基于频率耦合阻抗模型的海上风电并网系统振荡稳定性分析

海上风电的大规模开发利用可能会引起次(超)同步振荡事故,降低系统的稳定水平,因此亟需一种能准确分析海上风电并网系统振荡稳定性的方法.为此,首先建立设备的频率耦合阻抗模型,根据系统的拓扑结构,形成海上风电并网系统的阻抗网络模型,由网络的传递函数得到系统的聚合阻抗,根据聚合阻抗的频率特性获得系统的振荡模式并判断模式的稳定性...     

基于阻抗分析法的三相LCL型并网逆变器附加有源阻尼设计

三相LCL型并网逆变器系统中,由于设备与系统间的交互作用可能会造成谐波振荡,严重影响系统正常运行。针对该问题,采用谐波线性化的方法,计及耦合补偿项网侧电压的影响修正阻抗模型,建立了修正后的三相LCL型并网逆变器序阻抗模型,同时从谐振原理及对数频率稳定性角度进行稳定性分析,揭示光伏并网系统高频谐振产生的机理;基于得到的并网系统阻抗特性,针对结合电容电流反馈及串联超前校正的附加有源阻尼环节,考虑阻抗特性曲线进行阻尼环节参数选取,对易振荡频段进行阻抗重塑。最后,基于Matlab/Simulink仿真平台验证了该方法的正确性和有效性。研究结果表明:附加有源阻尼环节能有效抑制谐波振荡且具有较好动态特性。     

序阻抗视角下虚拟同步发电机与传统并网逆变器的稳定性对比分析

传统新能源并网逆变器接入弱电网易发生谐波振荡等交互稳定性问题。该文采用谐波线性化方法建立虚拟同步发电机的小信号序阻抗模型,对比分析虚拟同步发电机和传统并网逆变器的序阻抗特性。传统并网逆变器的序阻抗在中频段显容性且阻抗幅值较大;而虚拟同步发电机的序阻抗基本呈感性且阻抗幅值较小,与电网的阻抗特性基本一致。基于序阻抗模型和奈奎斯特稳定判据分析电网强弱、逆变器并网台数和锁相环带宽对虚拟同步发电机和传统并网逆变器并网系统稳定性的影响。稳定性分析结果表明,在弱电网下或者高渗透率新能源发电下,传统并网逆变器容易失稳,而VSG并网系统依旧可以稳定运行且无锁相环的约束。因此,从系统稳定性的角度来说,VSG比传统并网逆变器更适合应用于弱电网下或者高渗透率新能源发电中。最后,通过实验验证该文分析的正确性。     

计及模式可观度的阻抗网络聚合方法

为研究大规模可再生能源系统的振荡问题,提出了一种基于模式可观度的阻抗网络聚合方法,将高维度的阻抗网络简化为一个聚合阻抗,使其保留系统全部振荡模式的信息。首先定义了节点(支路)对模式的可观度,然后基于节点(支路)可观度矩阵提出了阻抗网络的聚合判据和聚合指标,从而找到对各模式均可观的网络端口,接着计算该端口的等效阻抗,作为网络的聚合阻抗。最后将所提方法应用到实际风电并网系统中,利用获得的聚合阻抗分析系统的振荡稳定性,并通过仿真验证了该方法的有效性。     

基于Brauer定理的多变流器并网系统小干扰稳定性分析

高比例新能源和高比例电力电子设备(简称“双高”)并网会引起电力系统的宽频振荡问题。采用传统阻抗分析法研究多变流器并网系统(multiple grid-connected-converter system,MGCCS)小干扰稳定性问题存在一定局限。该文将多变流器并网系统建模为负反馈模型,并基于Brauer定理提出一种充分稳定性判据。最后,通过一个包含7个变流器群的并网系统验证所提判据的有效性。理论分析与时域仿真证明该判据计算复杂度较低,具有分析高阶系统小干扰稳定性问题的潜力,且其作为充分判据的保守性较低,有利于指导并网系统的参数设计。     

多并网逆变器系统灰箱阻抗辨识与阻抗聚合分析方法

新能源发电网络谐波振荡问题凸显，阻抗分析法分析该问题的关键是聚合路径的正确选择。对此，提出了一种考虑零极点对消现象的多并网逆变器系统阻抗聚合方法。说明新能源发电网络及其对应阻抗网络的建立过程，并对新能源发电阻抗网络的聚合过程进行展现；基于“灰箱”背景利用矢量匹配算法对并网逆变器、电抗器和电容器的阻抗模型进行获取；对阻抗聚合路径中可能存在的零极点对消现象进行理论基础分析。在MATLAB/Simulink中搭建多并网逆变器系统进行仿真，分别选择不同的阻抗聚合路径，利用阻抗分析法进行系统稳定性分析，进一步验证所提聚合方法的有效性和实用性。     

基于阻抗辨识的沽源地区风电并网系统次同步振荡控制策略

大规模风电集群与系统交互作用引发的次同步振荡严重威胁电网运行安全。文中提出一种基于系统阻抗辨识的次同步振荡控制实现框架及计算方法。通过辨识电网侧和风场支路阻抗得到系统序阻抗，基于系统序阻抗实部值的变化来判定稳控系统切除不同风场馈线的有效性，考虑不同风场对系统阻抗的影响大小并基于最小切除量原则制定次同步振荡控制策略。针对实际电网中电网侧阻抗及风场支路阻抗难以辨识的难点，提出电网侧阻抗极限值预估和风场支路阻抗在线测量方法。基于PSCAD/EMTDC仿真平台构建沽源地区实际风场群并网系统模型，验证了所提次同步振荡控制策略的有效性。     

新能源发电并网系统的小信号阻抗/导纳网络建模方法

变流器与交直流电网之间相互作用引发的功率振荡是新能源发电并网系统面临的重要稳定性问题。小信号建模是分析这一问题的基础,但变流器数量巨大、结构各异及其控制系统"黑(灰)箱化",导致常规的建模方法面临困难。为此,文中提出新能源发电并网系统的小信号阻抗(导纳)网络建模方法,通过将系统部件建模为可反映其内在动态的外特性频域阻抗(导纳)模型,并根据电网拓扑互联起来形成阻抗(导纳)网络,获得目标系统的整体模型,进而通过阻抗聚合量化分析系统的振荡特性。采用河北沽源风电场—串补输电系统次同步振荡问题的建模与分析来说明方法的有效性。     

风电并网系统次同步振荡的频域模式分析

随着风电等新能源渗透率的提高,大量电力电子设备接入电力系统,电力电子变流器与大电网间的相互作用引发了多起新型次同步振荡事故。为了深入研究风电并网系统的振荡特性,文中提出了频域模式分析法。首先,建立目标系统的阻抗网络模型,并形成网络的节点导纳矩阵和回路阻抗矩阵。然后,通过求解矩阵行列式零点获得系统的振荡模式。接着,定义了节点（支路）的参与因子、可观度和可控度,并基于阻抗网络模型推导出了这些指标的计算公式,进而得到振荡路径和扰动源的信息。最后,将所提方法应用到实际风电并网系统中,通过仿真验证了方法的有效性。     

抑制直驱风电并网系统次/超同步振荡的储能变流器有源阻尼控制方法

为应对直驱风电并网系统接入弱电网引发的次/超同步振荡问题,针对储能变流器提出了一种改进的有源阻尼控制方法,建立了考虑所提有源阻尼控制方法的储能变流器序阻抗模型,并分析了含储能变流器的直驱风电并网系统阻抗特性。在次/超同步振荡频段,并网系统阻抗幅值较低且部分呈容性,当输出功率增大、电网短路比降低或锁相环带宽减小时,容易与感性电网阻抗发生交互,从而诱发次/超同步振荡。然后,考虑不同有源阻尼控制参数对系统稳定性的影响,并给出选取参数的方法,使直驱风电并网系统的正负序相角裕度大于零或幅频特性不与电网阻抗发生交截。分析结果表明,所提有源阻尼控制方法能够有效改善直驱风电并网系统的阻抗特性,在更为复杂恶劣的条件下,耗散振荡能量,抑制次/超同步振荡,增强系统的稳定性。最后,通过仿真验证分析的正确性。     

直驱风电场经交流并网系统dq阻抗模型及稳定性分析

为研究直驱式风电场经交流并网系统中,由变流器控制器与电网互相作用而引发新的次同步振荡问题,综合考虑变流器内部控制动态特性、交流动态响应和功率传输特性,推导了直驱风电机组经交流并网系统dq等效阻抗模型。结合系统阻抗行列式稳定判据,分析了直驱风电机组网侧变流器内部控制参数变化对次同步振荡的影响。研究表明,随着网侧变流器中内、外环的PI控制参数（Kp、Ki）的减小,发生振荡失稳的风险增加,系统稳定性下降。最后,通过PSCAD/EMTDC环境下时域仿真验证了模型与理论分析的正确性。     

弱电网下计及锁相环影响的LCL型并网逆变器控制策略

新能源并网逆变器在弱电网下易诱发宽频带振荡.为分析振荡失稳的发生机理,首先基于复矢量传递函数方法建立了计及锁相环影响的三相LCL型并网逆变器阻抗模型,然后分析了频率耦合的机理.在此基础上推导出并网逆变器系统与电网阻抗交互作用的等价输出阻抗模型,应用阻抗稳定性判据分析了锁相环对并网逆变器稳定性的影响.为抑制锁相环对并网逆...     

基于改进电容电流反馈的含非线性负载光伏并网系统振荡抑制策略

在含非线性负载的光伏并网系统中，光伏发电单元、非线性负载、电网三者之间的相互作用可能导致系统出现振荡，因此提出一种改进的电容电流反馈有源阻尼(capacitor current feedback active damping, CCFAD)控制方法。首先，采用谐波线性化方法建立含非线性负载的光伏并网系统序阻抗模型，并基于阻抗模型和对数频率稳定判据揭示含非线性负载的光伏并网系统振荡特性。随后，基于负电阻理论定义阻抗相对灵敏度指标，评价不同参数变化对系统阻抗特性的影响程度，获取影响系统稳定性的关键参数。基于不同参数的阻抗相对灵敏度分析，提出一种改进的CCFAD方法。该方法拓展了传统CCFAD的正阻尼区域，有效地改善了系统输出阻抗的相位裕度，提高了系统稳定性。最后，在Matlab/Simulink中搭建仿真模型，验证了分析方法的正确性和所提控制策略的有效性。     

基于阻抗分析法研究光伏并网逆变器与电网的动态交互影响

大量存在的并网逆变器会对分布式发电系统的电能质量和系统稳定性造成深刻影响,该文基于阻抗分析方法研究光伏并网逆变器与电网间的交互影响。论文定量分析光伏并网逆变器与电网之间由于阻抗交互影响所产生的谐波振荡,并通过基于硬件在环的分布式发电综合实验平台验证不同电网接入条件对并网逆变器稳定性的影响;推导LCL型并网逆变器的系统阻抗模型,并提出一种基于电压前馈的主动阻抗控制策略来提高逆变器与电网之间的稳定相角裕度,使光伏并网逆变器在不同的动态电网条件下均具有较好的控制鲁棒性;最后给出阻抗主动调整控制策略的设计过程和参数设计方法,并通过仿真验证主动阻抗控制策略的有效性。     

新能源发电并网系统的同步参考坐标系阻抗模型及其稳定性判别方法

近年来,新能源发电并网系统中出现了新型的次同步振荡问题。为应对该问题,迫切需要开展适用于新能源发电并网系统的建模和稳定性判别方法研究。首先以一个简单的直驱风机–交流并网系统为例,分别推导了直驱风机和交流电网基于同步参考坐标系(synchronous reference frame,SRF)的阻抗模型,进而构建了系统整体的SRF阻抗模型;然后,基于该模型提出一种新的稳定性量化分析方法,并通过数学推导证明其有效性;最后,采用时域仿真和特征值分析验证了模型和判稳方法的有效性和精确性。所提方法具有针对实际复杂新能源并网系统开展阻抗网络建模和稳定性量化分析的潜力。     

直驱风电机组频率耦合阻抗模型的辨识

大规模风力发电并网可能会引发严重的稳定性问题,例如与直驱风电机组有关的新型次同步振荡(subsynchronous oscillation,SSO)。这种新型SSO发生时通常伴随着显著的频率耦合效应,且该耦合现象在分析系统稳定性时有重要影响。为此,文章首先提出采用频率耦合阻抗模型(frequency-coupled impedance model,FCIM)分析直驱风电机组的频率耦合特性,之后建立了频率耦合阻抗模型测试平台,提出了频率耦合阻抗模型的辨识方法。然后基于平台和辨识方法得到了直驱风电机组的频率耦合阻抗模型,并根据所提方法拟合得到了阻抗模型传递函数。最后分析了直驱风电机组的频率耦合特性,可为电力系统振荡研究的模型选择提供参考。     

弱电网下提高并网逆变器稳定性的相角方法

电网阻抗不断增加,其与并网逆变器阻抗频率交截处相角会越来越低,基于电容电流反馈有源阻尼法抑制谐振尖峰可能失效,容易发生低次谐波振荡,并网逆变器趋于不稳定。从阻抗法的角度,建立LCL型单相并网逆变器系统阻抗模型,提出电网电压前馈相角提升方法,提高电网阻抗与逆变器输出阻抗频率交截处的相角达到稳定裕度的要求,采用该方法能有效提高并网逆变器系统在阻抗变化下的稳定性。     

并网变流器的频率耦合阻抗模型及其稳定性分析

可再生能源并网系统中,如光伏、风电以及无功补偿等并网均采用电压源型变流器。变流器与交流电网之间的相互作用会引发新的振荡问题,阻抗模型分析成为研究此类问题的重要方法。多数阻抗模型往往忽略了变流器外环控制和频率耦合的影响,适用于变流器高频动态特性研究,但在分析变流器中低频动态(如次同步振荡)方面不够精确。为弥补这一缺陷,文中针对典型电压源型并网变流器提出了一种频率耦合阻抗模型,同时考虑了互补频率耦合效应和外环控制,采用详细电磁模型时域仿真与辨识验证了阻抗模型推导的正确性。进一步构建并网系统的整体阻抗模型,分析变流器并网系统的稳定性,时域仿真结果证实了所提模型在中低频率振荡分析中的有效性。     

基于谐波状态空间的车网耦合系统小信号阻抗建模和稳定性分析

随着我国电气化高速铁路的快速发展,电气化铁路网运行的动车组数量大幅增加。高密度运行的动车组可能会引发车网耦合系统的低频振荡(low-frequency oscillations,LFOs),严重影响轨道交通运输的正常进行。该文针对具有复杂电力电子结构特性的单相车网耦合系统,尝试将谐波状态空间方法(harmonic state-space,HSS)应用于车网耦合系统的小信号阻抗建模。首先推导了车网耦合系统的基于谐波状态空间HSS的小信号阻抗模型,分别通过Matlab/Simulink仿真平台与StarSim半实物平台验证了此模型的精确性;基于所搭建的模型,采用阻抗稳定性分析方法,成功地分析了多车并网引起车网耦合系统低频振荡的机理;最后分别定量研究了电力机车接入的数目和网侧感抗值对车网耦合系统稳定性的影响规律。理论分析和半实物结果表明,该建模方法可以实现简单且精确的车网耦合系统稳定性分析。     

基于电路等效的并网逆变器失稳分析与稳定控制

以并网逆变器为功率接口的新能源发电系统在弱电网条件下易发生振荡失稳问题。该文将并网逆变器的控制回路可视化为电路元件组成的虚拟阻抗,基于该电路模型分析了弱电网条件下电流内环与锁相环交互作用导致并网逆变器振荡失稳的机理,在此基础上,提出了基于有源阻尼的稳定控制设计方法,并对不同有源阻尼控制的电路特性以及稳定性提升能力进行了对比分析。研究结果表明,针对锁相环引入负电阻造成的振荡失稳问题,阻抗-高通滤波器型有源阻尼控制策略具有更优的稳定性提升能力。最后通过PSCAD/EMTDC仿真和远宽StarSim控制器硬件在环实验对比了不同有源阻尼控制策略的振荡抑制效果,并验证了阻抗-高通滤波器型有源阻尼控制的动态性能。结果表明,所设计的稳定控制能够在200 ms内有效抑制系统振荡,并且可实现在短路比为1的极弱电网条件下稳定运行。