含风电场的多端柔性直流输电系统小信号建模方法

含风电场连接的多端柔性直流输电系统易发生系统失稳现象,构建一个精确的小信号模型分析系统小干扰稳定性是必要的。然而,在建立含风电场的有源直流系统小信号模型时,已有文献大多未对风电场进行建模。据此,文中以平均值模型为基础,在时域下建立了包括风电场在内的直流系统小信号模型。为体现换流器自身损耗,计及直流侧等效桥臂阻抗,提出利用部分直流线路电容简化换流器直流侧模型推导;同时,考虑到风电场接入的影响,引入交流公共耦合点滤波电容。在风电场模型构建上,建立了全功率聚合风电场的小信号模型,与风电场侧换流站构成单个状态空间。算例部分搭建了含风电场三端柔性直流输电系统的小信号模型,与PSCAD模型进行阶跃响应及稳定裕度对比,结果表明所提小信号建模方法能够精确模拟小干扰动态响应,且在系统稳定性分析中性能优越。     

多端柔性直流输电系统接入某海岛电网的研究

多端柔性直流输电系统是理想的风电场与电网的联接方式。根据规划,将在某海岛建设多端柔性直流输电工程。岛上风电场及岛上负荷将经交直流混合输电线路与陆上交流电网实现互联,电网运行特性复杂。根据建设坚强智能电网的要求,需详细分析多端柔性直流输电系统的接入对电网影响。在PSCAD/EMTDC中搭建含多端柔性直流输电系统的交直流混合输电模型,分析混合输电方式下电网运行的稳定性。仿真结果表明多端柔性直流输电系统的接入增强了风电场出口处电压的稳定性,确保了风电的可靠输出。若交流线路由于故障或检修退出运行,与其并列运行的换流站改变功率传输模式,承担整个风电场功率的传输,提高了系统运行的稳定性。     

对大型风电场接入电网并网方式的思考

随着大型风电场开发建设、接入电网,结合当前大型风电场接入电网后运行存在的问题,对大型风电场接入电网并网方式进行了分析和讨论,就并网方式进行了研究,从风机运行特点、风电场并网后对电网的影响、电网故障后对风电场的影响等方面展开了讨论。通过对比分析交流输电方式与柔性轻型直流输电方式的优缺点,电网系统的稳定性及输电的可靠性以及故障时对风机的影响,提出了大型风电场接入电网方式的相关建议,为大力发展风电清洁能源,大型风电场的并网安全稳定运行,减小系统影响提供借鉴,同时也为风电接入系统设计提供参考。     

一种风电场经柔性直流输电并网控制方法改进探讨

基于PSCAD仿真工具对通过柔性直流输电进行大型风电并网的问题进行了研究。建立了采用永磁同步电机的风电场等效聚合模型,分析了柔性直流输电的结构及控制改进方法,研究了在交流大电网互联和大型风电并网两种情况下的柔性直流输电系统响应。当风电场接入柔性直流输电系统时,输电系统对风电场产生一定的影响,使得风电场的输出波动通过电流内环的电压补偿项经过二次反馈给风电场,从而导致输出有功功率和无功功率的波动。为了解决风电场并网输出波动的问题,对柔性直流输电控制方案进行了改进。仿真结果显示在保持了系统优异故障穿越能力的同时,该改进方案能够有效地减小风电场的输出波动,增强了系统的稳定性。     

不同输电方式下风电接入对传统火电次/超同步振荡影响研究

随着风电等新能源并网容量的增加,电网中风电的大规模接入为系统的稳定性带来了新的挑战。当风电机组接入火电系统时,风电机组与传统火电因交互影响产生的次同步振荡的机理尚未明确,因此值得进一步来探讨。文中采用特征值分析法建立了风火混合经交流串补及柔性直流输电并网外送系统的状态空间模型,并通过对比分析研究了风机的接入对传统火电固有振荡模式的影响,进一步地,通过改变并网距离等参数来分析系统结构参数对风机与火电交互作用引发的次/超同步振荡模式的影响;在此基础上,揭示了交流输电与直流输电两种不同输电方式下风电接入对传统火电次/超同步振荡的影响机理与因素;并利用PSCAD/EMTDC平台进行时域仿真证实了所建立系统的正确性。     

大型风电场接入系统方式的仿真比较

柔性直流输电和交流输电是风电场接入的主流方式。基于PSS/E仿真软件及其风力发电软件包,建立了2种不同接入方式下的仿真系统,比较了2种接入方式的优劣。仿真结果证明,柔性直流输电接入方式在系统故障时可向系统提供无功支撑,有利于风电场经受故障,实现不脱网运行。     

永磁直驱风机通过MMC-HVDC并网的故障穿越策略

当受端交流电网发生严重短路故障,经柔性直流并网的风电场必须降低出力,使直流输电系统的直流电压保持在安全范围内。针对永磁直驱风机经MMC-HVDC并网系统,提出一种提升其故障穿越能力的控制策略。该策略结合降低风电场交流电压和降低风机输出有功电流2种方式,可以实现风电场侧有功功率的快速降低。同时,为了在故障时限制永磁直驱风机直流链电压的增长,在风机中引入直流电压偏差控制。仿真结果表明:主网发生对称和不对称故障时,MMC直流电压和永磁同步风机直流链电压均可维持稳定,系统可以实现故障穿越。     

风电经柔性直流并网的暂态稳定性分析

风电经柔性直流并网获得业界的关注和认同,而处于电网末端的风电场通过柔性直流并网,改变了系统接线方式和运行特性,必然会影响系统暂态电压稳定性和频率稳定性。为此,在研究多端柔性直流模型及其控制策略的基础上,以南澳多端柔性直流输电系统为研究对象,电磁暂态仿真分析了换流站与风电场之间的相互影响和换流站故障对近区电网的影响。结果表明:(1)风电经柔性直流并网有助于改善系统稳定性;(2)多端柔性直流系统具有更高的运行灵活性,适合分布式发电多点接入。     

提高风场柔直并网系统稳定性的控制器参数优化设计

基于模块化多电平换流器的柔性直流输电系统(modular multilevel converter-based high-voltage DC,MMC-HVDC)接入风电场时易出现次同步振荡现象。利用阻抗分析方法揭示了风电场经MMC-HVDC并网系统的次同步振荡产生机理。建立了MMC的谐波状态空间模型,在此基础上,利用谐波线性化原理推导了计及内部动态特性的MMC交流侧小信号阻抗模型。首先从单个装置的角度,分别设计了风电场侧MMC和风电并网逆变器的控制器参数。在此基础上,从系统的角度,提出了一种提高风场柔直并网系统稳定性的控制器参数优化设计方法,并讨论了换流器一次参数及工作模式等对优化结果的影响。基于Matlab/Simulink建立了风电场经MMC-HVDC并网系统的时域仿真模型,仿真结果验证了理论分析的正确性和所提方法的有效性。     

基于巴氏距离算法的风电场交直流并网系统送出线纵联保护∗

风电场常见的并网方式有交流并网和柔性直流并网,交流并网送出线和柔性直流并网交流侧送出线发生短路故障时,线路保护都会受到风机故障特征的影响,且在柔性直流送出系统中,电气量还受到换流侧电子元件的非线性调节和谐波的影响,导致传统继电保护在两种送出系统中的动作性能较差.因此,根据送出线发生区内外故障的电 流波形特征,将基于时域量的巴氏距离算法与纵联保护结合,计算两端电流波形相似程度,以此判断线路是否发生故 障,并考虑过渡电阻、噪声干扰、混叠频率、CT饱和等对保护方案的影响.最后,基于MATLAB/Simulink 和 PSCAD/EMTDC平台搭建双馈风机分别经交流送出的系统电磁暂态仿真模型,仿真验证保护方案在双馈风电场送出线上的适应性.结果表明,保护方案在以上因素影响下仍能正确动作,保护的动作性能较好。     

海上风电场经VSC-HVDC并网的次同步振荡与抑制

基于电压源换流器的柔性直流(VSC-HVDC)输电技术已经成为远距离海上风电场接入系统的理想解决方案,由于海上风电机组采用大型风力涡轮机,导致轴系各质块的弹性系数相比传统内陆风电机组有所增大,当海上风电场经VSC-HVDC并网时,将引发两种次同步振荡:风电机组轴系扭振、风电机组与VSC-HVDC换流器控制装置之间相互作用引发的次同步振荡。针对此问题,文中建立海上双馈风电场经VSC-HVDC并网的小信号模型,利用参与因子辨识出轴系扭振和装置间相互作用两种振荡模式以及与之相对应的强相关状态变量;在此基础上,通过特征值分析法绘制根轨迹曲线,进一步分析强相关状态变量参数变化对系统电气阻尼特性的影响;基于信号测试法提出了一种附加阻尼控制的双馈风电机组附加励磁阻尼控制器与柔性直流输电系统次同步阻尼控制器协同抑制措施,并通过DIgSILENT/PowerFactory仿真验证了协同抑制方法的有效性。     

并联感应电动机聚合负荷引起含双馈风电场电力系统振荡研究

围绕并联感应电动机聚合负荷,研究了该负荷自身的稳定性特征及其与双馈感应风电机组(doubly-fed induction generator,DFIG)间交互作用对电力系统稳定性的影响。首先,建立了聚合负荷线性化状态空间模型;理论研究表明,当聚合负荷内部n台感应电动机同型时,聚合负荷可等值变换为n个独立的等值子系统,其中1个等值子系统的感应电动机振荡模式(induction motor oscillation mode,IMOM)将随着电动机数量n的增加在复平面上不断移动,甚至可能穿越虚轴进入右半平面;并提出一种预估该移动的振荡模式负阻尼时对应的电动机数量的方法。其次,构建了由聚合负荷开环子系统和电力系统其余部分开环子系统构成的闭环互联系统模型,并从开环模式耦合的角度阐述了聚合负荷与双馈风机间交互作用导致电力系统振荡的机理:当开环感应电动机振荡模式与开环风机振荡模式在复平面上靠近时,可能出现的开环模式耦合将引发2个子系统间的强交互作用,并导致闭环系统振荡模式阻尼减弱。最后,通过新英格兰系统对理论分析及结论进行了验证。     

基于VSC-HVDC的风力发电场交直流混合并网技术

提出了一种基于电压源换流器的直流输电系统的交流、直流混合风力发电场并网技术。分析了风力发电机的变桨距控制原理和电压源换流器的直流输电系统的控制策略,讨论了并网风电系统的潮流控制,建立了基于PSCAD/EMTDC的风力发电场模型、电压源换流器的直流输电系统模型以及控制系统模型,研究了风力发电场输出功率变化条件下,整个并网系统的动态响应。理论分析和仿真结果表明,电压源换流器的直流输电系统风力发电场并网系统能够解决并网风力发电场对本地电网稳定安全性、电能质量方面的影响,还能够提高并网风力发电场的输送容量,更加方便地实现对风电潮流的控制。     

直驱风电场和串补之间的次同步振荡风险

随着电网规模的持续扩大,串补长距离输电系统引发的次同步振荡现象频现。因此,如何探析串补输电系统失稳的深层原因是当前系统稳定性分析发展方向之一。本文基于开环模式谐振理论,提出了一种串补输电线路引发次同步振荡的开环模式谐振分析方法,文章首先建立了直驱风电场外接串补输电线路的小信号模型,并通过开环模式谐振分析方法研究了串补线路和直驱风电场之间的动态交互作用。结果表明串补主导的开环次同步振荡模式与风电场主导的开环次同步振荡模式在复平面靠近时,系统的闭环稳定性将会下降,并运用残差指标成功预测了开环模式谐振条件下闭环模式的位置,而改变风机参数或调整串补度可以规避动态交互的发生。本文通过算例系统验证了上述理论分析的正确性,证明直驱风电场通过串补输电线路进行输电时存在一定的失稳风险,能在一定程度上为串补输电系统的参数整定提供借鉴。     

虚拟同步直驱风电场经MMC-HVDC并网的低频振荡特性分析

虚拟同步直驱风电场经功率同步环与模块化多电平换流器柔性直流(MMC-HVDC)输电互联,将存在低频振荡风险。考虑MMC-HVDC和直驱风机网侧换流器以及转子侧换流器内部的动态过程,首先建立虚拟同步直驱风电场经MMC-HVDC并网的小信号模型,并通过精细化电磁暂态仿真验证其准确性。随后,利用根轨迹方法,分析风电功率波动和交流系统强度变化对互联系统稳定性的影响,设计功率变化时虚拟同步直驱风电场的参数整定方法。结果表明,由于功率外环和MMC-HVDC送端整流站电压环作用,在风电场输出功率增大和交流系统强度降低的过程中,互联系统存在低频振荡现象。通过合理调整锁相环、虚拟同步机(VSG)有功环和MMC-HVDC送端整流站电压环的控制器参数、改变VSG阻尼项形式,可以抑制振荡并实现稳定运行。     

采用VSC-HVDC并网的直驱风电场次/超同步振荡特性

风电、光伏经由高压直流输电系统并网外送已经成为大规模可再生能源基地的主要输送方式。对于风电引发的次/超同步振荡问题,尤其是直驱风电机组与柔性高压直流(VSC-HVDC)输电系统之间相互作用引发的次/超同步振荡问题值得深入研究。首先,分别建立直驱风电机组与VSC-HVDC的动态模型,并深入分析与推导两者之间的接口矩阵与接口动态方程,进而得到直驱风电机组经VSC-HVDC并网外送的完整动态模型。在此基础上,采用特征值分析法计算得到各振荡模式的参与因子,并根据模式参与因子判断出次/超同步振荡模式之间存在阻尼耦合。通过PSCAD/EMTDC进行时域仿真,验证了模型与特征值分析结果的正确性。进一步深入分析风电并网距离/阻抗、直驱风电机组机/网侧控制器与VSC-HVDC送/受端控制器参数对次/超同步振荡阻尼特性的影响,结果表明:同一个控制器参数可同时影响多个次/超同步模式,同一个次/超同步模式可同时受多个控制器参数影响,并且这种阻尼耦合的影响可能趋同(调节控制器参数,耦合的两种模式的阻尼比同向变化),可能趋反(调节控制器参数,耦合的两种模式的阻尼比反向变化),也可能趋同与趋反同时存在。     

电压源换相高压直流输电改善异步发电机风电场暂态电压稳定性的研究

基于普通异步发电机的恒速风电机组并网风电场会引起本地电网的电压稳定性问题.为此本文分析了并网风电场的电压稳定问题和电压源换相高压直流输电(VSC-HVDC)的风电场并网方式的技术特点,研究了VSC-HVDC的数学模型和控制方式.基于国际大电网会议(CIGRE)B4-39工作组标准模型,应用PSCAD/EMTDC仿真软件建立了大规模风电场并网系统模型,研究了VSC- HVDC输电改善异步发电机风电场暂态电压稳定性的贡献.研究表明VSC-HVDC不仅能够有效实现恒速风电机组在电网发生大扰动故障后的快速电压恢复能力,而且可以避免在电压恢复过程中由风电机组输入输出功率不平衡引起的发电机超速及电压失稳,确保风电机组的连续运行及电网的安全稳定.     

异步风电机组接入系统的小干扰稳定及控制

在电力系统分析软件DIgSILENT/Power Factory中建立基于普通异步发电机的风电机组(异步风电机组)和电力系统模型,分析异步风电机组对电力系统小干扰稳定性及阻尼特性的影响.提出了一种改进的桨距角控制方案--将系统频率偏差信号引入桨距角控制系统.在系统发生低频振荡时,通过调节桨距角控制异步风电机组输出功率,使风电场输出功率与系统功率振荡的频率相关.对系统进行特征值分析和故障时域仿真,2种分析结果都表明,改进的桨距角控制环节能够改善系统阻尼,对系统功率振荡具有很好的阻尼和抑制作用,加强了系统动态稳定性.     

混合型风电场经MMC-HVDC送出系统的振荡模式分析

大规模海上风电场一般采用基于模块化多电平换流器(ModularMultilevelConverter, MMC)的高压直流输电送出,然而风电场与MMC联接后可能因部分控制参数不合理而导致失稳。针对此问题,首先建立了混合型风电场经MMC-HVDC送出系统的小信号模型,混合型风场同时包含双馈与直驱两种机型。采用特征根法研究系统的振荡模式,研究表明风电场锁相环与MMC电压控制环产生交互影响并形成弱阻尼振荡模式,MMC电压外环控制比例系数对该振荡模式影响很大,比例系数越大系统越稳定,当比例系数过小时会导致系统出现低频振荡。系统的小信号模型与理论分析结果均通过PSCAD/EMTDC仿真进行了验证。该研究成果可为实际工程中风电场经MMC-HVDC送出系统的控制参数合理选择提供参考。