基于扩展等面积定则的含大规模风电场电力系统暂态稳定性分析

当风电大容量、集中、多点并入电网,且远离负荷区域,导致机网间联系薄弱,使得风电对电网的影响由局部问题扩展到系统稳定性问题。由于风电机组不同于常规电源的特性,使得含大规模风电场的电网暂态稳定性分析成为一个亟待解决课题。基于扩展等面积定则从理论上分析含风电场的电力系统暂态稳定性,将风电场功率等值为同步发电机的机械功率,考虑了风电场控制作用对同步发电机等值机械功率的影响,据此分析了风电场并网运行对系统暂态稳定影响的机理。最后通过仿真验证了该机理分析的有效性,扩展了等面积定则的应用范围。     

双馈风电机组故障行为及对电力系统暂态稳定性的影响

由于双馈风电机组具有不同于同步发电机的运行特性,且不同型号双馈风电机组在实现故障穿越时采用不同的控制策略,造成大规模风电并网的电力系统暂态稳定性发生变化。文中通过对双馈风电机组控制特点及故障行为的深入研究,指出双馈风电机组的故障行为由故障穿越运行控制策略决定,并给出其等效外特性。基于等面积定则定性分析了双馈风电机组接入单端送电系统后,其故障行为对系统暂态稳定性影响的机理。在理论分析基础上进行了时域仿真验证,仿真结果表明,故障期间减小双馈风电机组有功给定值、增加无功注入控制比例系数有利于系统的暂态功角稳定性,故障清除后有功恢复控制对系统的暂态功角稳定性影响不大,验证了所提理论分析的正确性。     

考虑过渡电阻的风机并网对电力系统稳定性的影响

大规模双馈风电集中接入对电网中传统同步机组暂态功角稳定有重要影响。将双馈风电机组近似等效为恒功率源,基于等面积定则分析了不同故障时段双馈风机等容量替代同步机组时同步机组暂态功角的变化,考虑了不同三相接地故障过渡电阻对同步机组功率特性的影响,据此分析了风电场并网运行时对系统暂态稳定影响的机理。理论分析表明,当过渡电阻值较小时,双馈风机接入增强了系统暂态功角稳定性,当过渡电阻值较大时,可能降低了系统暂态功角稳定性,对风机并网产生不利影响。通过PSCAD/EMTDC仿真验证了所提观点的正确性。     

风火电配置比例对风火打捆系统暂态稳定性的影响

从理论上分析了双馈风电机组和同步电机的暂态稳定性机理;基于同步电机和双馈风电机组动态数学模型,通过仿真分析研究了不同风火电配置比例对系统暂态稳定性的影响,仿真分析进一步验证了理论分析的结果;得出结论:在风火打捆外送系统中,双馈风电机组对系统暂态稳定性的影响取决于在发生故障时,双馈风电机组对同步电机电磁功率的作用;风火打捆外送时风火电配置比例对系统暂态稳定性的影响取决于系统发生故障时是否首摆失稳。     

含风电扩展单机无穷大系统不对称故障下的暂态稳定性分析

针对含双馈风力发电机(double-fed induction generator,DFIG)的扩展单机无穷大系统,分析不对称故障下,DFIG接入对系统暂态功角稳定性的影响。基于DFIG阻抗等值模型,依据等面积定则推导不对称故障下含双馈风电系统极限切除角的详细表达式,同时考虑风电比例、风机并网位置两种影响因素对含双馈风电系统极限切除角的影响,从而得到两种影响因素对系统暂态功角稳定性的影响,并分析该影响规律对不同双馈风机模型的适用性。在PSD-BPA中建立含DFIG的扩展单机无穷大系统的仿真模型,对理论分析的正确性进行了仿真验证。     

大规模风电并网对送端系统功角稳定的影响研究

随着我国风电能源的不断发展,大规模风电集中接入电网对送端系统暂态功角稳定的影响问题仍然不容忽视。以双馈型风电集中接入受端大系统为分析对象建立等效模型,并基于双馈风机的功角特性和暂态特性展开分析。首先,采用单端送电系统同步机的电磁功率解析表达式,通过分析风电等出力置换火电出力接入系统对电磁功率方程的影响推断出风电接入对同步机初始功角的影响。其次,通过负负荷接入与风电接入两种接入方式的对比分析了双馈风机在故障发生后有功功率和无功功率特性对同步机电磁功率方程的影响,并基于等面积定则(EAC)分析了双馈风机接入对系统暂态功角稳定性的影响。研究结果表明,风电等出力置换火电出力时同步机初始功角减小,暂态稳定性升高;双馈风机的有功功率和无功功率特性对系统暂态功角稳定性具有正向作用。最后,通过仿真验证了理论的正确性,并在实际电网中得到了验证。     

风电接入比例对电力系统暂态功角稳定性影响的分析方法

随着风电在电力系统中的占比越来越大,分析系统对风电的接纳能力日益重要。针对风电接入比例对电力系统暂态功角稳定性影响的研究尚不充分,在分析双馈风电机组对系统暂态稳定性影响途径的基础上,提出一种有利于系统暂态稳定性的最佳风电接入比例分析方法。通过风电场的等效导纳模型和节点导纳矩阵的收缩处理,依据扩展等面积定则构建了含有风电接入比例参数的系统等效转子运动方程,分析了风电接入比例对系统转子运动方程中各个参数的影响,推导得到系统功角加速度与风电接入比例的函数关系,使风电接入比例对系统暂态稳定性的影响分析得以量化。在此基础上可以确定有利于系统暂态稳定性的最佳风电接入比例,为系统中风电接入情况的合理配置提供理论指导。在MATLAB/Simulink中搭建仿真模型,对风电场不同接入比例以及不同低电压穿越方案下的系统暂态稳定性进行仿真对比分析,验证所提理论分析方法的正确性。     

含双馈风机接入的电力系统送端暂态稳定性研究

针对高渗透率风电接入送端系统,基于静止无功补偿器的风机等值阻抗模型,研究双馈风机在接入不同容量比例、不同位置、不同接入方式下对系统送端功角稳定性的影响。推导了单端送电系统同步机电磁功率特性;修正了同步机的功角曲线,利用等面积定则得出系统故障时加速面积和减速面积的变化,以及使用新型等效模型在不同因素下对系统暂态稳定性的影响。最后通过仿真软件验证理论分析的正确性。结果表明,风机等容量替换同步机有利于系统暂态稳定,风电直接接入不利于系统暂态稳定,风机接入位置越靠近系统侧越稳定。新型等效模型增强了系统暂态稳定性。     

双馈风机故障穿越后功率恢复速率对系统暂态稳定的影响分析

双馈型风力发电机在已建风电场中占据较大比例,研究大规模双馈型风电机组集中并网对系统暂态稳定性的影响具有重要意义。该文以功率注入模型描述风机动态行为,考虑故障清除后风机以不同速率恢复有功功率,研究风机接入对系统暂态稳定性影响的判据;在此基础上进一步研究风机不同功率恢复速率对系统暂态稳定性影响的程度;最后通过仿真验证了以上理论分析的正确性。     

含大规模风电场电力系统暂态稳定性分析

大规模风电场并网将会影响电力系统暂态稳定性。基于直流潮流模型、扩展等面积定则并利用Matlab/Simulink仿真分析了不同的电压跌落、故障持续时间以及低电压穿越(LVRT)控制策略对系统暂态稳定性的影响。仿真结果表明:电压跌落越深、故障时间越长,系统暂态稳定性越差,风电场的低电压穿越控制策略能够改善故障期间系统暂态稳定性,但是其能力有限。     

改善接入系统同步稳定性的变速风电机组控制

为了改善风电接入系统的同步稳定性,采用基于能量守恒的方法构造含有风电机组的电力系统能量存储函数,以此为基础设计提高风电接入系统动态特性的双馈风力发电机控制策略,并分析了机组运行约束对控制效果的影响。控制方案利用变速风电机组特性,通过改变风机转速消除系统故障期间的不平衡能量,有效抑制系统同步机振荡。针对双馈感应型风场接入系统,在DIgSILENT/Power Factory中进行了仿真研究,仿真结果表明,不同系统运行方式下控制方案在有效改善风电接入系统同步稳定性的同时不会恶化系统电压稳定特性。     

改善基于双馈感应发电机的并网风电场暂态电压稳定性研究

提出了改善基于双馈感应发电机的并网风电场暂态电压稳定性的措施以实现风电场的低电压穿越(low voltage ride through, LVRT)功能。目前，大部分基于双馈感应发电机的变速风电机组不具有故障情况下的暂态电压支持能力，当电网侧发生严重短路故障时，风电场的暂态电压稳定能力会影响到电网安全稳定。该文在DIgSILENT/PowerFactory中建立了具有暂态电压支持能力的变速风电机组转子侧变频器控制模型及用于故障后稳定控制的桨距角控制模型，通过包含风电场的电力系统仿真计算验证了模型的有效性及其对风电机组和电网暂态电压稳定性的贡献。仿真结果表明，当电网侧发生三相短路故障时，风电机组转子侧变频器暂态电压控制能够控制风电机组发出无功功率支持电网电压；桨距角控制能有效降低变速风电机组机械转矩，避免出现风电机组超速及电压失稳。得出结论：采用变频器暂态电压控制及桨距角控制能够改善基于双馈感应发电机的并网风电场的暂态电压稳定性，确保风电机组低电压穿越(LVRT)功能的实现及电网安全稳定。     

电网侧换流器无功功率控制改善双馈风电机组稳定性的研究

研究了改善双馈风电机组（DFIG）的并网风电场暂态稳定性的措施。目前现存的大部分双馈型变速风电机组并不具备故障穿越能力。在DIgSILENT/PowerFactory14.0中建立了具有暂态无功调节能力的变速风电机组电网侧换流器控制模型以及故障后桨距角控制模型,通过对并网风电场仿真分析验证了模型的有效性。仿真结果表明：当风电场电网侧发生短路故障情况下,双馈风电机组电网侧换流器能够产生一定的无功功率支持电网电压;桨距角控制能够降低风电机组的机械转矩,防止机组超速以及电压失稳。双馈风电机组的故障穿越能力得以实现。     

Adaptive fractional integral terminal slidingmode power control of UPFC in DFIG windfarm penetrated multimachine powersystem

With an aim to improve the transient stability of a DFIG wind farm penetrated multimachine power system (MPN), an adaptive fractional integral terminal sliding mode power control (AFITSMPC) strategy has been proposed for the unified power flow controller (UPFC), which is compensating the MPN. The proposed AFITSMPC controls the dq- axis series injected voltage, which controls the admittance model (AM) of the UPFC. As a result the power output of the DFIG stabilizes which helps in maintaining the equilibrium between the electrical and mechanical power of the nearby generators. Subsequently the rotor angular deviation of the respective generators gets recovered, which significantly stabilizes the MPN. The proposed AFITSMPC for the admittance model of the UPFC has been validated in a DFIG wind farm penetrated 2 area 4 machine power system in the MATLAB environment. The robustness and efficacy of the proposed control strategy of the UPFC, in contrast to the conventional PI control is vindicated under a number of intrinsic operating conditions, and the results analyzed are satisfactory.     

电压控制的DFIG对风火打捆系统暂态稳定性的影响

风火打捆外送是解决风电消纳问题的重要措施,但风火打捆系统联络线潮流重,在发生大扰动时系统失稳风险较大。因此,提高风火打捆系统的暂态稳定性具有重要意义。结合简单风火打捆系统,采用等面积法则分析了DFIG采用定电压控制、定功率因数控制对系统暂态稳定性的影响。DFIG采用定电压控制,在扰动后可以向系统提供较多的无功功率,从而提高发电机电压,增加发电机输出的有功功率,增大减速面积,从而提高系统的暂态稳定性。最后,通过仿真算例分析验证了本文的结论。     

考虑风速分区的双馈风机并网小干扰稳定分析

双馈风机并网对电网小干扰稳定性的影响,双馈风机低于额定风速运行时,根据功率特性和机械特性将其分为最大功率跟踪区和恒转速区2个分区。针对双馈风机-无穷大系统,采用李雅普诺夫线性化方法,分别建立最大功率跟踪区和恒转速区13阶小信号模型,采用特征根分析法,对比分析了各分区变换器控制器参数和风速对双馈风机-无穷大系统小干扰稳定性的影响。算例结果表明：2个分区内系统小干扰稳定的参数可行域不同,系统小干扰稳定特性不同,低于额定风速下进行分区研究可以更加精确地评估风机并网的小干扰稳定特性。     

电网对称故障时双馈感应发电机不脱网运行的系统仿真研究

利用经实验验证的时域仿真模型对一典型的2MW双馈感应风力发电系统在电网对称故障时的控制和响应进行仿真研究。与在电网故障时将转子端部直接短接的保护方案相比较,采用所提出的电网故障励磁控制与正常运行时的风能跟踪控制相结合,可以保证发电机迅速恢复有功输出,从而提高整个电力系统在故障切除后的运行稳定性。针对电网对称故障时发电机不脱网运行的可控范围进行仿真计算的结果表明:典型双馈感应风力发电机可在电网故障引起发电机变压器系统侧电压最低下降到30％额定电压时仍可保持不脱网运行。对影响电网故障励磁控制性能的各种因素,包括发电机故障前初始运行点及电机参数进行了研究,发现适当增加发电机漏感或定予侧电阻有助于进一步提高电网故障时励磁控制的效果。     

基于DFIG功率振荡阻尼器的电力系统低频振荡抑制综述

随着大规模风电并网,风电机组与同步机组间的动态交互加剧,前者对电网低频振荡(low-frequency oscillation,LFO)的负面影响和正面控制效果渐趋显著。文章对双馈风电机组(doubly-fed induction generator,DFIG)并网系统LFO抑制问题展开调研。分析了DFIG并网对LFO的影响机理,从风电侧和电网侧比较了LFO抑制措施。重点讨论了DFIG附加功率振荡阻尼器(power oscillation damper,POD)的参数整定方法和控制策略设计。对基于传统方法、优化方法、鲁棒理论等参数整定方法,以及线性二次型调节器(linear quadratic regulator, LQR)、自抗扰控制(active disturbance rejection control,ADRC)、滑模变结构控制(sliding mode control,SMC)、模糊控制等控制策略进行比较分析。最后对DFIG并网电力系统低频振荡抑制问题,给出后续研究展望。     

基于协同惯量控制的双馈风机并网系统稳定性分析

双馈风力发电机由于其运行特性,失去了一定类似同步发电机的惯性响应能力,导致双馈风力发电机大规模并网之后,电力系统惯性响应能力降低。若系统受到扰动,有时不能够维持频率在允许的范围内变动,将会对含风电的电力系统稳定性造成不同程度的影响。文章推导了采用定子磁链定向矢量控制的双馈风力发电机的惯量控制模型,提出一种基于虚拟惯量控制和转子转速控制的协同控制策略,在Matlab/Simulink中建立虚拟惯量控制模块及转子转速控制模块,仿真分析协同惯量控制下双馈风力发电机并网系统惯性响应的影响以及该控制策略对惯量支撑、系统频率的影响。仿真结果表明,不同工况下,协同惯量控制可为风电并网系统提供一定惯量支撑,在有效防止系统频率深度跌落的同时提升了系统的稳定性。研究结果可为实际工程提供理论指导。