2 MW的双馈异步风力发电机组成,风速数据取自东海风电场.仿真结果验证了所提算法的正确性,风电机组的接入对提高发输电组合系统的可靠性具有明显的作用.该算法可以被系统规划者用来有效地评估风电并网对系统可靠性的影响.     

海上风电场并网控制系统建模与仿真

针对海上风电场容量大、距离远的特点,提出了基于电压源换流器（VSC）高压直流输电（HVDC）的海上风电场并网方案,分析了双端口VSC-HVDC的基本运行原理和VSC的数学模型,建立了连接风电机组侧VSC的功率控制器和连接并网侧VSC的电压控制器。为验证方案的可行性,在MATLAB/Simulink中建立了双端口VSC-HVDC的海上风电场并网模型,并模拟实际运行情况进行了仿真验证。仿真结果表明,提出的并网方案以及设计的控制系统能够实现海上风电机组的并网和稳定运行。     

基于虚拟惯量控制的风电电力系统电压稳定性研究

含风电电力系统外送是解决能源丰富基地电力消纳问题和负荷中心能源短缺问题的主要方案。随着双馈风电机组并网容量的不断增大,研究含双馈风电机组的风电电力系统电压稳定性的意义重大。大规模风电并网后导致电力系统总转动惯量下降,系统稳定性降低,具备附加虚拟惯量控制的风电机组可改善系统点电压稳定性。分析了风电电力系统稳定性机理和双馈风电机组的附加虚拟惯量控制策略。利用DIgSILENT/PowerFactory电力仿真软件绘制哈密地区三个风电场群的P-V、Q-V曲线得到有功裕度与无功裕度,并对比分析了附加虚拟惯量控制前后对系统静态电压和暂态电压稳定性的影响。仿真结果表明,附加虚拟惯量控制不仅能提高静态电压稳定极限,降低电力系统有功无功灵敏度,提高系统静态电压稳定性,而且能抑制频率和转速剧增,增加功率,从而提高系统暂态电压稳定性。     

基于DFIG风电并网的VSC-HVDC电压稳定性分析

研究了基于双馈感应电机(doubly-fed induction generator,DFIG)的电压源高压直流输电(voltage source conveyor-high voltage direct current,VSC-HVDC)系统的风电并网技术.为解决风电并网运行存在的电压稳定性的问题,通过对风电机组无功...     

含不同风电机组的风电电网仿真研究

为了研究包含恒速异步风力发电机和双馈异步风力发电机的风电场对电网的影响,应用Matlab 7.0建立了含不同风电机组的风电场动态模型。分析了风电场对电网暂态稳定性的影响,风电机组电压恢复情况,有功、无功变化情况,以及不同风电机组的低电压穿越能力。仿真结果表明：双馈异步风力发电机变速平稳、低电压穿越能力较强,有利于优化电能质量;当电网发生故障时,应针对不同的风电机组采取不同的控制策略以提高电力系统稳定性。     

基于VSC-HVDC的海上风电小干扰稳定控制

建立了海上风电经柔性直流输电VSC-HVDC并网数学模型,对系统小干扰稳定进行特征根分析。提出了对VSC-HVDC换流站控制进行改进:将电磁功率增量ΔPe引入到风电场并网侧换流站控制系统中,增加了阻尼控制,并采用模态控制理论对阻尼控制环节参数进行设计。最后,分别对系统故障和风速扰动两种运行情况下的海上风电并网系统进行了时域仿真分析,结果表明提出的阻尼控制能够有效阻尼同步发电机的功角振荡和海上风电场出力的波动,提高了海上风电并网系统的小干扰稳定性。