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。     

D-PMSG经LCC-HVDC送出系统的次同步振荡特性分析

当直驱风机(direct-drive permanent magnet synchronous generator, D-PMSG)位于电网换相换流器高压直流输电(line-commutated-converter based high voltage direct current,LCC-HVDC)整流站近区时,系统的次同步振荡(subsynchronous oscillation,SSO)特性尚不清晰,相关研究有待开展。针对上述问题,基于D-PMSG经LCC-HVDC送出系统,利用模块化分块建模法建立小信号模型,用特征值与参与因子研究了系统SSO模式中D-PMSG与LCC-HVDC的参与情况,并用特征值分析了系统参数对SSO阻尼的影响。研究结果表明：存在D-PMSG与LCC-HVDC共同参与的SSO模式,且LCC-HVDC接入为系统SSO提供负阻尼;当D-PMSG输电线路阻抗、GSC控制器外环积分系数增大时,SSO模式阻尼减小;当GSC控制器外环比例系数、D-PMSG直流侧电容、D-PMSG的风速、LCC-HVDC定电流控制器的比例系数增大时,SSO模式阻尼增大。基于PSCAD/E...     

风电-串补输电系统次同步谐振特性与风电机组数量及线路参数关系研究

针对双馈风电-串补系统次同步谐振特性,针对风电-串补系统次同步谐振问题,在RT-LAB中建立风电-串补送出系统等值模型,利用阻抗分析方法,对SSR风险与风电机组数量以及线路参数关系进行研究。得到主要结论:1)在不同风速下,均存在使系统阻尼特性最差的并网风电机组数量;2)线路串补度减小,系统的次同步谐振风险逐渐降低;3)线路长度越大,系统次同步谐振风险随风电机组数量的增加而增加。     

基于电枢反应补偿原理的新型永磁同步电机

在永磁同步电机调速系统中,电机中电枢反应将引起铁心磁饱和,并进而导致电机的输出转矩随转矩电流增长明显钝化。分析表明造成该现象的主要原因是永磁电机的磁动势平衡机制存在缺陷。本文提出在永磁同步电机转子上增设一套电流可控的交轴励磁绕组,用以补偿电枢反应磁动势的作用,保证负载变化时电机气隙磁场基本维持恒定。这种基于电枢反应补偿原理的新型永磁同步电机突破了磁饱和对电磁转矩的限制,为提高永磁同步电机转矩密度开辟了新途径。文中给出了一台新型电机样机的设计方案。通过有限元仿真,验证了通过补偿电枢反应磁动势提高电机转矩密度的有效性,并分析了该电机带不同负载运行时的转矩、效率特性及其与传统电机的区别。     

基于控制硬件在环测试的风电次/超同步振荡风险评估

风电机组变流器引起的次/超同步振荡是制约风电大规模消纳的重要因素之一。为确保风电系统的安全稳定运行,风电机组并网前需对其进行次/超同步振荡“适网性”分析,以评估系统发生次/超同步振荡的潜在风险。然而,对于控制结构或关键参数未知的风电机组变流器,难以直接建立详尽的数学模型进行次/超同步振荡分析。为解决上述问题,研制了频率耦合阻抗模型测试仪(impedance model testing instrument,IMTI),借助外部激励响应特性辨识风电机组的频域耦合阻抗模型,基于该模型从次/超同步振荡稳定性角度出发评估风电机组的“适网性”;并借助实时数字仿真器(real-time digital simulator,RTDS)构建控制硬件在环(controller hardware in loop,CHIL)测试平台,对某商用风电机组控制器进行次/超同步振荡风险分析。最后,通过电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC验证了硬件在环测试结果的正确性。     

直驱风电场经柔直送出系统近工频正/负序振荡机理分析

近期,某实际新能源经柔直送出系统出现了40～60 Hz的近工频正序和负序振荡现象,导致新能源降出力运行。新能源经柔直送出系统的近工频振荡较其他频段振荡的机理更为复杂,影响因素更多。针对直驱风电场经柔直送出系统近工频振荡稳定性问题,建立了含正/负序控制的直驱风电机组和柔直送端模块化多电平换流器(modular multilevel converter, MMC)的精细化阻抗模型,从阻抗特性角度揭示了直驱风电场经柔直送出系统产生近工频正/负序振荡的机理;定义了参数相位裕度灵敏度,量化分析了直驱风电场柔直送出系统近工频振荡稳定性的关键影响因素。最后,搭建直驱风电场经柔直送出系统的电磁暂态仿真模型,仿真复现了实际系统的近工频正序和负序振荡现象,并验证了近工频振荡机理分析的正确性。     

新能源汇集系统短路故障清除后的暂态过电压机理

新能源汇集系统交流短路故障后产生的非工频暂态过电压可能导致新能源机组大规模脱网甚至损毁,这已成为制约新能源汇集系统送电极限的决定性因素。基于华北地区典型新能源汇集系统构建算例系统,分析短路故障下的暂态过电压形态特征,阐明易产生暂态过电压的系统参数条件,建立数学模型进行定量研究,利用RLC电路的全响应理论解释产生暂态过电压的本质原因。分析结果表明,短路故障清除后新能源汇集系统的电路固有谐振过程是导致暂态过电压的主要原因之一。     

风电汇集系统无功盈余导致暂态过电压问题的研究综述

近年来,风电高速发展,“风资源丰富地区建设多个风电场—经110/220kV线路将多风电场汇集—经超/特高压交/直流输电系统集中送出”是近年来风电送出系统发展的主要模式。目前中国西北/东北/华北等地的风电汇集地区配套火电机组少,无功–电压灵敏度高,发生典型交/直流故障后,存在暂态过电压问题,可能导致风机大面积脱网,影响系统安全,制约风电消纳。该文从四方面对风电汇集地区暂态过电压问题研究现状进行综述:1)暂态过电压产生机理;2)暂态过电压的相关标准与潜在危害;3)暂态过电压问题的特点与分析方法;4)暂态过电压应对措施,并提出后续研究建议和展望。     

基于短路比指标的风电汇集系统稳定性分析

短路比(SCR)是一种描述“系统强弱”的指标,目前电力系统运行部门正在探索应用SCR指标评估风电汇集系统稳定性的方案。为探究SCR在风电汇集系统稳定性工程化评估过程中的价值,分析SCR指标的适用范围与条件,基于主流风电机组厂家控制器实物开展研究,考虑实际风电机组特性,分析应用SCR指标评估风电汇集系统静态电压稳定、暂态过电压和次/超同步振荡3类稳定问题的适用性。研究发现：提升系统SCR指标可不同程度地缓解上述3类稳定问题的严重程度;若在评估过程中不考虑风电机组的特性差异,则SCR指标难以准确反映上述3类问题的系统稳定裕度。     

VSG-DFIG风力发电系统小信号建模及稳定性分析

基于虚拟同步发电机技术的双馈型风力发电系统具有可以提供惯量支撑和自同步电压源特性等优点,因此受到广泛关注。为更好地研究及优化其控制性能,需对其小信号稳定及性能进行分析。为此,建立了基于虚拟同步发电机技术的系统总体模型,并针对电网与双馈电机定子、网侧变流器公共连接处的代数方程计算中存在计算过程复杂、数学模型不匹配和物理意义不清晰等问题,提出了基于戴维南-诺顿等效的双馈电机模型,最后进行了算例仿真分析。分析结果表明:系统存在3种振荡模式,且弱网下锁相环与VSG控制相关的振荡模式之间存在"借阻尼"现象,并引起系统不稳定。该建模方法为包含虚拟同步发电机技术的双馈型风力发电系统的小干扰稳定分析提供了理论依据和实用工具。