电网侧换流器无功功率控制改善双馈风电机组稳定性的研究

研究了改善双馈风电机组（DFIG）的并网风电场暂态稳定性的措施。目前现存的大部分双馈型变速风电机组并不具备故障穿越能力。在DIgSILENT/PowerFactory14.0中建立了具有暂态无功调节能力的变速风电机组电网侧换流器控制模型以及故障后桨距角控制模型,通过对并网风电场仿真分析验证了模型的有效性。仿真结果表明：当风电场电网侧发生短路故障情况下,双馈风电机组电网侧换流器能够产生一定的无功功率支持电网电压;桨距角控制能够降低风电机组的机械转矩,防止机组超速以及电压失稳。双馈风电机组的故障穿越能力得以实现。     

含STATCOM的双馈电机风电场无功电压协调控制策略

为增强风电场并网点电压稳定性,提出了变速恒频双馈风电场与动态无功补偿装置STATCOM间的无功电压协调控制策略。电网故障导致风电并网点不同深度的电压跌落时,根据双馈风机Crowbar保护投切状态,对DFIG风电机组转子侧及网侧变流器与STATCOM进行无功功率分配,协调控制促进风电场LVRT期间风电并网点电压的快速恢复。最后,在DIg SILENT/Power Factory仿真软件中建立了风电场和STATCOM控制模型,通过仿真验证该控制策略的有效性。     

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。     

基于实际风电场的双馈感应风电机组联网运行特性仿真分析

随着并网运行风电场数量逐年剧增,双馈感应风电机组作为广泛应用的主流机型之一,其联网运行特性对研究风电场与电网之间的交互作用具有重要作用。本文给出了双馈感应风电机组的数学模型,包括风力机模型、发电机模型和四象限变流器模型。以东北某实际风电场双馈感应风电机组为例,在PSCAD/EMTDC电力系统仿真平台上,搭建了双馈感应风电机组联网运行仿真系统,对双馈感应风电机组在不同工况下的联网运行特性进行了分析,揭示双馈感应风电机组联网运行特性,电气设备阻抗参数与外特性之间的内在关联关系。     

双馈式风机控制器参数整定的实用方法

随着应用场合的不同,风电场模型参数需要相应改变。现在主流的风电场大多采用双馈式风机,而双馈式风机模型中PI控制器参数修正问题少有文献谈及。针对此问题,在PSCAD/EMTDC仿真平台下,忽略风机启动的暂态过程,转子侧、网侧变流器分别采用定子磁链定向、电网电压定向控制策略,建立了转子侧、网侧变流器均采用SPWM调制的直接功率控制模型。给出了基于传递函数的控制器参数整定方法,适用于双馈式风机的控制器参数的修正。模型详细参数采用GE1.5 MW双馈式风机组成的风电场模型参数。与Matlab/Simulink下仿真结果对比可知,该整定方法取得了较理想的效果,在两个仿真平台中输出参量具有较好的一致性。     

含多种风电机组的风电场仿真建模及其协调控制研究

正风电场接入会对电网的稳定运行带来一定的影响,而且不同类型风电机组运行特性不同,因此需要研究含多种风电机组的风电场建模。研究了双馈风机与改造定速异步风机的模型及其控制策略,基于PSCAD软件建立了包含定速异步风机、改造的定速异步风机和双馈风机的风电场模型,并对其进行了仿真分析。仿真结果表明,改造风机能够解决定速异步风机运行时大量吸收无功的问题,与双馈风机配合甚至还可以向电网发出一定无功。     

双馈风电机组无功控制方式对系统频率稳定的影响

以PSS/E和PSS/E WIND为平台,建立了基于双馈感应发电机的风电场等值模型,结合一个含两座大规模风电场的算例系统,仿真分析了双馈风电机组（DFIG）两种无功控制方式对系统频率稳定的影响.研究结果表明,无论是风速扰动、负荷扰动还是短路故障,与恒电压控制方式相比,恒功率因数控制均有利于系统的频率稳定.     

大规模风力发电并网对系统小干扰稳定性的影响

以西北电网酒泉风电系统为算例,分析了不同风电机组类型、不同风电容量、不同并网位置对电力系统小干扰稳定性的影响。仿真结果表明：相比于恒速风力机模型和直驱式同步发电机模型,风电场采用双馈异步发电机模型并网对系统小干扰稳定性的影响较好;随着双馈并网有功出力的增加,系统小干扰稳定性减弱;选择合适的风电场位置可以为系统提供较好的阻尼。     

双馈风电场并网对系统低频振荡阻尼影响的分析与研究

在电力系统仿真软件中建立了双馈风电场和仿真电力系统模型,分析了双馈风电场并网后对低频振荡阻尼模式的影响,双馈风电场并网后出力变化、双馈风电场从不同位置并网对系统低频振荡模式阻尼的影响,仿真结果表明双馈风电机组接入系统后会引入新的振荡模式,随着双馈风电场出力增加,系统阻尼降低。双馈风电场从不同位置接入电网,不会改变系统的振荡模式,但是会改变系统在某些振荡模式下阻尼的性质。     

不同风电机组对电网暂态稳定性的影响

为了研究由恒速异步风力发电机、双馈异步风力发电机和直驱永磁同步风力发电机组成的风电场对电网的影响,利用DIgSILENT/Powerfactory建立了风电场的动态模型,通过仿真分析比较了上述3种风电场对电网暂态稳定性的影响,以及风电场出口电压恢复情况和风电场的无功变化等,得结论：恒速异步风力发电机的稳定性较差,双馈异步风力发电机和直驱式交流永磁同步风力发电机能够提高电网发生故障后同步发电机的短期电压稳定性,减小系统所需的无功储备,有利于电网的电压稳定。     

计及阻容式撬棒的混合型风电场协同控制及故障特性分析

为解决混合型风电场低穿措施复杂难以协同及低穿后故障特性难以分析的问题,提出双馈风电机组应用阻容式撬棒以改善低电压穿越期间混合型风电场的频偏及无功特性。首先建立双馈风电机组群与永磁直驱风力发电机组群模型,通过分群聚合等效的方法建立混合型风电场简化等效模型。在此基础上,分析计及阻容撬棒的混合型风电场故障期间各类型风电机组的无功调节能力及调节特性。据此制定混合型风电场的无功协同控制策略以优化低电压穿越期间无功输出能力,分析采用协同控制策略后混合型风电场的短路特性,并对短路电流进行解析。最后基于PSCAD/EMTDC仿真软件建立了混合型风电场仿真模型,对协同策略的有效性及故障电流表达式的正确性进行仿真验证。     

双馈风力发电机组系统接入与稳定运行仿真

分析了包含大量异步风力发电机组的风电场并网运行后对电力系统静态和动态稳定性的影响。从系统接入和稳定运行的角度研究了双馈风力发电机组及普遍采用的定子磁链定向矢量控制策略在提高风电系统稳定性方面的优势与不足。以实际机组为例在PSCAD/EMTDC平台上建立了仿真模型,结果表明双馈风力发电机组在风速发生变化时不仅能够以变速恒频方式运行并追踪最大风能,且电网电压也比传统鼠笼式风力发电机组更为稳定。在系统发生最严重的三相接地故障时,风电场具有更好的暂态稳定性。     

自动电压控制对双馈风场小干扰阻尼影响分析

为解决传统双馈风场中自动电压控制系统延迟较大、对系统影响不确定的问题,建立了包含自动电压控制的双馈风场并网系统小干扰分析模型。首先,在考虑自动电压控制中非线性环节的前提下,推导了含延迟环节的双馈风场并网系统的小干扰模型,利用线性化原理形成了双馈风场的小干扰模型,用于描述双馈风场阻尼转矩的表达式;然后,通过小干扰模型,获得了双馈风场有功增量和功角增量之间的表达式;最后,通过理论计算与仿真结果对比,验证了该模型的有效性。研究结果表明,所提模型能描述双馈风场在小扰动时的阻尼分量,为研究双馈风场稳定提供理论依据。     

静止同步补偿器增强风电场的低电压穿越能力的应用分析

提出利用静止同步补偿器(static synchronous compensator,STATCOM)快速补偿无功功率以增强双馈式风电机组和直驱式风电机组的低电压穿越能力.首先阐述了风电机组的动态模型,然后给出了STATCOM控制模型,最后将STATCOM装置应用到合风电场的电力系统中,比较加装STATCOM前后母线56和母线12的电压以及风电机组输出功率的变化情况.仿真结果表明,STATCOM能有效地帮助风电机组在电网发生故障后恢复机端电压和故障点电压,并防止风电机组输出功率振荡,使风电场在故障发生后能保持连续运行,增强了风电机组的低电压穿越能力.     

风力发电机组对称短路特性分析

在电力系统分析软件DIgSILENT/Power Factory中建立风电机组及电力系统模型,包括固定转速风电机组和双馈变速风电机组。设置靠近风电场的三相对称短路故障,对风电机组对称短路特性进行理论与仿真分析,比较了不同类型风电机组与相同容量同步发电机组的短路电流波形。以某区域电网为例计算了风电场接入前后其附近母线短路电流,计算风电场接入后使得短路电流增加的百分数,以确定风电场对系统短路电流的贡献。理论分析和仿真结果表明,风电场对并网点附近节点的短路电流有较大影响,在选择风电场附近的电气设备以及对其进行热稳定性校核时,需要考虑风电场对系统短路电流的贡献。     

基于双同步坐标的无刷双馈风力发电系统的最大风能追踪控制

建立了包含风力机、齿轮变速箱和无刷双馈电机的无刷双馈风力发电系统整体模型。从转子在参考坐标下的d-q模型出发,研究了基于双同步坐标的无刷双馈电机的数学模型。根据无刷双馈电机的特性,采用磁链定向的矢量变换控制技术设计了一种新型功率控制系统。该系统通过控制发电机的控制绕组进行交流励磁,进而实现变速恒频发电机的有功、无功解耦控制,并最终实现了捕获最大风能的高效性和有效性。     

双馈风机的动态稳定分析

本文探讨了双馈型风电场并网后对地区电网动态稳定性的影响。建立了风电机组的空气动力学模型、轴系模型及桨距角控制系统模型;并在此基础上推导了风电场接入后的地区电网动态稳定特征值分析的状态矩阵。对风电机组接入的广西电网动态稳定性的影响进行全面的仿真分析,仿真证明,通过调整风电场的接入位置,以及采用变速风电机组的稳定控制模型,这两种方式能够有效改善系统阻尼,增强系统动态稳定性。     

风电场故障特性仿真研究

在DIgSILENT/Power Factory中构建了含风电场的电力系统仿真模型,对由恒速异步风电机组和双馈异步风电机组构成的风电场的故障特性及其影响因素进行了仿真研究,对比分析了不同类型的风电机组与相同容量的同步机组的故障特性的异同。仿真和分析结果表明：不同类型的风电场在系统故障时提供的短路电流不同,并远小于相同容量的同步机组所提供的短路电流,因此可以在短路电流过大的地点建设相同容量的风电场而不是传统的火电厂;在含风电场的配电网中,要考虑风电场对继电保护的影响,在风电接入系统的可研阶段不能简单将风电场视为相同容量的同步机组进行研究。