大规模双馈风电场次同步谐振的分析与抑制

已有的运行经验表明,风电场接入含有固定串补的系统时,存在诱发次同步谐振(SSR)的风险.因此,有必要对风电场发生SSR现象的机理做深入分析,以便提出相应的抑制措施.文中首先根据国内某地区风电场的实际参数建立了应用于SSR分析的等值模型,通过仿真呈现了该模型发生SSR的情形;然后,利用特征值法分析了风速、并网风力发电机台数以及双馈感应发电机(DFIG)控制参数等对系统SSR频率和阻尼特性的影响;并进一步推导了等值模型用于SSR分析的等效电路,详细分析了风速、发电机台数和DFIG控制参数等影响SSR特性的机理;综合所有的分析指出,风电场的SSR现象与轴系扭振无关,是一种特殊的电气谐振.最后,提出了抑制风电场SSR的方案,并通过仿真和特征值分析进行了验证.     

双馈风机?串补输电系统次同步谐振的附加阻尼控制

双馈风机-串补输电系统存在次同步谐振的风险。为解决该问题,首先通过对风电串补输电系统建模,推导了风电串补输电系统的传递函数。然后通过对传递函数的分析,提出了附加阻尼控制方法。附加阻尼控制信号跟踪次同步电流的变化,修正相应输出电压,使得在次同步频率下变流器呈现正电阻,从而有效抑制谐振发生。采用次同步电流附加阻尼控制避免了基于多重旋转坐标系分频同步方法。该策略不影响原有控制器特性,且同步频率下的阻尼可调,因此可以有效抑制次同步谐振。通过算例仿真分析证明了所提出附加阻尼控制的合理性和正确性,该方法具有计算简单、便于实现等优点。     

基于α β坐标系下双馈异步风力发电机串补输电系统次同步谐振的比例谐振控制

针对双馈异步风力发电机(DFIG)串补输电系统中存在的次同步谐振问题,通过建立DFIG串补输电系统的数学模型,推导出其传递函数;然后采用基于转子静止坐标系下的PR控制来抑制次同步谐振。将系统电流的次同步频率分量转化为转子静止坐标系下的αβ分量,使PR控制的谐振频率点与次同步频率转子静止坐标系下的αβ分量相吻合,用风力发电机实现对次同步谐振的抑制。通过算例仿真分析、硬件在环实验,验证了所提控制策略的有效性和正确性,以及所提方法具有计算简单、便于实现的优点。     

双馈风电机组静止坐标系下阻抗建模及次同步谐振抑制策略

为清楚分析双馈风力串补系统次同步谐振发生机理,建立了双馈风电机组静止坐标系下的阻抗模型。首先,将双馈风电机组同步旋转坐标系下阻抗模型转换为复矢量形式,通过频率变换得到其在两相静止坐标系下的频域阻抗模型。基于阻抗模型所代表的物理意义,采用等效RLC串联电路,分析了控制器参数及电网参数对并网系统等效阻抗及谐振频率的影响。分别从增大次同步频段阻尼和降低系统发生次同步谐振频率的角度出发,在转子侧控制器中同时引入了附加阻尼和虚拟感抗控制,分析表明该方法能有效地抑制次同步谐振。最后,通过仿真验证了所建模型及理论分析的正确性。     

TCSC对抑制次同步谐振的机理分析

对具有可控串联电容补偿的电力系统,提出了一种直接计算可控串补对次同步频率 分量所反映出的等值阻抗的算法。基于该计算原理,对可控串补具有正等值电阻这一特性给 出了详细的机理解释。     

双馈风电并网系统高频谐振机理及抑制策略

双馈风电机组并网时,由于机网相互作用可能会发生高频谐振,造成巨大的经济损失。针对该问题,首先,综合考虑机侧变流器和网侧变流器的影响,建立双馈风电机组的阻抗模型,并考虑风机接入电网时所采用的不同补偿方式建立双馈风电并网系统阻抗模型,通过绘制和分析阻抗频率响应曲线,揭示双馈风电并网系统高频谐振的产生机理;然后,借鉴光伏逆变器高频谐振抑制的思想,在机侧变流器和网侧变流器原有控制策略中附加阻尼控制环节进行阻抗重塑,以实现风电并网系统高频谐振的有效抑制;最后,通过仿真验证了所提策略的合理性与有效性。     

双馈风电机组并网次同步振荡研究

首先基于次同步振荡理论,研究了双馈风电机组在弱电网并网情况下的机组脱网问题。研究发现,输电线路的串补投入和变流器控制策略对低频振荡敏感的因素导致了次同步振荡的发生;然后提出一种在网侧变流器中加入带阻尼特性的特定滤波器策略,该策略能够有效抑制风电机组与电网之间的振荡;最后,仿真结果验证了该方法的有效性。     

吉林通榆风电基地次同步振荡现象研究

针对吉林省通榆风电基地的次同步振荡现象,首先对风电场的振荡形态进行了归纳,发现其存在突发式短时间振荡、恒幅值长时间振荡和变动的长时间振荡等三种典型的振荡形态。然后,利用现场实验研究了不同因素对系统振荡的影响,结果表明双馈型风力发电机组和固定串补是造成振荡的根源。最后,提出了应对通榆风电基地次同步振荡的对策。     

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。     

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。     

A Comparative Sub-synchronous Resonance Analysis of Grid-connected Doubly Fed Induction Generator Based and Permanent Magnet Synchronous Generator Based Wind Farms

Abstract—This article aims to investigate the sub-synchronous resonance issue that may be caused by the wind farms connected to an electrical network through a series-compensated transmission line. Two wind turbine types based on a doubly fed induction generator and a permanent magnet synchronous generator are modeled for sub-synchronous resonance analysis in detail, and the proportional and integral parameters of the control loops are optimized based on a computational intelligence method. The studies are carried out on the IEEE first benchmark model. Small-signal analysis is conducted to reveal the impacts of series compensation level, parameters of proportional and integral controllers, and wind speed on the existing oscillatory modes.     

Modal Analysis of Induction Generator Based Wind Farm Connected to Series-compensated Transmission Line and Line Commutated Converter High-Voltage DC Transmission Line

This article presents a comprehensive analysis of the potential of sub-synchronous resonance in induction generator based wind farms connected to a line commutated converter based high-voltage DC transmission line. Since series-compensated lines are also known to cause sub-synchronous resonance in induction generator based (Type 1) wind farms, this study also considers a series-compensated line in parallel with the high-voltage DC line for the investigation of sub-synchronous resonance potential. The CIGRE benchmark high-voltage DC system and the IEEE first benchmark system are considered as the study system components. A linearized state-space model of the study system is developed for eigenvalue analysis followed by participation factor analysis. A sensitivity study of the sub-synchronous resonance modes with respect to variation in different model parameters, such as rectifier firing angle, DC line power flow, and series compensation level, is also reported. It is found that the high-voltage DC rectifier station current regulator does not interact with any of the sub-synchronous modes of the wind farm. However, in the event that the high-voltage DC line is blocked during a contingency, the wind farm will operate radially with the series-compensated line and may experience sub-synchronous resonance oscillation due to the induction generator effect.     

混合串联补偿装置抑制次同步谐振的研究

分析了由静止同步串联补偿器(SSSC)与固定串联电容器(FSC)组成的混合串联补偿装置(HSC)的原理,研究了HSC安装位置和补偿容量配比对发电机电气阻尼特性的影响。结果表明,在不采用主动阻尼控制时,HSC自身能够缓解但不能从根本上解决次同步谐振(SSR)问题。提出了SSSC主动阻尼SSR的控制机理,即通过对SSSC的电压参考值(电抗参考值)进行次同步频率调制,控制其输出电压的幅值和相位使其在系统中产生大小和相位适当的模态互补频率电流,进而在发电机中产生对应模态的阻尼扭矩,实现主动阻尼SSR的目的。设计了主动阻尼控制器,提出了其参数整定方法。复转矩系数法和时域仿真法结果表明,采用主动阻尼控制后,HSC能够有效地抑制SSR。     

基于事件触发的DFIG次同步附加阻尼控制方法

为快速、准确判断和有效抑制双馈感应发电机(double fed induction generator,DFIG)并网经串补输电系统送出发生的次同步控制互作用(sub-synchronous control interaction,SSCI)问题,首先分析了DFIG经串补送出系统SSCI的作用路径,并经数学推导给出了SSCI发生判据。然后,基于该判据,进一步提出了一种基于SSCI事件触发的DFIG次同步附加阻尼控制方法,提出了适用于快速检测需求的次同步频率提取方法;引入了迟滞环节来解决电机参数不确定导致的误判问题,提高方法的鲁棒性;设计了相频特性平滑的带通滤波器,增强了控制方法对频率变化SSCI问题的适用性。最后,进行PSCAD/EMTDC仿真验证,结果表明所提控制方法能够在风速变化、串补度变化及风机参数不确定情况下较好地阻尼SSCI,且由于引入了SSCI事件判断机制,附加控制在未出现SSCI风险时退出运行,不影响风机变流器的主控制功能。与已有的附加阻尼控制方法相比,所提控制方法在较高串补度下仍然具有较好的抑制效果。     

发电机次同步谐振抑制策略分析

串联电容补偿引起的电力系统次同步谐波问题是实现远距离经济输电的关键技术问题。以锦忻线和忻石线双回500kV线路为例,具体对抑制次同步谐振(SSR)的策略进行了研究,对次同步谐振抑制装置在运行中存在问题进行了分析,并提出相应措施。     

多运行方式下风电机组变频器参与次同步相互作用的分析与抑制

大规模风电经串补线路进行远距离传送存在引发次同步相互作用的风险,系统运行方式、串补度及变频器控制参数为主要影响因素。采用概率法和模式分析相结合,分别在含双馈感应型和永磁同步型风电场系统中,研究多运行方式下风电串补系统的次同步相互作用。利用参与因子进行模式识别,研究了串补度对次同步振荡模式及概率稳定性的影响,引入概率灵敏度指标分析起主导作用的变频器PI控制参数,并基于风电机组变频器提出一种鲁棒抑制次同步相互作用的附加阻尼控制策略。仿真结果表明,双馈风电串补系统中易产生次同步控制相互作用,在网侧变频器加装鲁棒DFIG-PSS能实现其有效抑制,而永磁同步风电机组对这一相互作用具有免疫特性。     

混合型补偿装置抑制风电次同步振荡的研究

传统风电经固定串补(FSC)外送系统常引发次同步振荡(SSO)问题,威胁系统的安全运行.基于风电串补系统SSO的发生机理,提出一种由静止同步串联补偿器(SSSC)与FSC组成的混合串联补偿(HSC)装置结构的附加控制策略.充分利用SSSC的控制灵活性,使其输出次同步电压与线路次同步电流同相位,SSSC等效为系统振荡频率...     

双PWM变频器励磁的变速恒频风电系统

采用双PWM变频器作为双馈感应发电机(DFIG)变速恒频风力发电系统的励磁电源,分析了发电机的数学模型及系统的控制策略.网侧变换器采用电网电压定向控制策略,以保持直流电压稳定和网侧单位功率因数运行,实现能量的双向流动.转子侧变换器采用定子磁链定向控制策略,以实现最大风能捕获和定子无功功率的调节.在Matlab/Simu...     

双馈风力发电机系统功率解耦控制策略的研究

主要介绍变速恒频风力发电系统的工作原理,在分析双馈感应电机的动态数学模型以及定子磁链定向矢量控制的基础上,介绍了一种有效的有功、无功功率解耦控制方法。Matlab仿真结果表明：该方案能够很好地实现双馈电机的有功、无功功率的解耦控制。