双馈风机次同步相互作用研究

分析了产生谐振的条件及机理.根据某风电场提供的实际参数,利用PSCAD建立1.25 MW双馈风力发电机模型用于次同步振荡分析,采用时域仿真分析了系统的次同步谐振频率随串补度的变化及其对双馈风机电流和功率的影响.通过对比某风电场脱网故障时的录波监测数据,验证了风电机组次同步振荡分析模型的准确性,为风电机组的次同步振荡控制提供了分析基础.     

混合串补抑制双馈风电场次同步振荡研究

随着串联电容补偿输电在风电并网工程中的推广应用,国内外部分双馈风电场(doubly fed induction generator,DFIG)面临着严峻的次同步振荡(subsynchronous oscillation,SSO)问题。为抑制DFIG风电场所面临的SSO问题,文中利用由静态同步串联补偿器(static synchronous series compensatory,SSSC)和固定电容器组成的混合串联补偿装置来实现风电场的并网,并提出了一种混合串补装置换流器附加控制抑制风电场SSO的方法;最后,采用时域仿真的方法验证了混合串补装置附加控制抑制DFIG风电场SSO的有效性,仿真结果同时表明,所设计的附加控制器不会对混合串补装置的运行产生不利影响。文中研究可为DFIG风电场并网系统的设计及SSO抑制提供参考。     

双馈风电场经串补并网引起次同步振荡机理分析

双馈风力发电机通过串联补偿线路外送风电时,会出现由感应发电机效应(induction generator effect,IGE)和次同步控制相互作用(sub-synchronous control interaction,SSCI)引起的次同步振荡问题。为分析该问题,以给其抑制措施提供依据,建立了用于次同步振荡分析的双馈风力发电机模型,采用频率扫描法分析了 IGE 的机理和影响因素,从转子侧电流环的闭环控制角度推导分析了SSCI的机理和影响因素,并采用时域仿真法分别分析和验证了风速、串补度对IGE的影响及转子侧电流环控制参数对SSCI特性的影响。研究结果表明：串补度的增加和风速的减小会引起IGE;电流环控制器比例系数和积分系数的增大会引起SSCI。     

大规模双馈风电场次同步振荡的成因分析

为了探究大规模双馈风电场在无串补情况下发生次同步振荡现象的原因,文中在MATLAB/SIMLINK软件搭建了双馈风机无串补线路并网模型,结合时域仿真法研究了风机出力、RSC控制器参数、无功外环控制器参数和传输线路长度与次同步振荡的关系。结果表明:风速越大,并网台数越多,即风机出力越大,则更易发生次同步振荡。单独改变RSC内环电流控制器的Ki参数,不会产生系统振荡,然而调节Kp参数太大,系统更易发生次同步振荡。外环无功控制器比例系数Kp过大,控制器参数过于灵敏,会造成无功功率的超调,系统更易发生次同步振荡。传输线路的大小只影响电压波动的范围,不会造成系统发生次同步振荡。     

含双馈机组转子侧附加控制的风电场次同步振荡抑制方法

针对含双馈机组风电场通过串联补偿外送功率时产生的次同步振荡(sub-synchronous oscillations,SSO)问题,建立了包含两质量块轴系、d-q解耦控制回路等的详细模型。采用测试信号法绘制分析阻尼曲线。该曲线显示,串联补偿的加入改变了电气阻尼特性。如果控制器参数不合理,较低串补度下也有发生振荡的风险;随着串补度的加大,电气谐振点的负阻尼越大,对应于转子侧的电气谐振频率越低。当轴系参数耦合时会发生轴系扭振。针对双馈机组转子变换器控制回路的特点,在转子侧注入次同步电流,以激发次同步电磁转矩阻尼振荡,设计附加功率控制的次同步阻尼控制器(sub-synchronous damping controller,SSDC)对次同步振荡予以抑制,并给出了控制器参数的整定方法。时域仿真结果表明:采用该SSDC方案,能够有效抑制串补引发的风电场SSO问题。     

双馈风电场经混合串补外送系统次同步振荡特性

运行经验表明,双馈风机(doubly fed induction generator,DFIG)经串联补偿线路外送系统存在发生次同步振荡(subsynchronous oscillation,SSO)的风险。文中给出了由静止同步串联补偿器(static synchronous series compensator,SSSC)和固定电容器组成的混合串补装置结构及控制策略,设计了串联型柔性交流输电装置次同步频段阻抗特性仿真测试方法,并分析了SSSC的次同步频段阻抗特性及DFIG经混合串补外送系统的SSO特性。分析结果表明,SSSC的次同步频段等效电抗和等效电阻均为正,且系统的SSO阻尼随混合串联补偿中SSSC占比、补偿阻抗及补偿电压的增大而增大。文中研究成果可为大规模风电外送系统的规划设计和运行提供指导和参考。     

双馈风电场等值阻抗模型在高频振荡研究中的适用性分析与评价

目前在对风电场高频振荡的研究中,风电场普遍采用等值阻抗模型,然而对于等值阻抗模型在高频段的适用性需要进一步分析与评价。针对这一问题,该文以双馈风电场为例,首先建立风电场中包含双馈风电机组、链路出口处电缆与风电机组间集电线路的链路详细高频阻抗模型。然后,采用常规等值方法聚合风电场,获得等值高频阻抗模型。进而,在同一链路不同风电机组之间控制延时、电流内环控制参数、网侧滤波器等关键参数存在差异的场景下,采用振荡频率相对误差、高频段相位均方根误差两个指标综合评价等值与详细风电场高频阻抗模型的一致性,并研究考虑与忽略风电机组间集电线路对等值高频阻抗模型适用性的影响。结果表明,风电机组间集电线路对风电场等值高频阻抗模型的适用性有较大影响;然而,在考虑风电机组间集电线路的影响后,同一链路不同风电机组的关键参数存在差异时对风电场等值高频阻抗模型的适用性影响较小。最后,在PSCAD/EMTDC仿真平台上搭建双馈风电场的仿真模型,通过仿真验证理论分析的正确性。文章所得结论可以为研究规模化风电场高频振荡现象提供等值模型的适用性参考依据。     

双馈风机串补并网次同步振荡抑制策略

文章分析双馈风机次同步振荡机理,提出虚拟阻抗抑制策略,以抑制振荡现象,并在MATLAB上仿真验证所提控制策略的合理性和正确性。     

风电场内机群间次同步振荡相互作用

大型风电场内部包含大量控制参数各异、运行状态不同甚至类型多样的风电机组,其并网引发的次同步振荡问题日益凸显。研究了风电场内部不同风电机群之间次同步振荡相互作用及其影响因素,从而明确次同步振荡在风电场内的演化过程;建立了直驱风电场的并网导纳模型;应用广义奈奎斯特判据分析了风电场内不同风电机群并网的次同步振荡稳定性,在此基础上研究了风电场内不同风电机群之间的次同步振荡相互作用。结果表明,“振荡机群”能够引起“稳定机群”也发生次同步振荡,二者的并网机组台数比例对风电场次同步振荡特性具有显著的影响,“振荡机群”的锁相环参数对整座风电场的次同步振荡频率具有重要的影响。在MATLAB/Simulink中搭建了直驱风电场的并网仿真模型,时域仿真结果验证了上述理论分析的正确性。     

计及网络谐振结构的双馈风电场次同步振荡问题分析及抑制

针对双馈风电场经串补送出时的振荡问题,致力于从电力网络谐振的角度分析其振荡机理,并提出相关抑制措施。首先结合双馈风机的基本结构,对其交流侧受扰动时的响应特性进行了分析,建立起双馈风机的端口阻抗模型。在此基础上,采用s域节点导纳矩阵法分析了不同运行工况下双馈风电场经串补送出系统的网络谐振结构,并确定了不稳定谐振模式的主要影响区域。最后,针对最不稳定的谐振模式提出了基于旁路阻尼滤波器的谐振抑制措施,并通过电磁暂态仿真对其有效性进行了验证。算例分析表明,在高串补度、低运行转速下,系统在次同步频段内确实存在一定的谐振风险;通过合理设计旁路阻尼滤波器参数,可以有效提高系统的谐振稳定性。     

适用于系统次同步振荡分析的风电场等值建模方法综述

近年来,风电并网系统次同步振荡事故在全球多地均有报道发生,严重威胁了电力系统安全稳定运行。由于风电机组单机容量较小,一个风电场内通常具有数十台甚至数百台风电机组,造成风电场模型阶数高,风电机组之间耦合复杂,合理有效地对风电场进行等值建模,是研究风电并网系统振荡机理、特性与抑制的基础。本文在现阶段对风电接入引发电力系统次同步振荡原因认识的基础上,分析了现有较为成熟的风电场动态等值方法用于风电并网系统振荡稳定性分析的优势与不足,总结了现有风电场动态等值研究成果中的遗留问题,以期为未来针对风电汇集系统小干扰等值与风电并网系统次同步振荡展开进一步研究提供参考和借鉴。     

风火打捆经直流送出的次同步振荡分析与抑制措施

传统火电机组与直流输电控制器相互作用会产生次同步振荡,大规模双馈风电机组接入对这种振荡产生的影响有待深入研究。本文建立了风火打捆经直流送出的典型模型,并对风火打捆经直流送出系统次同步振荡机理进行了分析,结果表明双馈风机接入能够缓解直流输电引起的火电机组次同步振荡,且风火打捆比例越高效果越好。分析了风机变频器特性与系统运行工况对火电机组次同步振荡的影响,结果表明,风机转子侧变频器内环增益系数增大、内环积分时间常数减小、直流输送功率上升、送端交流系统减弱、直流输电整流侧控制器积分时间常数减小、换流器触发角增大,会引起火电机组振荡加剧。对工程应用较多的直流附加宽带通式次同步阻尼控制器(SSDC)在风火打捆经直流送出系统中的适用性进行分析与验证,结果表明,宽带通式SSDC仍具有抑制效果。     

考虑弃风的DFIG风电场动态等值模型

我国弃风现象严重,在此大环境下,为了得到更为准确的风电场模型,提出了一种考虑弃风的双馈感应异步发电机(DFIG)风电场的建模方法。该方法考虑了由于尾流效应导致风电场内各台风力机输入风速不同,兼顾调度部门向风电场下达的弃风指令,提出了以风能利用率Cp为分群指标,建立了DFIG风电场的多机等效动态模型,大幅度提高了仿真速度。该方法更贴近风电场实际运行情况,分群指标易于得到。通过PSCAD算例仿真及结果对比,表明该风电场等值模型的输出在稳态和故障情况下都能更好地拟合详细模型。     

双馈风电场阻尼系统次同步振荡的无功功率控制策略

引入无功-转速型传递函数,推导了双馈风电场无功功率对系统贡献的阻尼系数大小和性质的表达式,并基于分析获得的提供系统正阻尼条件,优化设计无功功率环附加阻尼控制策略抑制次同步振荡。以双馈风电场接入IEEE第一标准测试系统为例,基于Dig SILENT/Power Factory仿真平台对双馈风电场无功功率附加阻尼控制时的系统运行性能进行仿真比较。理论分析和时域仿真结果表明,推导的阻尼系数表达式以及得到的正阻尼范围条件可以有效分析双馈风电场无功功率对系统次同步振荡的作用,提出的风电场无功功率附加阻尼控制策略能在全次同步频段内提供最优正阻尼,且抑制效果优于有功功率附加PSS阻尼控制。     

双馈风场串补系统次同步振荡紧急控制策略

在新能源侧振荡抑制措施失效的情况下,双馈风电场与串补相互作用诱发的次同步振荡会造成大量风机脱网,对系统稳定性产生不利影响。现有振荡抑制措施无法保证在任何情况下都能可靠抑制振荡,因此需要网侧主动对风场进行紧急控制。文中基于频域阻抗判据,针对辐射型网络网侧选切过程中实时计算量过大的问题制定紧急控制策略,以达到降低计算量,减少决策时间的目的。在极坐标系下推导新能源侧频域阻抗实部与支路阻抗模值相角的关系,根据实部变化量分三步进行判断:首先排除"切除无效机组";其次在余下的机组中筛选紧急控制作用有效的机组;最后根据复阻抗量的投影大小确定切除顺序以防过切。基于国内某风电场经串补送出电网实际参数,通过PSCAD仿真试验对所提策略的有效性进行仿真验证,仿真结果表明按照文中所述切除策略进行紧急控制可有效提升系统在次同步振荡过程中的系统阻尼,避免振荡快速发散。     

风电参与的电力系统次同步振荡机理研究综述和展望

风电参与的新型次同步振荡事故频发,严重影响了新能源电力系统的安全稳定运行。结合次同步振荡所对应的数学动力学模型、轨线特征,分析归纳风电参与的电力系统次同步振荡的机理分类,即负阻尼振荡、强迫振荡、切换型振荡和其他复杂振荡,并从参数变化角度给出对应的分岔类型;进一步地,基于上述风电参与的新型次同步振荡机理分类,分别阐述对应上述机理的分析方法研究现状;最后,针对目前研究较少的风电参与的切换型次同步振荡,从分段光滑模型及其动力学机理、非光滑分岔分析方法、物理特性、实测验证等角度,给出其研究展望。     

基于改进型LADRC的STATCOM抑制双馈风电场次同步振荡策略

针对双馈风电场经串联补偿线路送出引发的次同步振荡问题,提出了一种基于改进型线性自抗扰控制(LADRC)的静止同步补偿器(STATCOM),实现对系统次同步振荡的抑制。LADRC设计时考虑延时因素,在控制计算中消除由信号测量、传输等延时导致的输入量之间时间轴上的不匹配。基于改进型LADRC设计了STATCOM的附加阻尼控制器、电压外环、电流内环控制器以及锁相环,使STATCOM为系统提供正阻尼,同时增强控制系统的速动性和抗干扰能力,以适应次同步振荡工况,并从阻抗角度分析了STATCOM抑制次同步振荡的作用机理。在MATLAB/Simulink中搭建了系统的时域仿真模型,实验结果证实了所提出的抑制策略在动态性能和抗干扰方面的优越性。     

基于虚拟电阻的双馈风机次同步振荡分数阶PI控制

针对传统方法抑制双馈风机经不同串补电容并网引发的次同步振荡效果不佳的问题,文中提出一种基于虚拟电阻的风机分数阶比例-积分(FOPI)控制策略。首先,分析风电系统次同步振荡发生机理,并以风机并网电流为输入信号设计宽频带次同步电流滤波器,构建出虚拟电阻控制器以增强系统电气阻尼;之后,利用Oustaloup算法改进分数阶积分算子,以网侧变流器控制方程为底层模型重构FOPI电流控制环,分析积分阶次对电流跟踪动态特性的影响;然后,通过引入非线性迭代权重以及学习因子改进传统灰狼优化算法,优化控制策略参数;最后,利用Matlab/Simulink搭建仿真验证模型,结果表明所提策略能有效抑制不同串补度下的次同步振荡,表现出较强的鲁棒稳定性。