基于自抗扰的STATCOM抑制风电次同步振荡

大规模风电经固定串补线路送出时,风力发电机组可能会发生次同步振荡问题。静止同步补偿器(STATCOM)是一种全控型FACTS装置,响应速度快,其作为次同步振荡的抑制装置具有较好的阻尼效果。但由于STATCOM是非线性系统,采用传统的PID控制难以达到满意的效果。为解决这一问题、提高系统的鲁棒性,利用自抗扰技术(ADRC)适应性强、误差小的特性,根据复转矩系数法,在保持STATCOM无功补偿能力的基础上,设计了专用于抑制风电场次同步振荡的STATCOM控制策略。在PSCAD/EMTDC仿真软件搭建含有STATCOM并网的双馈风电机组经串补送出系统,验证了控制策略的有效性。     

风电场中STATCOM抑制系统功率振荡

含虚拟惯量控制的风电场给系统的小干扰稳定带来了新的影响,在此背景下,研究利用风电场配置的静止同步补偿器(STATCOM)附加阻尼控制对电力系统低频振荡的抑制。利用阻尼转矩法分析了虚拟惯量控制对风电并网系统阻尼特性的影响,提出利用风电场中配置的STATCOM增强系统动态稳定的控制策略。基于自抗扰理论设计了STATCOM附加阻尼控制器,以改善系统阻尼特性。基于DIg SILENT平台搭建典型的4机2区域系统进行仿真,仿真结果验证了具有附加自抗扰阻尼控制作用的STATCOM能有效地阻尼系统功率振荡。     

SVG对风电次同步振荡影响的研究

近年来随着风电的广泛开发和使用,风电场的一些问题逐渐显现出来,尤其是风电由于事故脱网的事件,对风电场以及电力系统都带来了严重的影响,而次同步振荡引起风机脱网的事故也是时有发生。目前风厂基本均已装设SVG(Static Var Compensator)等无功补偿装置来改善风电场的电压稳定问题,但是很多实际的事故表明这些无功补偿装置对风电次同步振荡也会产生不利的影响。文章致力于探究风厂中SVG对于风电机组的次同步振荡的影响问题。通过小干扰稳定分析方法分析SVG不同控制方式下并网风电厂个数,SVG个数以及SVG控制参数对次同步振荡的影响。得出SVG的恒无功控制方式比恒电压控制方式在维持风电系统的稳定性方面有更好的效果,更利于风电次同步振荡的抑制作用。     

改善系统暂态稳定性的变速风电机组线性自抗扰控制器

基于线性自抗扰控制理论设计了一种改善系统暂态稳定性的变速风电机组稳定控制器。针对每一座风电场,根据其对同步机组的可控能力划分出各风电场的可控机群,并将可控机群聚合转化风电场等效可控系统。基于该等效可控系统,利用线性自抗扰控制理论设计了风电场稳定控制器。得益于线性自抗扰控制中的扰动实部估计和补偿功能,控制器无需同步机组和风电场详细模型信息,同时还对系统运行方式变化具有良好的适应性。控制器具有分散协调的特性,无需风电控制中心协调。在改进的IEEE 39节点系统中的仿真算例验证表明了设计的控制器能够有效增强系统同步稳定性,同时对系统运行方式变化具有良好的适应性。     

基于改进型LADRC的STATCOM抑制双馈风电场次同步振荡策略

针对双馈风电场经串联补偿线路送出引发的次同步振荡问题,提出了一种基于改进型线性自抗扰控制(LADRC)的静止同步补偿器(STATCOM),实现对系统次同步振荡的抑制。LADRC设计时考虑延时因素,在控制计算中消除由信号测量、传输等延时导致的输入量之间时间轴上的不匹配。基于改进型LADRC设计了STATCOM的附加阻尼控制器、电压外环、电流内环控制器以及锁相环,使STATCOM为系统提供正阻尼,同时增强控制系统的速动性和抗干扰能力,以适应次同步振荡工况,并从阻抗角度分析了STATCOM抑制次同步振荡的作用机理。在MATLAB/Simulink中搭建了系统的时域仿真模型,实验结果证实了所提出的抑制策略在动态性能和抗干扰方面的优越性。     

基于自抗扰控制的双馈风机次同步控制相互作用抑制策略研究

双馈风电场经串补输电系统存在换流器控制与串联电容之间的次同步振荡问题,即次同步控制相互作用,其振荡特性受系统运行工况的影响。当系统运行工况变化时,现有抑制措施可能不再适用。为解决该问题,从双馈风机发生次同步控制相互作用的机理出发,提出一种基于自抗扰控制的双馈风机抑制策略:用自抗扰控制器替换转子侧有功内环比例积分控制环节,利用扩张状态观测器对系统次同步扰动进行实时估计并反馈补偿,从而有效抑制次同步控制相互作用。在PSCAD/EMTDC中搭建基于某实际风电场的仿真模型,分析该控制策略的运行特性。通过与比例积分控制对比,验证自抗扰控制具有良好的暂稳态运行特性;通过与现有附加阻尼控制对比,表明自抗扰控制可以实现风电场不同运行工况下次同步控制相互作用的有效抑制;该方法参数整定简单,具有较强的鲁棒性。     

基于无功出力调整的双馈风电场次同步振荡抑制策略研究

含串联电容补偿的风电外送系统存在着发生次同步振荡的风险,为降低次同步振荡风险,提出一种基于DFIG风电场整体无功出力调整的抑制次同步振荡方法。以华北某风电场为研究背景,研究了在多种运行下,风电场无功出力对次同步振荡的一般影响规律,研究表明,风电场发出感性无功总是对次同步振荡起到抑制作用。基于该规律制定了基于无功出力调整的双馈风电场控制策略,引入基于紧缩技术近似投影子空间跟踪(projection approximation subspace tracking based on the deflation technique,PASTd)的谱估计算法在线检测次同步振荡稳定性,当次同步振荡模式不稳定时,逐渐增大风电场无功出力,以降低次同步振荡风险。仿真结果表明,在多种运行状态下,该控制策略均能起到较好的抑制效果。     

基于SVG的次同步振荡抑制方法研究与应用

与传统的次同步振荡相比,风电场的次同步振荡频率不固定,其振荡主要取决于变流器特性以及输电系统的结构。针对风电场的次同步问题,设计了基于静止无功发生器(SVG)的次同步振荡抑制方法。该方法在风电场已有的SVG控制器上增加次同步振荡抑制环节并优化控制算法。在不影响既有的电压与无功功率控制功能的情况下,实现风电场的次同步振荡抑制。通过RTDS仿真和在新疆哈密三塘湖地区风电场的实际应用,验证了抑制方法的有效性。     

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。     

风火打捆外送系统次同步振荡的改进自抗扰直流附加阻尼控制

针对送端电网大规模风电接入可能加剧火电机组次同步振荡的问题,提出一种基于改进遗传算法的自抗扰附加阻尼控制方法。利用基于总体最小二乘法-旋转不变技术的信号参数估计(TLS-ESPRIT)算法对系统进行次同步振荡特性辨识,根据主模比指标选择合适的控制反馈信号,得到系统在次同步频段内各振荡模式对应的低阶传递函数;结合时间乘绝对误差积分准则(ITAE)指标与极大极小值原理确定被控系统控制目标,并利用改进遗传算法寻优确定多通道自抗扰控制器参数。在PSCAD上搭建含大规模风电的测试系统模型,仿真结果表明基于改进自抗扰控制的附加次同步阻尼控制器在送端电网多种运行方式和不同故障情况下都能有效抑制汽轮发电机组的次同步振荡,鲁棒性较强,同时低阶自抗扰控制器也具有令人满意的控制效果。