含SVG直驱风电场降阶模型与宽频振荡抑制措施研究

在直驱风电机组状态空间模型、SVG状态空间模型的基础上,建立了含SVG直驱风电场并网系统降阶状态空间模型;分析发现直驱风电场内SVG可能引起宽频振荡。为了抑制含SVG直驱风电场内宽频振荡,提出了含SVG直驱风电场宽频振荡阻尼控制器设计方法。基于降阶状态空间模型,以目标振荡模式的阻尼比为目标函数,通过优化算法整定控制器参数。最后对含SVG直驱风电场并网电力系统进行了模态分析和时域仿真分析,验证了宽频振荡阻尼控制器设计方法的有效性。     

SVG对直驱风电场次同步振荡特性影响分析

针对静止无功发生器(static var generator, SVG)接入弱交流电网诱发直驱风电场次同步振荡(sub-synchronous oscillation, SSO)的现象,构建含SVG直驱风电联网系统线性化模型,基于特征值分析法,研究SVG控制参数、电网强度对系统稳定性及SSO特性的影响规律。研究结果表明,弱电网条件下,SVG电流内环控制是诱发直驱风电场联网系统SSO的主导环节;SSO的振荡幅值和频率与SVG控制器的电流内环比例、积分系数及电网强度多个因素相关。最后,通过PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真和时频分析验证理论分析的有效性。     

静止无功发生器对双馈风电场高频振荡的影响

双馈风电场中静止无功发生器(static var generator, SVG)的接入易引发系统产生高频振荡现象,威胁风电场的安全稳定运行。针对这一问题,首先建立了包含双馈风电机群、集电线路和SVG的高频阻抗模型,同时,在PSCAD/EMTDC中搭建了包含4条风电机群链路、集电线路与SVG的双馈风电场仿真模型,通过阻抗扫描与理论阻抗对比,验证了所建立的双馈风电场高频阻抗模型的准确性;然后,分析了双馈风电场的高频振荡现象,探究了SVG系统参数对双馈风电场高频振荡特性的影响,研究结果表明:SVG延时、内环控制参数与滤波电感是影响SVG高频振荡特性的关键因素;最后,通过仿真验证了理论分析的正确性。     

静止无功发生器对双馈风电场高频振荡的影响

双馈风电场中静止无功发生器(static var generator, SVG)的接入易引发系统产生高频振荡现象,威胁风电场的安全稳定运行。针对这一问题,首先建立了包含双馈风电机群、集电线路和SVG的高频阻抗模型,同时,在PSCAD/EMTDC中搭建了包含4条风电机群链路、集电线路与SVG的双馈风电场仿真模型,通过阻抗扫描与理论阻抗对比,验证了所建立的双馈风电场高频阻抗模型的准确性;然后,分析了双馈风电场的高频振荡现象,探究了SVG系统参数对双馈风电场高频振荡特性的影响,研究结果表明：SVG延时、内环控制参数与滤波电感是影响SVG高频振荡特性的关键因素;最后,通过仿真验证了理论分析的正确性。     

直流近区含直驱机组的次同步振荡机理研究及抑制措施

针对哈密直流近区直驱风电场送端并网时频繁出现的次同步振荡现象,文中建立了含多直驱风电机组风电场并网等值模型,并就等值模型以及永磁直驱风电机组控制系统对次同步振荡机理进行研究,接着用特征值分析法研究直驱风电机组与弱交流系统互作用引发的次同步振荡问题。其次就系统阻抗、风电出力、开机台数以及系统强度与直驱永磁风电机组控制参数等因素对风电次同步振荡特性作以仿真分析。仿真结果表明:直驱风电机组通过弱联送出线路并网时,其与弱交系统的互作用产生一对弱阻尼的特征根,特征根实部为正,表明了次同步振荡模态不稳定;众多影响因素对风电次同步振荡特性均有不同程度的影响。最后通过实时数字仿真实验初步验证了SVG附加阻尼控制对次同步谐波的抑制效果。     

直驱风电场场网/场内振荡现象及抑制方法

在直驱风电场并网电力系统闭环模型及各子系统开环模型的基础上,采用开环模式谐振理论解释了直驱风电场出现场网/场内振荡模式的机理。同时,为了抑制直驱风电场中场网/场内振荡模式,提出直驱风电场双层阻尼控制方案,即风电场层阻尼控制主要抑制场网振荡模式,风机层阻尼控制主要抑制场内振荡模式,阻尼控制参数采用全局搜索算法协调整定,共同提升直驱风电场并网系统的阻尼。最后对直驱风电场并网电力系统进行了模态分析和非线性仿真分析,验证了直驱风电场双层阻尼控制方案的有效性。     

风电场经MMC-HVDC送出系统宽频带振荡机理与分析方法

MMC柔性直流输电(modularmulti-levelconverter based HVDC,MMC-HVDC)具备向弱电网/无源系统提供电压和频率支撑的能力,逐渐成为弱电网/海上风电送出的一种新方式。部分风电场经MMC-HVDC送出工程发生宽频带振荡事故,振荡机理及分析方法亟待研究。建立直驱风电机组(permanent magnet synchronous generator,PSMG)/双馈风电机组(double fed induction generator,DFIG)阻抗与控制器参数间的数学模型,分析关键控制参数对风电机组宽频带阻抗特性的影响;建立MMC-HVDC序阻抗解析模型,分析其宽频带阻抗特性;基于最大峰值奈奎斯特稳定判据,分析系统振荡的边界条件,揭示直驱/双馈风电场经MMCHVDC送出系统发生宽频带振荡的机理;基于控制硬件在环仿真平台(control hardware in the loop,CHIL)时域仿真和阻抗扫描频域分析,验证振荡机理与分析方法的准确性。     

考虑SVG控制模式的风电场系统中频谐振分析与抑制

目前对集群风电场谐振的研究多集中于次同步与高频谐振问题,缺乏对含静止无功发生器(SVG)的集群风电场中频谐振机理的深入探索。针对空载线路投入导致的风电场区域系统中频谐振问题,根据谐波线性化理论,分别建立定功率因数控制与恒无功控制模式的SVG序阻抗模型以及直驱风机序阻抗模型。采用阻抗分析法,发现SVG采用定功率因数控制将扩大风电场区域系统中频负阻尼范围,增加风电场区域系统发生中频谐振的风险,因此提出一种基于SVG电压前馈施加低通滤波器的谐振抑制措施,实现对风电场区域系统的阻抗重塑,以减小风电场区域系统负阻尼区间。最后通过仿真验证了理论分析和所提谐振抑制措施的正确性。     

集成静止无功发生装置的直驱风场序阻抗网络模型与稳定性分析

对于大规模风电场的稳定性分析,现有的方法通常忽略风电场中存在的静止无功发生装置(static Var generator,SVG),直接将风电场等效为单台或数台风机接入无穷大系统,但这样的假定条件将会影响风电场稳定性分析的准确性。为此,该文提出一种针对大规模风电场的序阻抗网络建模与稳定性分析方法,构建考虑频率耦合效应、稳态工作点及运行模式影响的风电场功率单元序阻抗模型,提出通用型网络导纳聚合建模方法,将含有大量有源/无源元件阻抗的拓扑网络等效聚合为源–载阻抗互联系统,进而通过稳定判据组合实现系统稳定性的准确判断和稳定裕度的量化评估。最后通过哈密地区的集成SVG直驱风场应用实例分析验证所提方法的有效性,并针对集成SVG直驱风场的振荡机理,以及SVG工作模式和功率外环控制器参数对风电场稳定性的影响展开研究。     

直驱风电场中SVG电压前馈阻抗重构抑制次/超同步振荡方法

直驱风电场在中低频段内呈现负阻值容性的阻抗外特性,当接入呈感性的弱电网时会相互耦合引起次/超同步振荡,不利于新能源的稳定消纳与电网的安全运行。为抑制风电场的次/超同步振荡,提出一种直驱风电场中静止无功发生器(SVG)阻抗重构控制方法。通过在风电场中的SVG控制系统内加入带通滤波器的电压前馈控制进行阻抗重构,提高风电场并网稳定性。利用谐波线性化方法,建立含所提阻抗重构控制SVG的直驱风电场序阻抗模型。基于所建立的阻抗模型和所提出的阻抗稳定性判据,对比分析未采用SVG阻抗重构控制和所提控制方法的直驱风电场的稳定性。结果表明当采用所提控制方法时,风电场在40~100 Hz频段内呈现正阻值特性,且降低了系统的容性特性,抑制了风电场次/超同步振荡,同时可以改善风电场中因并网风电机组数量增加所带来的振荡问题。最后,通过仿真验证了所提方法对抑制风电场次/超同步振荡的有效性与正确性。     

基于附加阻尼控制的PMSG适应柔直送出策略优化

国内外多个风电工程在采用柔直进行远距离输送时出现了系统振荡现象，就该现象研究其判稳方法及优化策略。建立了直驱永磁同步风力发电机(permanent magnet synchronous generator, PMSG)和柔直输电系统的数学模型，推导了PMSG经柔直送出系统的Bode稳定判据，分别提取了PMSG及柔直的系统阻抗，并进行振荡评估。提出了提升柔直送出稳定性的PMSG附加阻尼控制器设计方案和参数整定方法。从频域角度分析优化策略的效果，研究结果显示，基于附加阻尼控制的PMSG经柔直送出的振荡抑制策略有效消除了振荡风险。采用频域分析中抑制效果良好的附加阻尼控制参数进行时域仿真，验证了附加阻尼控制对PMSG经柔直送出系统的振荡抑制效果。     

直驱风电场与LCC-HVDC次同步交互作用的扰动传递路径及阻尼特性分析

当直驱风电场距离电网换相型高压直流输电(line-commutated-converter based high voltage direct current,LCC-HVDC)的整流站较近时,两者间的次同步交互作用机理及特性尚不明确,现有分析方法难以揭示扰动传递过程及子系统间的耦合关系。针对上述问题,该文首先建立直驱风电场经LCC-HVDC送出系统的线性化模型,并基于系统闭环互联传递函数框图揭示次同步频率扰动在直驱风电场与LCC-HVDC之间的传递路径。然后,通过阻尼重构分离出次同步交互作用对次同步振荡(sub-synchronous oscillation,SSO)模式阻尼的影响,并分析控制器参数对SSO模式阻尼的影响。结果表明,直驱风电机组直流电容主导的SSO模式存在不稳定风险;直驱风电场与LCC-HVDC之间的扰动传递路径呈现"8"字型耦合关系,导致两者间存在次同步交互作用;直驱风电机组外环、LCC-HVDC定电流控制器的比例系数增大或积分系数减小时,SSO模式阻尼增大。     

基于路径分析法的直驱风电场经柔直并网系统次同步振荡机理分析EI北大核心CSCD

针对直驱风电场经柔性直流输电(voltage source converter based high voltage direct current,VSC-HVDC)并网系统的次同步振荡(subsynchronous oscillation,SSO)问题,目前研究在机理分析中难以揭示子系统之间的扰动传递过程和耦合关系,同时难以量化不同特性对于系统稳定的影响。因此,基于路径分析法开展系统的SSO机理研究,并以锁相环(phase-locked loop,PLL)振荡模态为例开展路径分析法的模态扩展。首先,采用模块化建模方法建立系统的线性化模型。其次,将转子运动方程的阻尼系数推广至振荡模态的主导元件动态方程,从而获取系统的稳定判据。然后,基于路径分析揭示子系统之间的扰动传递过程和耦合关系,基于阻尼分解量化风电场内部特性以及风电场与VSC-HVDC之间交互作用特性对于系统稳定的影响。最后,开展PLL控制参数对于阻尼特性的影响分析。结果表明:路径分析法可以应用于不同的振荡模态;直驱风电场与VSC-HVDC之间的扰动传递路径呈现双闭环耦合关系;通过增大直驱风电机组PLL比例系数或减小直驱风电机组PLL积分系数可以有效提高系统的总阻尼系数,从而提升系统的稳定性。     

基于匹配控制的构网型直驱风电场次同步振荡机理与特性研究

近年来,具有低时延和惯量同步等优势的匹配控制成为主流构网型控制方案之一,但基于匹配控制的构网型直驱风电场的次同步振荡机理及特性尚不明确。因此,该文建立构网型直驱风电场并网系统的小信号模型,通过特征值法分析了系统的振荡模态及参与因子,并借鉴同步机中阻尼转矩法分析构网型直驱风电场的次同步振荡机理。结果表明,构网型直驱风电场中匹配控制主导的振荡模态在强电网下呈现负阻尼特性,系统存在次同步振荡的风险,但匹配控制振荡模态相较于跟网型控制的锁相环振荡模态具有更好的弱电网适应能力;匹配控制振荡模态存在类似于同步机转子运动方程的动态特性,使得构网型直驱风电场可能发生弱阻尼振荡;减小交流电网强度或无功控制器积分系数,增大构网型直驱风机台数或无功控制器比例系数,能够增大匹配控制振荡模态的阻尼,降低系统次同步振荡风险。     

集群风场系统链式SVG高频谐振分析与抑制

针对含链式静止无功发生器(static var generator, SVG)的风场区域系统高频谐振问题,首先采用谐波线性化的方法建立包含锁相环、功率外环以及电流内环在内的SVG谐波阻抗模型。利用阻抗分析法对风场区域空载线路投入对SVG稳定性的影响进行分析,揭示风场区域系统高频谐振的发生机理。然后,为抑制系统高频谐振,提出一种基于电压前馈附加带阻滤波器的SVG高频谐振抑制策略。对SVG侧中高频段等效阻抗进行重塑,以保证在该频段系统呈正阻尼状态。并讨论带阻滤波器中心频率和阻尼系数对系统相位裕度的影响。最后利用搭建的含链式SVG风场区域系统仿真模型,验证了理论分析的正确性和所提抑制策略的有效性。     

SVG与直驱风机间的次同步相互作用特性分析

近年来,新能源并网系统的次同步振荡问题日益凸显,我国许多地区的直驱风电并网系统出现了次同步频率下的功率振荡。目前风电场基本均装设了SVG等无功补偿装置来改善风电场的电压稳定问题,而SVG装置与直驱风电在次同步频段下的相互作用尚未明确。该文采用模态分析法,研究考虑SVG与直驱风机间相互作用的并网系统次同步振荡问题。首先,根据直驱风机和SVG装置的数学模型推导了其小信号分析模型。基于该模型,计算系统根轨迹,研究了控制参数和运行参数对次同步振荡模态特性的影响。同时利用模态的参与因子观察并网系统中装置间的耦合作用特性,最后利用电磁暂态仿真验证了模态分析结果的正确性。结果表明SVG的并入会影响风机并网系统稳定性,装置间存在次同步相互作用。     

SVG对直驱式机组风电场无功补偿的研究

针对直驱式机组风电场并网点电压稳定性问题,采用静止无功发生器SVG进行无功补偿以稳定并网点电压。以PSCAD/EMTDC软件为平台搭建SVG对直驱式机组风电场无功补偿仿真模型进行仿真验证,仿真结果表明,当直驱式机组风电场以额定功率运行时,在直驱式机组风电场添加SVG可以有效帮助稳定直驱式机组风电场并网点电压。     

基于频域贡献因子的混合风电场内振荡源在线定位研究

随着风电、光伏和SVG等各种电力电子设备并网比例的增加,新能源电力系统振荡风险加剧,精准定位风电场站内振荡源对预防振荡引发大规模电力事故的意义重大。提出了基于频域贡献因子分析混合风电场内振荡源在线定位方法。首先,基于大型混合风电场站的节点导纳矩阵推导出频域贡献因子;然后通过便于工程实现的在线阻抗辨识得到风电场阻抗特性,并进行模态机理分析得到风电场的主导振荡模态;然后求出混合风电场的振荡贡献因子;基于贡献因子确定场站内振荡的主要贡献节点以实现振荡源定位并量化分析;采用机理分析替代数值法得到风电场站的主导振荡模态,避免了计算量大与收敛性不足的问题。最后基于ADPSS/ETSDAC平台对大型混合风电场中双馈风机与串补电容交互振荡和直驱风机与SVG交互振荡分别进行仿真验证所提方法的有效性。     

基于加窗FFT的风电场自适应振荡抑制策略

大规模风电送出系统会出现振荡现象,现有抑制策略在振荡频率变化时难以快速、有效地抑制振荡。针对该问题,以直驱风场送出系统为研究对象,提出一种基于加窗快速傅立叶变换(FFT)和附加准比例谐振控制器相结合的振荡自适应抑制方法。首先,基于谐波线性化方法建立直驱风机(permanent magnet synchronous generator, PMSG)阻抗模型,分析PMSG发生振荡的机理以及采用附加准比例谐振控制器抑制振荡的有效性;然后,设计一种基于加窗FFT的振荡频率快速检测和提取方法,并给出相关参数的设计原则。最后,通过PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真对比基于加窗FFT和传统FFT的控制器对振荡的抑制效果。结果表明：基于加窗FFT的控制器对振荡的抑制速度和效果具有显著优势,验证了所提振荡抑制策略的有效性。     

基于加窗FFT的风电场自适应振荡抑制策略

大规模风电送出系统会出现振荡现象,现有抑制策略在振荡频率变化时难以快速、有效地抑制振荡。针对该问题,以直驱风场送出系统为研究对象,提出一种基于加窗快速傅立叶变换(FFT)和附加准比例谐振控制器相结合的振荡自适应抑制方法。首先,基于谐波线性化方法建立直驱风机(permanent magnet synchronous generator, PMSG)阻抗模型,分析PMSG发生振荡的机理以及采用附加准比例谐振控制器抑制振荡的有效性;然后,设计一种基于加窗FFT的振荡频率快速检测和提取方法,并给出相关参数的设计原则。最后,通过PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真对比基于加窗FFT和传统FFT的控制器对振荡的抑制效果。结果表明：基于加窗FFT的控制器对振荡的抑制速度和效果具有显著优势,验证了所提振荡抑制策略的有效性。