基于惯量响应的双馈风电机组动态协调机理研究

大规模风力发电联网挤占了具有转动惯量的同步发电机组容量空间,削弱了电力系统惯量水平与调频能力,迫切需要风力发电参与系统频率调节。基于双馈风电机组频率响应模型,解析得到惯量表达式,并分析锁相环控制参数对双馈风电机组惯量特性影响,提出当系统发生不平衡功率扰动时,可通过优化锁相环控制参数实现双馈风电机组惯量响应。以2台双馈风电机组并联系统为例,分析惯量响应期间不平衡功率在各双馈风电机组间的分配规律,并拓展到多机并联系统。建立双馈风电机组、同步机组联网系统频率响应模型,分析系统发生功率扰动各阶段频率响应特性。最后,通过时域仿真验证了理论分析的有效性。     

双馈风电机组虚拟惯量控制对系统小干扰稳定性的影响

含虚拟惯量控制的双馈风电机组与电力系统的动力学特性存在耦合关系,而锁相环的跟踪能力将直接影响虚拟惯量的控制输入量,因此,考虑虚拟惯量控制的双馈风电机组在锁相环作用下,对系统小干扰稳定性的影响成为亟需解决的问题。首先,计及双馈风电机组的转子电压、锁相环、虚拟惯量控制、转子侧变频器、风电机组机械部分等暂态特性,建立了考虑锁相环与虚拟惯量控制的双馈风电机组并网的互联系统小干扰模型。在此基础上,考虑到锁相环与虚拟惯量控制均会影响同步发电机振荡模态,采用解析的方法从机理上揭示了二者共同作用下系统的小干扰稳定性,即对于含虚拟惯量控制的双馈风电机组,锁相环主要通过影响虚拟惯量对系统的参与程度进而影响系统阻尼:锁相环比例—积分(PI)参数越小,虚拟惯量控制状态变量对区间振荡模态的参与因子越小,机电振荡模态阻尼比越大,这与不含虚拟惯量控制的双馈风电机组中锁相环对系统阻尼特性的影响相反。仿真结果验证了所建模型的合理性与分析结果的正确性。     

双馈异步风电机组模拟惯量响应控制技术综述

通过模拟惯量控制策略,双馈异步风电机组（DFIG-WTG）可以实现惯量响应,提高电力系统的频率稳定性。综述了3类双馈异步风电机组的模拟惯量响应控制策略：一是在MPPT控制策略中引入频率偏差或其导数,通过增益、比例积分（PI）控制器等控制环节后,得到双馈风电机组转矩或有功功率的补充控制参考值;二是当发生频率扰动时,屏蔽MPPT控制策略,采用瞬时有功功率超发实现模拟惯量;三是采用磁链幅值相角控制（FMAC）策略实现模拟同步发电机控制。通过合理的参数设定,理论上3种控制策略均可以最大化利用风电机组的转子动能。     

基于频率响应区间划分的风电机组虚拟惯量模糊自适应控制

根据系统频率波动区间自适应调整风电虚拟惯量参数有利于改善系统频率响应特性.首先分析了典型高比例风电系统频率响应动态过程,进而建立了含风电的电力系统频率响应线性化模型,揭示了风电虚拟惯量参数的变化对系统频率稳定性及动态性能的影响及变化规律,确定了虚拟惯量参数稳定取值范围.在此基础上,提出了一种基于频率响应区间划分的风电机...     

双馈风电机组惯量控制对系统小干扰稳定的影响

研究了双馈风电机组加入惯量控制后对系统小干扰稳定的影响。首先,分析了双馈风电机组为系统提供惯性支持的基本原理,讨论了两种惯量控制的方法。然后,分析了这两种控制方法对系统小干扰稳定的可能影响。最后基于仿真,用模式分析法分析了不同控制策略和参数下的惯量控制对系统小干扰稳定的影响特性。分析表明,引入惯量控制对系统的小干扰稳定存在较明显的影响,在设计控制方法和参数时需要考虑小干扰稳定的安全约束。     

应用于双馈感应风电机组中的虚拟惯量控制研究

介绍了双馈感应风电机组发电系统原理、气动模型和机械模型的建立,分析了最大功率追踪控制、桨距角控制以及虚拟惯量控制,在Matlab/Simulink仿真软件中搭建双馈感应风电机组发电系统模型,通过电力电子变流器控制对电力系统频率响应的影响进行仿真验证。仿真结果表明:虚拟惯量控制的实施给双馈感应风电机组提供一个虚拟惯量,这一虚拟惯量由存储在转子中的旋转动能提供,并对系统频率起到了支撑作用。     

双馈感应风电机组在电网频率变化时的响应特性分析

针对风电机组双馈感应发电机在电网频率变化时给电网频率调节带来的问题,阐述了DFIG风电机组单机联网运行仿真模型和系统参数,通过仿真算例分析了双馈感应风力发电机组在电网频率突变时的频率响应特性。仿真结果表明,电网频率突变后,双馈感应风电机组的动态调节过程持续时间快于火电机组3倍;在桨距角不变、动态过程中,双馈感应风电机组能够对电网频率突变进行响应,而稳态时不能对电网频率变化进行响应。     

含虚拟惯量的双馈风电机组动态能量模型及振荡稳定性研究

针对含虚拟惯量的双馈风电并网系统振荡稳定问题,从动态能量的角度揭示了虚拟惯量对双馈风电机组(doubly fed induction generator,DFIG)参与系统振荡的作用机理。首先,构建了不同振荡模态下含虚拟惯量双馈风电机组的动态能量模型,并探究了虚拟惯量直接和间接通过锁相环影响机网耦合的能量通道。在此基础上,定义了耗散强度指标,表征双馈风电机组对各振荡模态的耗散作用,并分析了不同接入位置、不同控制参数、不同振荡模态下虚拟惯量通过各能量通道对双馈风电机组耗散强度以及机网耦合作用的影响,揭示了含虚拟惯量风电机组与网侧能量交互诱使系统振荡发散的作用机理。最后,以IEEE四机两区系统进行实时数字仿真(Real Time Digital Simulator,RTDS)仿真验证,结果表明:当锁相环(phase-locked-loop,PLL)自激振荡模态与网侧机电振荡模态频率相距较远时,含虚拟惯量风机接入送端区域产生负耗散作用,接入受端区域产生正耗散作用。当PLL自激振荡模态与网侧机电振荡模态频率接近时,受模态强耦合共振影响,风机通过锁相环自耦合能量通道和虚拟惯量能量通道与电网强交互...     

基于功率跟踪曲线切换的变速风电机组虚拟惯量控制

提出一种基于功率跟踪曲线切换的变速风电机组虚拟惯量控制方法:在电网正常时,风电机组接近最大功率跟踪曲线工作并储存动能;当电力系统频率发生跌落时,风电机组切换至另一近最大功率跟踪曲线工作,并释放转子动能。采用次优曲线切换机制可极大削弱惯量响应过程中原控制系统外环对df/dt前馈控制环节的抵消作用,提高惯量响应的动态性能。通过合理选择次优功率跟踪曲线,可减少因惯量控制导致的风能利用效率的降低。仿真中所选取的次优功率跟踪曲线可保证风电机组在惯量控制过程中,捕获的风功率始终不低于最大跟踪功率的98%。     

双馈风电机组的综合虚拟惯量控制策略

频率稳定性是电力系统稳定运行的重要保证,大规模风电并网后造成电力系统总有效转动惯量下降,使得电力系统的频率稳定性降低。对双馈风电机组的惯量支持能力进行了分析,并对传统虚拟惯量控制加以改进,提出一种基于稳态频率响应的虚拟惯量控制策略。在DIgSILENT PowerFactory仿真软件中建立了对应的模型,验证了在该控制策略下,双馈风电机组可更有效地对系统频率变化作出响应,从而抑制频率波动。     

一种基于双馈风机锁相环动态响应的风-火协同调频策略

针对风电机组参与系统频率调整与传统同步机电源相互配合的问题,通过合理设置双馈风电机组锁相环控制参数使其具有与传统同步机电源相似的惯量响应能力,进而分析风电机组惯量响应与同步机一次调频之间的相互影响,在此基础上提出风电机组主导的风-火协同调频控制策略。本策略的优点在于能减弱风电机组惯量响应过程中对于同步发电机组一次调频出力的抑制作用,加快同步发电机调频响应速率,进一步优化系统频率。最后在EMTDC/PSCAD中搭建时域仿真系统,验证了所提出理论分析的正确性与控制策略的有效性。     

多光伏发电参与电网频率调节的动态协调机理

大规模光伏发电并网挤占了具有转动惯量的同步发电机组容量空间,致使电力系统面临惯量减小与调频能力不足的问题,迫切需要光伏发电主动参与电网频率调节。文中以多光伏发电单元并联系统为研究对象,通过改进各逆变器的控制策略,实现其虚拟惯量控制。基于光伏发电不平衡有功功率激励—相位输出响应关系,分析控制增益系数、时间常数以及锁相环控制带宽对其惯量特性的影响。同时,以两机并联系统为例,分析电网频率动态过程中各光伏发电单元的协调运行机制,揭示电网频率动态过程中不平衡功率的分配机理,并推广至多机并联系统。最后,基于时域仿真算例验证了理论分析的有效性、控制策略的可行性。     

储能参与风电场惯性响应的容量配置方法

在当前风电高渗透率的背景下,电力系统对风电场的惯性响应能力提出了相应的技术要求。风电机组通过转子惯性控制可以提供一定的支撑,但受转子转速限制,风电机组难以在全风况下满足惯性响应需求。针对该问题,文中提出储能参与风电场惯性响应,将风电机组的转子惯性控制和储能控制相结合,使风电场具备类似于传统电源的惯性响应能力,并分析了不同风况下的储能容量需求,提出了基于非参数核密度估计的储能容量配置方法,摆脱了传统参数估计法对风速分布特性的依赖。算例分析表明,所提方法可有效降低储能配置容量,提高储能参与风电场惯性响应的技术经济性。     

虚拟惯量控制响应延时对控制效果的影响分析

电力电子接口电源通过虚拟惯量控制模拟同步机惯量响应,但控制过程存在响应延时。全面分析了延时对虚拟惯量控制效果的影响,发现延时并非越小越好。虚拟惯量控制可以降低频率变化率和最大频差两个指标。响应延时增大,扰动后短时间内平均频率变化率变大,但是,最大频差先下降后上升,并在某个延时取值处获得最优值。而且延时增大时调频功率峰值和能量峰值均降低,控制成本更小。虚拟惯量控制的目标不同时,对延时的要求不同。分析结论有助于更加全面地认识虚拟惯量控制的效果并指导实际应用。     

基于功频下垂控制的光伏并网发电系统惯量阻尼机理研究

针对光伏以低惯量、弱阻尼的特征大规模接入电网,给电网稳定性带来不利影响的问题,基于功频下垂控制的光伏并网发电系统,借鉴经典电气转矩分析法,从物理机制层面上分析影响系统惯量、阻尼以及同步能力的作用规律。研究结果表明对于控制参数的影响规律而言,惯量特性主要受功率环的比例系数Kp影响,且随Kp的增大而增强;阻尼特性受频率下垂系数Dp影响比较明显,且随Dp的增大而减弱;同步特性只受功率环的比例积分系数Ki影响,且随Ki的增大而增强。通过仿真验证了理论分析的正确性。     

RoCoF下垂控制的直驱式风电系统惯量特性分析

直驱式风电机组大规模接入电网,导致传统电网的惯量减小,电网频率支撑能力相对减弱,在受到扰动时更容易引起电网频率偏移和频率变化率过大。针对此类问题,本文首先提出一种频率变化率(the rate of change of frequency, RoCoF)下垂控制策略,旨在提高直驱式风电系统的惯量作用,抑制频率偏移量和RoCoF。其次,类比传统同步机在机电时间尺度下的动态分析理论和方法,建立了风电系统在直流电压时间尺度(DC-Voltage Timescale, DVT)下的动态模型。基于所建立的DVT动态模型,采用经典的电气转矩分析法研究了风电系统的惯量效应,揭示了主要的控制环节对风电系统惯量特性的影响规律、主导因素与作用机制。最后,对传统的频率偏差下垂控制与本文提出的RoCoF下垂控制策略进行了详细的对比,并通过实验验证了所提出的控制方法和分析结论的正确性。     

基于功率跟踪优化的双馈风力发电机组虚拟惯性控制技术

基于电力电子换流器并网的变速恒频风力发电机组对电力系统的惯性几乎没有贡献,这将成为风电场大规模接入电网之后面临的新问题。在分析双馈风电机组运行特性和控制策略的基础上,研究双馈机组的虚拟转动惯量与转速调节及电网频率变化的关系,提出双馈风电机组的虚拟惯性控制策略。该控制策略通过检测电网频率变化来调节最大功率跟踪曲线,从而释放双馈机组"隐藏"的动能,对电网提供动态频率支持。通过对含20%风电装机容量的3机系统的仿真分析,验证该控制策略在系统出现功率不平衡后,能够利用双馈风电机组的虚拟惯量使风电场具备对系统频率快速响应的能力,从而提高了基于双馈风电机组的大规模风电场接入电网后的电力系统频率稳定性。     

PMSG风机直流电容虚拟惯性控制及惯性影响分析

为解决风电在电力系统中渗透率不断增加而导致的电网惯量不断降低的问题,提出了永磁直驱风机参与电网频率调节的直流电容虚拟惯性控制。该虚拟电容控制能够耦合直流电压和交流频率,利用储存在直流电容中的静电能提供惯性支撑,并能有效地抑制频率变化的斜率和减小最大频率偏差,提高频率的动态特性。此外,详细研究了影响虚拟惯性时间常数的关键参数以及虚拟惯性时间常数与直流电容的确切关系,并给出了相关参数的选取方法。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建仿真算例,仿真结果表明直流电容虚拟惯性控制能够准确模拟同步发电机的惯性响应,其控制性能优于传统转子虚拟惯性控制。