大型风电场机网扭振分析与抑制研究

风能作为可再生型和环境友好型能源,风力发电技术已经迅速在全世界范围内到了发展。随着风电的快速发展,大型风电场并网安全问题也越来越受到关注。主要针对由变速恒频风电机组组成的大型风电场,研究其并入在含有串联补偿线路的电网后,在严重电网故障情况下机网扭振情况。扭振现象对于风电机组的零部件和电网安全稳定运行构成严重的威胁。建立建立风力机的四质量块模型和感应发电机数学模型,采用等值机形式,构建了9 MW的大型风电场。首先验证了在三相短路故障情况下,大型并网风电场中存在机网扭振现象。然后,通过改进传统的串联补偿环节,提出了利用晶闸管控制的可控串联补偿装器（TCSC）对机网扭振进行抑制。利用Matlab软件仿真进行实时仿真,并且进行了频谱分析,结果验证了可控串联补偿器可以减少机网扭振。     

电力系统机—网相互作用动态仿真

上海交通大学电力系自行开发了一个机-网相互作用动态仿真程序。本程序可以计算各种扰动下包括电磁、机电和汽轮发电机组轴系的扭矩在内的全系统动态过程。程序中,同步发电机用Park方程描述,网络用集中参数模型,数值积分方法采用隐式梯形法则。运用了一种新的方法消除由于网络结构突变而引起的数值振荡。     

基于聚类分析的风电场多机等效建模方法研究

针对大规模双馈型机组所组成的风电场,提出1种将变桨机构动作情况作为风电场分群聚类指标的等值建模方法。通过将能够表征变桨机构动作状态的特征向量输入到支持向量机中,对风电机组进行动态分群,将同一群内的风机进行等效合并。此外叙述了等效机组参数计算方法,建立风电场多机等效模型。经过对不同建模方法的比较得出,此方法在保证仿真精度的前提下大幅度缩小了仿真时间,且仿真结果更加接近风电场实际运行工况,验证了该方法能够更加准确的表现出风电场并网点的动态特性。     

多机电力系统扭振相互作用的研究综述

介绍了多机电力系统机组间电气耦合对轴系扭振特性的影响,以及机组自然频率与机组扭振相互作用的关系,并对复杂系统中并列运行的相同发电机和不同发电机间的扭振相互作用进行了分析,归纳了不同运行条件下机组等值简化的基本原则.     

风电场动态等值模型的多机表征方法

为提高风速分布不均匀时风电场等值模型的精度,提出了一种适用于定速机组风电场动态等值的多机表征方法。该方法以风电机组具有相近运行点为机组分群原则,定义了新的机群分类指标,结合聚类算法对风电机组进行动态分群,并给出了等值模型的参数计算方法及其仿真建模过程,从而得到多机表征的风电场模型。通过算例仿真,并与传统等值方法进行了比较分析。结果表明,提出的机群分类指标是有效的,所建立的多机等值模型能够较准确地反映风电场并网点的动态特性。     

双馈风电场次同步控制相互作用仿真研究

首先,建立双馈感应风机包括其控制器的数学模型;然后分析风机并网次同步控制相互作用(sub-synchronous control interaction,SSCI)的产生机理和动态过程。在RTDS(real time digital simulator)软件中搭建单台额定功率为2.2 MW的双馈感应风机发电系统,通过对风机与电网相连线路的电流进行傅里叶分析,得到系统发生次同步振荡时的频率分布特性;通过对风机有功、无功出力的仿真,探讨风速、线路串联补偿度、风电场并列运行风机台数、转子侧变流器(rotor side converter,RSC)及电网侧变流器(grid-side converter,GSC)的控制参数对次同步控制相互作用的影响;风速和风电场风机台数的减小、串联补偿度的提高都会增强次同步控制相互作用,并迅速导致功率的振荡发散,同时控制器PI参数的变化也会对这种作用产生影响。     

风电场机网扭振的小信号建模及仿真

风电场实际运行监测结果显示,机网扭振问题已严重制约了风电机组的使用年限。而相比于单个风电机组,多个相同风电机组组成的单一机型风电场的机网扭振会发生传递。实际风电场多采用不同机型的风电机组互补运行,机网扭振特性的变化更加复杂。先建立常见的失速、双馈、永磁直驱3种风电机组的单机小信号模型和对应的3种单一机型风电场模型,然后建立双馈?永磁直驱、失速?双馈和失速?永磁直驱3种混合机型风电场模型。通过模态分析法和相关因子分析了风电机组间的扭振传递作用,并总结出所有单一机型风电场和混合机型风电场的机网扭振特性。     

定速异步机型风电场机网扭振建模及仿真

以定速异步风电机组为例,建立包括三质量块轴系数学模型在内的风机模型,在此基础上建立了定速异步机型风电场多机小扰动仿真模型,研究该机型下同型风电场扭振模态及其相关因子,并对比不同风机数量及布局的风电场扭振模态。结果显示,风电场机组间轴系扭振模态出现双谐振尖峰现象,风机数量增加将导致扭振模态特征值实部趋于正半轴并且阻尼比降低;风电场机组间存在扭振传递作用,风电场风机数量和布局将影响系统的小干扰稳定性。     

加权容量法在风电场多机等值中的应用

大规模风电场接入电网对电力系统分析计算提出了新的要求,风电场的等值简化对电流系统潮流计算、继电保护整定尤为重要。使用加权容量法对风电场进行等值简化,对不同类型的电网故障进行仿真,同时计及不同的风速环境,通过对比风电场等值机与风电场详细模型的输出变化,验证了风电场等值在电力系统分析计算中应用的可靠性。     

永磁直驱同步风电场多机动态等值模型

以提高仿真效率为目的,建立了一种适用于永磁直驱同步电机风电场的多机动态等值模型。该模型在同调等值法的基础上,选择能综合反映风电机组运行状态的变量矩阵作为分群指标,通过模糊聚类算法对指标矩阵进行处理,将具有相近运行点的风电机组划分到同一机群。并用一台风电机组并联一个电流源组成等值机组表征该机群,最后通过多个表征机群的等值机组的组合建立了风电场动态等值模型。在此基础上,利用电力系统电磁暂态ATP/EMTP软件平台进行实例仿真,仿真结果验证了该等值模型的有效性。     

机网耦合引发的多机系统振荡机理研究

低频振荡是影响电力系统安全稳定运行的重要问题,机网耦合是引发电力系统功率低频振荡的主要原因之一.分析机网耦合引发的多机系统低频振荡机理,在Matlab软件中建立两机互联系统仿真模型.通过仿真分析可知,两机互联系统当受到外加扰动与系统固有频率重合时,同样也会发生共振机理的低频振荡.     

储能变流器多机并联离网起动方式研究

随着分布式电源和微电网的发展,储能系统越来越凸显其重要作用。由于储能变流器多台并联离网起动有很多实际困难,设备很难正常起动。分析了储能变流器并联环流的产生原因以及其影响,主要介绍了储能变流器多机并联离网起动的下垂控制方法,在一定程度上可以解决在储能变流器并联离网起动时由于产生环流导致起动失败这一问题。     

基于尾流效应的海上风电场多机等值调频控制

海上风电场的尾流具有较强的规律性,其使得各排风机捕获的风速不同从而工作在不同状态,因此传统风电场单机等值调频控制方式存在局限性。文章针对海上风资源的特点和双馈风电机组(double-fed induction generator,DFIG)有功控制方式,提出了基于尾流效应的海上风电场多机等值调频控制方法,定性定量地分析了在不同风况、方案下风机调频能力及调频成本的变化。算例仿真结果表明,与单机等值、单一调频指令的调频方式相比,基于风区划分的海上风电场多机等值方法更为合理,在此基础上进行合理分配调频功率和调频时间的调频控制方法可以为系统提供更好的动态频率支撑,同时具有较短的恢复时间及更高的经济性。     

同型多机电力系统间扭振相互作用的等效简化研究

提出了一种用于分析并列运行的同型多机系统次同步谐振(SSR)稳定性的等效简化方法。该方法基于相似矩阵具有相同特征值的原理，通过构造合适的变换矩阵，将同型N机系统的系统矩阵变换为具有N个子块的分块对角阵，其中N-1个子块完全相同，从而使N机系统的SSR问题可以简化为具有两类结构的N台单机系统来研究，并给出了这两类单机系统的建模方法。采用该等效法可以有效地降低系统维数，且保留了全部的系统特征值信息。理论推导和算例结果都显示了该等效法的正确性和实用性。     

基于系统有功网损-风速灵敏度的双馈机风电场并网位置研究

关于风电并网对网损影响的分析,有助于风电系统安全经济运行,但是现有网损灵敏度指标,不能直接反映风速波动影响。在最大功率点跟踪(maximum power point tracking,MPPT)方式下,考虑双馈感应发电机(doubly-fed induction generator,DFIG)内部损耗时,有功出力与定子电压有关,在潮流求解前未知。基于并网DFIG潮流模型,拓展网损灵敏度算法,提出电网有功网损对风速的灵敏度模型,以反映有功网损受风速影响及趋势。量化DFIG不同无功控制方式对网损及风速灵敏度的影响。考虑风速概率区间分布,综合分析灵敏度结果对风电场选址和双馈感应风电机组无功控制方式的辅助参考价值。算例结果证明了所提灵敏度模型的可行性和正确性。     

机网暂态仿真研究

给出全变量法机网暂态仿真研究数学模型和求解方法,对电力系统各种故障及投切操作下机网暂态过程进行了仿真计算,为提高电网和机组运行的安全性和可靠性提供了依据。     

雷击引起风电场升压站接地网安全性问题研究

风力发电场升压站作为风电场的重要组成部分,因为风电场所处位置一般较为恶劣,易遭受雷电波入侵,给设备和人身带来一系列的威胁。首先结合一风电场升压站遭受雷击的案例,对雷电流泄放前及泄放中两个时间段内,地网及地表的瞬态电位差进行仿真计算,然后分析和考察地网导体的瞬态电位分布对直接连接在水平地网上的一次设备、二次设备或二次系统的绝缘和干扰的影响,以及地表电位分布对人员安全的影响,并提供相应的防护建议。     

基于模糊C均值聚类的风电场多机等值方法

风电场等值是含风电场接入电网分析计算的重要技术手段。为降低风电场等值的难度,提高风电场分群的效率,本文基于风电机组实际运行中的监测状态量,采用模糊C均值(FCM)聚类算法,实现了风电场等值。首先选定各机组输出有功功率、无功功率、机端电压有效值及输出电流有效值为分群指标,并根据给定的等值机台数,将风电场分群问题转化为聚类问题;其次建立了风电机组类属隶属度函数和模糊C均值聚类算法的目标函数,通过迭代求解最优的聚类中心和模糊隶属度矩阵,得到风电场分群结果,算法具有计算简单、收敛性好的特点;然后,根据分群结果,对不同群的风电机组进行等值,实现风电场的多机等值;最后,通过仿真比较验证了本方法的有效性。本方法选取的分群指标具有可实操性,且在给定等值机台数条件下,计算更为简单、等值精度更高,适合用于风电场等值的实际工程计算。     

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。     

风电场与电气化铁路相互作用及对地区电网影响的研究

针对地区电网出现的风电场和电气化铁路集中接入的情况,从功率波动、三相电压不平衡的角度分析了风电场与电气化铁路接入电网后相互影响的机理.并利用仿真软件搭建风电场和电气化铁路模型,构建地区电网,对风电场与电气化铁路集中接入对电网的影响进行仿真分析,且提出了相应措施.