大规模海上风电场经HVDC并网引发轴系扭振分析与抑制

大规模海上风电场经HVDC输电可提高其输电效率,但当风机轴系考虑为两质块模型时,直流整流侧的控制方式有可能向附近的风机引入负阻尼,将导致风机轴系扭振,影响系统的安全稳定运行。本文首先分析风机轴系扭振产生机理,通过复转矩系数法得到系统的电气阻尼系数,以判断固有扭振频率下的系统稳定性;然后计算出待补偿的电磁转矩和风机转子转速的相角差;最后通过设计附加阻尼控制器抑制风机轴系扭振。在PSCAD程序中搭建风电场经HVDC并网模型进行仿真分析,分析结果表明系统加入阻尼控制器后,风机轴系扭振迅速衰减,控制器的加入有效增大了系统阻尼比。此研究分析为大规模海上风电场通过HVDC并网提供了理论基础。     

直驱永磁风电机组轴系扭振的非线性控制

从抑制轴系扭振的角度,以直驱永磁同步风力发电机组为对象,建立了包括风力机、传动系统、发电机和电网的数学模型,提出了协调控制的非线性控制策略,有效处理风电系统受到扰动时永磁风机轴系扭振的问题。将设计的非线性控制方法与线性最优控制方法做仿真对比,结果表明当系统受到短路扰动,功率变化扰动和端电压扰动时,非线性控制方法能更好地抑制风力机和发电机之间功角位移偏差的振荡,减少轴系扭振事故的发生,提高系统稳定运行的能力。     

不对称故障下永磁直驱风机故障相电压支撑优化控制

电网发生短路故障时,风机需要向系统提供无功功率支撑电网电压恢复。弱电网不对称故障时如果只向系统注入正序无功功率,在提升故障相电压的同时会导致非故障相电压抬升,加剧风机机端三相电压不平衡度,因此需要风机注入一定的负序无功功率来抑制非故障相电压抬升。为了进一步优化不对称故障下永磁直驱风机的故障相电压支撑策略,首先建立电网不对称故障下风机送端系统数学模型及正负序解耦控制锁相环,然后推导风机机端电压与有功无功之间的耦合关系。提出以机端故障相电压最高为优化目标,约束条件为三相电流最大值不超过换流器限流上限,在这种情况下风机发出无功的同时输出一定的有功功率更有利于非故障相电压的支撑。根据华北某实际风电送端系统在MATLAB/Simulink中搭建仿真模型,验证单相接地故障时该控制策略的可行性和有效性。     

基于转子基波电压协同输出控制的 双馈变流器高电压穿越策略

为了解决电网电压深度不对称骤升时,机侧变流器功率不稳定以及直流母线脉动问题,提出一种基于转子基波电压协同输出控制的双馈变流器高电压穿越方法。当电网电压不对称升高时,转子侧变流器只输出转子电压基波分量,控制转子变流器输出有功功率基本为零,同时网侧变流器把直流母线的脉动功率送至电网。试验结果表明,该控制方案不仅可以保证在电网电压不对称升高期间双馈风电机组不脱网运行,还能向电网提供一定的感性无功功率,同时该方法不需要使用直流母线电压斩波电路,节省了成本。     

汽轮发电机组扭振模型和算法综述

阐述了扭振机电网综合模型,包括汽轮发电机组轴系(由汽轮机转子、发电机和励磁机转子构成)、汽轮机及其调速系统、发电机及其励磁调节系统、电力网络和机网接口。汽轮发电机组轴系模型和机网接口问题比较突出,对此进行了详细介绍,并指出了扭振模型和算法存在的问题及发展趋势。     

附带STATCOM的HVDC系统改进参考电压控制法

在弱交流系统下对于附带有STATCOM的电网换相换流器高压直流输电(Line Commutated Converter based High Voltage Direct Current, LCC-HVDC)系统,存在着LCC逆变站与STATCOM之间耦合导致LCC-HVDC系统的稳定裕度下降问题,这会减弱LCC-HVDC抑制换相失败的能力。此外,HVDC控制环节之中的电压指令电流控制(voltage dependent current order limiter, VDCOL)环节的输出电流指令大幅剧烈波动还有几率会导致HVDC系统在首次换相失败之后发生后续换相失败。针对上述问题提出了一种“改进参考电压”的思想,对STATCOM和VDCOL的参考电压与输入电压分别进行修正。首先在STATCOM原本的参考电压经过一个“虚拟电抗”之后得到一个新的参考电压,通过这个改进参考电压弱化了STATCOM电压外环控制模块与LCC逆变站的耦合,减小了交流系统等效阻抗的大小,提升了系统对干扰的抵抗能力。然后对VDCOL的输入电压进行改进,新的改进输入电压改善了故障后VDCOL输出电流指令的大幅剧烈波动...     

基于Hilbert变换的轴系扭振信号分析

扭转振动是轴系常见的振动形式之一,扭转振动将引起轴系材料的疲劳积累,最终导致轴系破损事故,所以扭振的测量非常重要.应用高精度光电编码器测取扭振信号,当扭振发生时,编码器输出的脉冲信号产生疏密变化,扭振信号对编码器输出的脉冲信号进行频率调制.用希尔伯特变换对调制信号进行解调,直观地得到了整个扭振信号的角位移与角速度波形.对调制信号进行了频谱分析,得出扭振频率与激励信号的频率相一致.研究结果为以后将轴系扭振信号用于回转系统状态监测与故障诊断提供了依据.     

大型风力发电机在电网电压扰动下的特性

风力发电机并网后常常受到弱电网电压扰动的影响,甚至造成风机脱网使电网震荡加剧.为了避免此种情况的发生,通过分析在电网电压扰动情况下的变速恒频（VSCF）双馈感应（DFIG）风力发电机组运行特点,建立了风力发电机组模型,将一种改进的基于发电机定子磁链的定向矢量控制策略移植到风力发电机不间断运行控制中,对风力发电机组转子侧PWM输出电流和直流母线电压进行控制,从而达到风机稳定运行的目的利用Matlab/Simulink软件进行仿真,结果表明,该系统在电网波动时能够较好地抑制电网电压对转子电流和直流母线电压的影响.     

汽轮发电机组轴系扭振物理模拟及测试分析软件

介绍了5kW动态模拟扭振发电机组轴系结构设汁、轴系扭转固有特性计算和机组轴系扭振测试分析软件包TVAP—M的设计。TVAP—M软件包具有进行扭振信号采集、快速付里叶变换、相关与功率谱分析和频率响应分析等功能。在该模拟机上进行了扭振试验,试验表明:机组轴系扭振物理模型完全达到预想的要求;TVAP—M软件包运行准确可靠。     

提高DFIG低电压穿越能力的改进控制策略

双馈感应发电机(doubly fed induction generator, DFIG)并网处发生短路故障时,基于传统crowbar技术的DFIG低电压穿越能力较低,须从电网吸收大量的无功功率,机端电压难以恢复。针对这一技术弊端,提出一种改进的综合控制策略:首先在原有crowbar技术的基础上引入直流卸荷电路(DC-chopper),在故障时能够抑制直流母线过电压和转子侧过电流;其次在转子侧变换器引入一个定子励磁电流的微分补偿项控制,以提升机组系统轴系机械应力。当电网发生严重故障时,改进的网侧变换器控制策略可将正常运行模式切换到无功支撑模式,从而补偿系统所需无功并为电网提供部分的无功功率。在PSCAD/EMTDC平台搭建DFIG并网的仿真模型,其仿真结果表明,在不同电压跌落程度下,提出的控制策略均能提高DFIG的低电压穿越能力。     

汽轮发电机组次同步谐振的数字仿真分析

电力系统中采用串联补偿电容可以提高线路输电能力和系统稳定性,但也可能引发电力系统的次同步谐振。以串补电容电力系统次同步谐振模拟机为研究对象,建立了机电互作用下汽轮发电机组轴系扭振响应的机电统一模型,对动模扭振模拟系统进行在电网故障工况下次同步谐振的数字仿真分析。分析了不同补偿度下的扭振响应和次同步谐振电流,为轴系的结构动态设计和机组安全可靠运行提供重要价值。     

超级电容器储能系统在风电场中的应用研究

针对并网风电场输出功率随机波动引起的电网频率振荡、电压波动与闪变,对超级电容器储能系统抑制并网风电场输出功率随机波动进行了研究。根据实际风电场和风电机组运行特点分析并确定超级电容器储能系统的具体安装地点;结合有功功率和无功功率解耦控制,设计了抑制风电场输出有功功率和无功功率的波动的超级电容器储能系统控制策略。最后以某实...     

大型汽轮发电机组轴系扭振耦合问题

阐述了大型汽轮发电机组轴系扭振与调速系统、电网系统、发电机励磁系统及电力系统稳定器间的耦合作用问题。分析耦合的形成机理以及对各系统性能的新要求，指出避免或抑制耦合作用的措施，并引用典型实例验证这些分析结论。同时介绍了汽轮机长叶片效应对轴系扭振特性的影响。     

大型汽轮发电机组轴系扭振耦合问题

阐述了大型汽轮发电机组轴系扭振与调速系统、电网系统、发电机励磁系统及电力系统稳定器间的耦合作用问题。分析耦合的形成机理以及对各系统性能的新要求，指出避免或抑制耦合作用的措施，并引用典型实例验证这些分析结论。同时介绍了汽轮机长叶片效应对轴系扭振特性的影响。     

阻尼和短路时间对轴系扭振疲劳寿命损耗的影响

讨论了汽轮发电机组在短路工况下阻尼和短时间对轴系扭振劳寿命的影响，根据计算结果提出了“临界阻尼”的概念。本文所得到的结论，可用于轴系扭振问题的进一步研究和分析实际机扭振疲劳动特性时参考。     

次同步谐振对汽轮发电机组轴系扭振冲击的研究

本文研究了在电力系统发生次同步谐振时汽轮发电机组轴系的扭转特性。建立了机电统一模型,进行了数字仿真,并利用动模机组和模拟电网进行了次同步扭振试验。研究表明,次同步谐振对轴系的影响与机组特性参数和运行参数有密切关系。     

不平衡电压下双馈发电机陷波滤波改进型矢量控制

通过建立双馈风力发电机在电网电压不平衡条件下的数学模型,对电压不平衡时双馈电机的功率、转子及网侧变频器电流瞬时值进行了分析,得出发电机在不平衡电压下定、转子及网侧电流会出现脉动,且风力发电机电流谐波分量较大,传统的矢量控制方法无法有效地抑制这些脉动和谐波.在风力发电机普遍不具备负序控制能力的前提下,提出了陷波滤波改进型矢量控制策略,并进行了仿真验证.结果表明,该陷波滤波改进型矢量控制策略能有效抑制电网电压不平衡引起的直流母线电压与转子电流的脉动,且有效降低了双馈风力发电机在不平衡电压下的谐波含量,提高了双馈风力机在系统电压不平衡时的稳定运行能力.     

扭振固有频率对轴系结构参数的敏感度分析与应用

本文利用敏感度理论分析了汽轮发电机组轴系扭振固有频率对轴系结构参数的敏感度,提出了汽轮发电机组轴系扭振模拟机的动特性设计方法,开发了轴系扭振动特性分析与设计程序,并对东方300MW汽轮发电机组轴系扭振模拟机的扭振动特性进行了优化设计,达到了设计要求。该方法也可应用于实际机组轴系扭振动特性的优化调整。     

适应电力电子变压器功率双向交换的低电压穿越运行控制策略

针对交流电网故障导致机端电压跌落时电力电子变压器的运行特点,该文提出一种适应PET功率双向交换的低电压穿越运行控制策略.在电压跌落期间,根据正序电压跌落深度,自动调整注入无功功率,以协助电网电压恢复;并根据电压跌落前PET有功传输情况,在保证PET电流不越限的前提下,最大程度保持有功传输的水平及方向,减少对交直流电网的...     

轴系扭振中的Hopf分歧分析

本文把发电机轴系扭振的分析扩展到非线性领域,并对轴系扭振中的Hopf分歧现象进行了研究.利用时域仿真结果对从描述轴系扭振的近似非线性微分方程分析所得结果进行了验证.本文的研究表明,由于存在Hopf分歧现象,轴系扭振的不稳定范围明显小于应用特征根分析法所预测的范围.