基于反步自适应准谐振控制的双馈风机次同步振荡抑制策略

随着电力系统容量和规模的不断扩大,常采取串补电容的方式提升输电线路的输电能力,但这加剧了电力系统中出现次同步振荡（SSO）的风险。SSO的产生会影响双馈感应发电机（DFIG）转子侧变流器（RSC）的控制,进而引起定子电流的振荡发散,严重时将会导致风机解列脱网。因此,为解决SSO对RSC控制产生扰动的问题,该文提出了基于自适应准谐振控制的RSC反步次同步振荡抑制策略。首先对SSO在RSC控制系统中的传播路径及其频率变化对控制的影响等内容展开研究;然后通过反步控制器与自适应准谐振控制器的协同控制,对DFIG定子中宽频带SSO电流进行抑制,避免发电系统输出受到SSO的影响;最后通过搭建仿真模型与实验平台,验证所提理论与控制策略的有效性。该文分别对在10 Hz、20 Hz、30 Hz及频率变化时SSO影响下的DFIG定子振荡电流抑制效果进行验证。实验结果表明,所提策略对DFIG系统中宽频带SSO具有良好的抑制效果。     

基于无模型自适应控制的双馈风机次同步振荡附加阻尼控制方法

双馈风电场经串补电容并网时,可能引发次同步控制相互作用(subsynchronous control interaction,SSCI),严重威胁系统安全稳定运行。通过在风机控制器中引入陷波器可有效阻断SSCI,然而固定参数陷波器难以适应实际系统中次同步振荡表现出的频率大范围时变特征。为解决这一问题,该文提出一种基于改进自适应陷波(adaptive notch filter,ANF)的双馈风电场时变次同步振荡抑制策略。首先,分析ANF安装于风机转子侧变流器(rotor-side converter,RSC)不同位置时对次同步振荡分量的阻断效果,确定ANF的最佳安装位置;其次,基于紧缩技术近似投影子空间跟踪算法(projection approximation subspace tracking based on the deflation technique,PASTd)在线获取次同步振荡信息,提出总体控制架构,设计基于量测数据辨识的ANF中心频率更新策略;最终,在考虑风速、风机台数、无功出力、电网拓扑变化等多种影响因素的情况下,验证控制策略对频率时变次同步振荡的抑制效果。与现有方法相比,所提控制策略不依赖于系统的准确数学模型,且具备较强的鲁棒性和适应性。

     

含转子侧控制器的双馈风机建模与次同步振荡机理分析

双馈风机经串联补偿电容并网会存在引发次同步振荡的风险,因此有必要研究双馈风机转子侧控制器在次同步振荡中的作用.文中以等效电路的形式表征转子侧变流器控制环节,从系统电路性质变化的角度探讨全部控制参数的影响和作用途径,并分析了内、外控制环之间的耦合作用.首先,通过联立转子侧变流器与感应发电机电压方程,将转子侧变流器控制等价...     

双馈风机附加次同步阻尼控制器抑制方法分析与优化设计

次同步阻尼控制器(SSDC)抑制次同步振荡(SSO)因具有良好的抑制效果和低廉的成本而得到广泛的认可,但是现有SSDC种类众多,缺乏系统性比较。为此梳理了常见的SSDC结构及其参数设计方法,在对动态性能、鲁棒性等指标的对比中发现转子电流反馈型SSDC具有最佳的抑制效果。进一步深入研究了该SSDC参数对SSO抑制性能的影响,从而优化了参数设计,并提出基于固有时间尺度分解算法的自适应振荡频率选取方法,实现SSDC的SSO精准抑制。对附加改进后SSDC系统进行根轨迹分析和硬件在环实验,结果表明,通过增加自适应振荡频率选取环节和优化设计参数,改进的SSDC具有更优的SSO抑制效果,且不会影响双馈风机的正常运行。     

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。     

基于双馈风机抗阻比的次同步振荡抑制策略

现有的抑制双馈风机次同步振荡(SSO)的方法大多以转子转速偏差信号作为输入,需要较大增益的同时可能会引起超同步振荡。利用双馈风电场-串联补偿输电系统的复频域阻抗模型,将基于双馈风机网侧变流器的阻尼控制等效为虚拟阻抗,解释了双馈风机在不同抗阻比以及不同补偿角度下的作用机理;基于以线路电流为输入的次同步阻尼控制方法,提出了改进的基于双馈风机抗阻比设计最佳补偿角度的阻尼控制策略及参数整定方法。以真实风电场SSO事件为算例,在MATLAB/Simulink平台搭建双馈风电场-串联补偿输电系统的等值模型,通过时域仿真验证了所提阻尼控制策略的效果。     

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。     

基于改进自适应陷波的双馈风电场时变次同步振荡抑制策略

双馈风电场经串补电容并网时,可能引发次同步控制相互作用(subsynchronous control interaction,SSCI),严重威胁系统安全稳定运行。通过在风机控制器中引入陷波器可有效阻断SSCI,然而固定参数陷波器难以适应实际系统中次同步振荡表现出的频率大范围时变特征。为解决这一问题,该文提出一种基于改进自适应陷波(adaptive notch filter,ANF)的双馈风电场时变次同步振荡抑制策略。首先,分析ANF安装于风机转子侧变流器(rotor-side converter,RSC)不同位置时对次同步振荡分量的阻断效果,确定ANF的最佳安装位置;其次,基于紧缩技术近似投影子空间跟踪算法(projection approximation subspace tracking based on the deflation technique,PASTd)在线获取次同步振荡信息,提出总体控制架构,设计基于量测数据辨识的ANF中心频率更新策略;最终,在考虑风速、风机台数、无功出力、电网拓扑变化等多种影响因素的情况下,验证控制策略对频率时变次同步振荡的抑制效果。与现有方法相比,所提控制策略不依赖于系统的准确数学模型,且具备较强的鲁棒性和适应性。     

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。     

基于MPC的虚拟同步双馈风机并网系统次同步振荡抑制策略

【目的】虚拟同步控制的引入使得双馈风机(DFIG)与线路补偿装置间的次同步振荡更为复杂。针对此问题,提出了一种基于模型预测控制(MPC)的虚拟同步双馈风机并网系统次同步振荡抑制策略。【方法】首先,从虚拟同步发电机(VSG)阻抗模型中得到虚拟惯量和阻尼二阶表达式,从阻抗特性的角度探究参数变化对并网系统次同步振荡的影响;其次,利用三相两电平含开关函数的电压方程推导换流器输出有功和无功功率的预测函数,建立基于MPC的直接功率预测内环控制,实现功率波动最小的最优控制;最后,利用扫频法对MPC_VSG控制策略进行分析。【结果】通过基于RT-LAB的硬件在环测试对所提MPC_VSG控制策略进行验证,结果表明在不同串补度、不同风速下,MPC_VSG控制策略均能够在0.5 s内抑制次同步振荡,且具有良好的鲁棒性。【结论】本文设计的MPC_VSG控制策略,通过以最小功率波动为目标选取最优开关状态,实现了对次同步振荡的有效抑制。     

基于转子动能控制的双馈风电机组频率控制改进方案

针对传统转子动能控制的转速恢复过程对频率响应的不利影响,提出了一种基于转子动能控制的双馈风电机组频率控制改进方案。该方案通过引入恒定附加功率,使双馈风电机组在释放转子动能后稳定运行在较低转速,待系统频率恢复稳定后再进行转速恢复,从而达到改善频率响应特性的目的。基于MATLAB/Simulink搭建了含双馈风电机组的四机两区域仿真模型,并对所提方案进行了仿真验证。仿真结果表明,相比于传统的转子动能控制方法,所提出的改进方案能有效改善转速恢复对频率响应的不利影响,提升风电机组参与系统调频的效果。     

双馈风电机组模型结构讨论

比较了双馈风电机组详细模型和通用模型的结构,发现通用模型中忽略了变流器、网侧控制器以及发电机的定转子动态。基于特征根技术及时域仿真分析,得出结论:通用模型中忽略变流器及网侧控制器的动态是合理的;通用模型中忽略发电机的定子及转子动态,仅对转子侧控制器的电气快动态有一定的影响。文中进一步指出,通用模型中还可忽略转子侧控制器电流控制内环的动态。文中还讨论了不同驱动系统模型下双馈风电机组动态特性的差异,以及转子侧控制器参数对双馈风电机组动态特性的影响。     

基于舒茨—基布逊法的双馈风机直流侧电压抑制

针对双馈风机故障期间直流侧母线过压的问题,提出一种利用舒茨—基布逊法抑制直流电压的控制方法。首先,建立双馈感应发电机网侧变流器模型,利用小信号法探究了直流侧电压不稳定的机理。在建立网侧变流器状态空间模型的基础上,利用舒茨—基布逊法构建李雅普诺夫函数,得到了基于李雅普诺夫稳定判据的网侧变流器非线性状态反馈器。仿真结果表明所提方法可在电网电压故障期间抑制直流侧电压的振荡,提高双馈风机的故障穿越能力。     

双馈风电机组附加控制对轴系振荡影响的评估方法

为消除绝对特征值灵敏度指标中参数量纲的影响,同时计及风速的概率分布特性对特征值灵敏度排序的影响,提出了一种累积相对特征值灵敏度(CRES)指标及其计算方法,并基于该指标定量评估了双馈风电机组附加控制(有功功率调制、虚拟惯性控制、下降控制、无功功率调制和机端电压控制)对机组本身轴系振荡阻尼的影响。CRES本质上是相对特征值灵敏度的加权和。通过引入相对特征值灵敏度消除了参数量纲的影响;在此基础上,按照转子运行状态将风速划分为若干区间,以平均风速作为该区间的典型风速,以风速落入该区间的概率作为该区间典型风速下计算所得相对特征值灵敏度的权重。时域仿真结果表明:基于CRES指标能有效地确定不同类型附加控制中影响轴系振荡阻尼的关键参数,通过对关键参数的重新整定可显著减小附加控制器对轴系振荡的不利影响和降低其对传动轴系统的转矩冲击。     

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.     

双馈风电机组超速脱网机理分析及实例

近年来,风电机组大面积脱网事故屡有发生,给所连接电网带来冲击.以往关于风电机组脱网的研究主要集中于风电机组受扰后的电磁暂态过程.事实上,当电网故障扰动导致双馈风电机组Crowbar保护动作后,也打破了风电机组的转矩平衡.如果风电机组在受扰后的机电暂态过程中不能建立新的转矩平衡,将会引起风电机组超速保护动作,致使机组脱网.分析了配有Crowbar保护的双馈风电机组受扰后的机电暂态过程,揭示了双馈风电机组受扰后超速脱网的机理,推导了超速脱网的条件.运用所提出的分析方法,分析了一个风电机组超速脱网的工程实例,结果表明所提出方法是有效的.     

双馈风电机组故障行为及对电力系统暂态稳定性的影响

由于双馈风电机组具有不同于同步发电机的运行特性,且不同型号双馈风电机组在实现故障穿越时采用不同的控制策略,造成大规模风电并网的电力系统暂态稳定性发生变化。文中通过对双馈风电机组控制特点及故障行为的深入研究,指出双馈风电机组的故障行为由故障穿越运行控制策略决定,并给出其等效外特性。基于等面积定则定性分析了双馈风电机组接入单端送电系统后,其故障行为对系统暂态稳定性影响的机理。在理论分析基础上进行了时域仿真验证,仿真结果表明,故障期间减小双馈风电机组有功给定值、增加无功注入控制比例系数有利于系统的暂态功角稳定性,故障清除后有功恢复控制对系统的暂态功角稳定性影响不大,验证了所提理论分析的正确性。     

双馈风电机组变系数虚拟惯量优化控制

传统的变速恒频风力发电机采用电力电子变流器控制,导致机组输出功率与系统频率解耦,使风力机无法响应系统频率变化,降低了系统转动惯量。在分析双馈风力发电机运行特性和虚拟惯量特性的基础上,研究了双馈风力发电机采用虚拟惯量控制的机组转速变化与输出功率的关系,提出了同时考虑调频效益和调频成本的变系数虚拟惯量控制策略。该控制策略分别以调频时双馈风电机组输出功率、转速恢复时间衡量调频效益、调频成本的大小,并采用遗传算法离线计算机组不同运行状态下的调频系数曲线和机组转速变化程度的最优值,以实现机组频率控制系数随机组转速变化而改变。根据计算所得调频系数曲线在MATLAB/Simulink软件平台进行仿真实验,结果表明所提方法能够使双馈风电机组在不同运行状态下响应系统频率变化,并保证机组自身稳定运行。