双馈风电场抑制次同步振荡的自适应增强阻尼控制方法

针对双馈风电场接入电网的次同步振荡问题,提出一种自适应增强阻尼控制策略。首先,基于无模型自适应理论设计一种双馈风电机组d、q轴阻尼联合控制方法,并给出控制参数优化方法。其次,将该无模型自适应阻尼控制方法与传统次同步阻尼控制方法相结合,得到一种自适应增强阻尼策略。最后,基于IEEE 39节点改造模型,验证该自适应增强阻尼控制策略的有效性和优越性。多机等值模型算例表明,该自适应增强阻尼控制策略对多机风电系统具有良好的适应性。该自适应增强阻尼控制策略可显著提升次同步振荡控制性能,对工况变化具有良好的适应性,可弥补传统次同步阻尼控制的不足,体现出较强的工程应用潜力。

SVG协同双馈风电场的暂态控制策略研究

为了充分考虑装设静止无功发生器(static var generator,SVG)的双馈风电场故障状况下的非线性特性,使用一种参数自适应超扭曲滑模控制器(super-twisting adaptive sliding mode control,STASMC)对多输入多输出(multiple input multiple output,MIMO)系统的零动态(zero dynamics,ZD)方法进行改进,提出一种ZD-STASMC方法来协调控制双馈机组和SVG。使用ZD方法将原始系统部分线性化,简化了控制设计任务。为了进一步提高在参数不确定性和外部扰动下的电压调节能力,将ZD方法与STASMC相结合。通过STASMC构造辅助输入提升了ZD方法的鲁棒性,减少了建模误差和实际过程中各种误差的影响。改进后的ZD方法减小了线性化误差的影响,加强了双馈感应发电机(doubly-fed induction generator,DFIG)的暂态性能。最后,通过算例系统在三相故障下的仿真验证了所提ZD-STASMC控制的有效性。

基于频域模型匹配的双馈风电场送出线路纵联保护方案

针对风电场多机并网暂态模型难以准确解析导致的风场送出线路保护适应性问题,该文建立双馈风电场多机并网频域等值模型,提出一种基于频域模型匹配值的双馈风电场纵联保护方案。首先,根据双馈风机故障下进入低电压穿越控制模式,推导得到双馈机组电流响应模型。在此基础上,考虑不同馈线阻感之间的耦合关系和锁相环相角偏移影响,建立双馈风电场多机并网频域等值模型。然后,根据送出线路故障网络分析区内外故障模型,定义频域模型匹配值,构造识别送出线路区内外故障的保护判据。最后,在RT-LAB平台搭建仿真模型进行验证,保护方案在送出线路不同位置发生经不同过渡电阻接地故障,均能快速准确切除区内故障。

基于自抗扰控制的双馈风电场分层无功功率支撑策略

随着风力发电的规模化联网,电力系统电压问题愈发突出。为提高双馈风电场在电网故障下的暂态响应特性,提出1种基于自抗扰控制(ADRC)的双馈风电场分层无功功率支撑策略。首先,描述了双馈异步风力发电机(DFIG)的无功功率边界;其次,设计双馈风电场的分层无功功率支撑策略,在场站控制器中利用自抗扰控制器产生电压控制信号,在机组控制器中采用变增益系数辅助调整电压;最后,使用Washout滤波器抑制暂态过电压,搭建基于EMTP-RV的双馈风电场仿真模型。仿真分析表明,所提控制策略在电网电压跌落时具有良好的支撑效果。

基于去趋势分析的大规模双馈风电场送出变压器差动保护

由于双馈风电场输出的故障电流具有频偏特性且含有较大的谐波分量,当双馈风电场送出变压器发生内部故障时,变压器差动电流中二次谐波与基波的比值增大,使得变压器差动保护面临延时动作的风险;且系统发生故障时,双馈风电场输出的故障电流中存在大量非周期分量,会使得送出变压器中的电流互感器更易发生饱和现象,致使传统变压器差动保护的可靠性降低。提出了基于去趋势分析的大规模风电场送出变压器的差动保护方案。首先,将采样电流通过滑动数据窗进行去趋势分析得到去趋势残差函数,然后,结合电流波形斜率特征完成对变压器励磁涌流及故障差流(包含电流互感器饱和状态下)的有效区分。最后,在PSCAD中搭建了双馈风电场送出系统,在不同工况下验证且分析了所提保护方案的适用性。

抑制双馈风电场次同步振荡的自适应阻尼控制器设计及硬件在环试验

双馈风电场接入串补交流电网的次同步振荡频率取决于系统运行条件,如风速、风电机组数量和串补度等。振荡特性改变可能引起针对特定场景的抑制措施失效。为应对实际系统中的振荡频率时变,研制了一种自适应阻尼控制器。控制器辨识振荡频率并在线更新控制参数,然后产生振荡频率的电流参考信号,通过并联变流器注入到系统中,实现双馈风电场次同步振荡的自适应抑制。基于RTDS进行控制器硬件在环仿真验证了振荡抑制效果,结果表明,自适应阻尼控制器在不同工况下均能有效抑制振荡。

双馈风电场等值阻抗模型在高频振荡研究中的适用性分析与评价

目前在对风电场高频振荡的研究中,风电场普遍采用等值阻抗模型,然而对于等值阻抗模型在高频段的适用性需要进一步分析与评价。针对这一问题,该文以双馈风电场为例,首先建立风电场中包含双馈风电机组、链路出口处电缆与风电机组间集电线路的链路详细高频阻抗模型。然后,采用常规等值方法聚合风电场,获得等值高频阻抗模型。进而,在同一链路不同风电机组之间控制延时、电流内环控制参数、网侧滤波器等关键参数存在差异的场景下,采用振荡频率相对误差、高频段相位均方根误差两个指标综合评价等值与详细风电场高频阻抗模型的一致性,并研究考虑与忽略风电机组间集电线路对等值高频阻抗模型适用性的影响。结果表明,风电机组间集电线路对风电场等值高频阻抗模型的适用性有较大影响;然而,在考虑风电机组间集电线路的影响后,同一链路不同风电机组的关键参数存在差异时对风电场等值高频阻抗模型的适用性影响较小。最后,在PSCAD/EMTDC仿真平台上搭建双馈风电场的仿真模型,通过仿真验证理论分析的正确性。文章所得结论可以为研究规模化风电场高频振荡现象提供等值模型的适用性参考依据。

计及转子侧变换器控制切换模式差异的双馈风电场多机表征方法

受风速、机端电压跌落分布等影响,双馈风电场内机组故障行为特性各异,如何建立保留机群故障特征的风电场等值模型得到广泛关注。然而,仅依靠Crowbar状态表征双馈风电场内机群故障特征的差异性,会出现在轻微故障情况下风电场等值模型精度低的问题。为此,文中通过分析电网故障下场内机组转子侧变换器不同控制模式切换、Crowbar状态切换特性,探明了主导机群控制保护序贯切换模式差异的关键因素。推导了转子侧变换器控制切换模式与机端电压跌落分布、风速分布之间的关联规律,以识别机群转子侧变换器控制模式切换的差异性,从而提出了机群分类方法,以建立风电场多机等值模型。最终,对比分析了不同电网故障场景下所提等值模型、基于有功响应的等值模型、基于Crowbar状态的等值模型和单机等值模型与详细模型相比所提供短路电流幅值误差结果,验证了故障全过程中所提等值模型能更为准确地刻画整个风电场的短路电流幅值变化规律。

双馈风电场新型无功补偿与电压控制方案

为均衡双馈感应发电机感性和容性无功调节能力,改善电压稳定性,提出双馈风电场并联无功补偿方案:在各机组机端装设电容器,其电容值为双馈感应发电机定子电感的倒数;同时在主变的低压侧装设静止无功补偿器(static varcompensator,SVC)进行集中补偿。在此基础上,设计电压协调控制方案:稳态时通过三层无功分配策略充分发挥双馈风电机组无功调节能力,减小风电场内有功损耗;电网故障时则结合送出线路纵联差动保护控制SVC的等效电纳,避免保护动作时发生电压过冲的现象,同时改变机组内部无功分配以提高双馈风电机组故障穿越能力。最后以实际算例仿真表明上述无功补偿与电压控制方案的可行性和有效性。

双馈风电场抑制系统次同步振荡分析及控制策略

为挖掘大容量风电场参与系统次同步振荡的抑制能力,提出双馈风电场抑制系统次同步振荡的机理研究及其附加阻尼控制策略对比分析。首先,建立汽轮发电机轴系多质量块的数学模型,引入风场输出功率与汽轮发电机转速之间的传递函数,推导了双馈风电场有功功率和无功功率调节对系统阻尼系数的表达式,并分析提供正阻尼的范围。其次,基于汽轮发电机转速信号以及系统正阻尼条件,对比例积分微分相位补偿控制环节及其参数进行优化,分别研究基于双馈风电场有功功率或无功功率环的附加阻尼优化控制策略。最后,以含双馈风电场的IEEE第一标准测试系统为例,对基于有功功率和无功功率附加阻尼优化控制策略的次同步振荡效果进行比较。理论分析和时域仿真结果表明,推导的基于风电场有功功率和无功功率的阻尼系数表达式可有效分析双馈风电场对系统次同步振荡的作用机理,且基于风电场的有功功率或无功功率附加阻尼优化控制策略都能在全次同步频段内提供有效正阻尼。

双馈风电场穿透功率增加对电力系统稳定影响综述

针对装有双馈感应发电机(DFIG)风电场穿透功率增加带来的稳定性问题,从小干扰稳定性、电压稳定性、频率稳定性3个方面对国内外研究现状进行了分析和总结。综述了基于电力系统稳定器、柔性交流输电技术以及高压直流输电技术的双馈风电场并网系统的改善措施。最后对该领域的未来发展方向进行了展望,指出忽略风速波动和塔影效应,缺乏定量的评价标准对双馈风电场并网稳定性研究的影响。

双馈风电场经LCC-HVDC送出的次同步振荡特性研究

双馈风电场经柔性直流输电并网或经串补线路送出时均发生过次同步振荡(subsynchronous oscillation,SSO),而双馈风电场经电网换相高压直流输电(line-commutatedconverter based high voltage direct current,LCC-HVDC)送出时是否会出现SSO尚不明确,亟需开展相关研究。该文采用模块化建模方法建立研究系统的小信号模型,并将其与PSCAD/EMTDC中的电磁暂态模型进行阶跃响应对比,验证小信号模型的正确性。然后,通过特征值分析及参与因子分析研究双馈风电场和LCC-HVDC间的相互作用,并分析系统参数改变对稳定性的影响。结果显示,不存在双馈风电场和LCC-HVDC的状态变量共同参与的振荡模式,表明双馈风电场和LCC-HVDC间的相互作用不明显,不会由此导致SSO;当并网风电机组台数或输电线路长度增加时,发电机模式阻尼增强,锁相环-直流电压外环模式阻尼减弱。

改进的配电网双馈风电场电压控制策略

结合双馈风电机组(doubly-fed induction generators,DFIG)的运行特点,提出了一种改进的适用于与配电网连接的双馈风电场的电压控制策略,其中既包括了传统的通过无功功率控制电网电压的方法,也包括电网负序电压的补偿控制策略。以双馈风电系统的功率关系为基础,给出双馈风电机组不同运行状态下的无功功率的计算方法,阐述双馈风电机组的无功功率控制方法及通过风电场无功功率控制电网电压的方法。针对电网电压不平衡的情况,给出通过双馈风电机组抑制电网负序电压影响的控制方法,分析了双馈机组的控制电网负序电压的限制条件和控制策略。由双馈风电机组构成的与配电网连接的风电场的仿真结果验证了所提出的电压控制策略的有效性,仿真结果表明这种电压控制方法可以有效地提高电网及风电场运行的稳定性。

基于集电系统无功灵敏度的双馈风电场无功控制策略

针对目前双馈风电场并网点电压水平低、场内集电系统网损大等典型无功控制问题,提出一种基于无功灵敏度指标的新型双馈风电场无功控制策略。在对双馈风电场无功需求及双馈风电机组无功调节能力进行分析的基础上,构建了风电场集电系统无功灵敏度指标,即集电系统网损无功灵敏度及电压无功灵敏度。该策略能够在保证最大有功出力的同时,实现如下目的:1)利用集电系统电压无功灵敏度控制双馈风电机组无功输出,以改善并网点电压水平;2)利用集电系统网损灵敏度控制双馈风电机组无功输出,实现降低集电系统网损的目的。对某实际风电场的仿真算例验证了所提控制策略的有效性。

适应于双馈风电场的改进故障序分量选相方法

分析了应用于双馈风电场的故障序分量选相元件的动作特性,指出受双馈感应风机特有暂态特性的影响,故障网络中双馈风电场的正、负序等效阻抗差异很大,引起故障序分量选相元件动作性能的恶化。提出一种基于故障序电压补偿的改进故障序分量选相方法,该方法通过对双馈风电场正、负序等效阻抗的实时检测自适应修正阻抗差异对选相结果的影响,改善了传统故障序分量选相元件的动作性能,并通过仿真验证了所提方案的有效性。

适用于双馈风电场联络线的距离保护方案

风电场联络线作为风电场向电网输送功率的重要通道,其稳定运行对于风电场和电网的安全稳定运行具有重要影响。双馈风电机组故障电流特性复杂,将导致基于全波傅里叶算法的传统距离保护应用在双馈风电场联络线上时性能严重劣化,难以满足实际电网安全运行要求。因此提出一种距离保护方案。该方案以瞬时值表征的微分方程算法为基础,通过数字低通滤波、故障点电压重构和故障距离迭代计算等技术保证距离测量的正确性。仿真结果表明,该距离保护方案的整体性能明显优于传统距离保护方案,可较好地满足工程应用要求。

双馈风电场并网对汽轮发电机次同步振荡的影响

考虑在风火打捆输电方式中大容量风电场并网可能会加剧汽轮发电机轴系扭振的风险,提出双馈风电场并网对汽轮发电机次同步振荡影响的研究。首先建立含风电场系统的小信号稳定分析数学模型,基于模态分析法研究风电场并网前后系统次同步振荡模式的变化,并利用数字仿真平台建立时域仿真,对模态分析结果进行验证。其次,借鉴参数灵敏度概念,研究系统次同步振荡阻尼比对风电场参数的灵敏度。最后,针对风电场在不同风速和不同无功功率的情况下,研究含风电场的电力系统次同步振荡模式的变化规律。结果表明,在保持外部条件一定情况下,双馈风电场并网会降低系统次同步振荡阻尼,且风电场有功功率和无功功率参数对其次同步振荡阻尼影响明显。

双馈风电场感应发电机效应的风险区域变化机理

揭示了双馈风电场等效电阻随着双馈风力发电机转速和系统自然谐振频率变化的规律,提出应用等效电阻分析双馈风电场感应发电机效应危险区域的一种新方法。分析结果显示,双馈风力发电机感应发电机效应的危险区域在系统自然谐振频率对应转速的右侧区域附近。而且,随着串补度升高,系统自然谐振频率增大,双馈风力发电机感应发电机效应的危险区域向高风速区域移动。同时,随着串补度的增大,等效电阻的最小值也进一步减小,感应发电机效应更加剧烈。最后,在PSCAD仿真平台搭建了随机风速下整个运行区域的双馈风电场模型,用时域仿真法和Prony算法验证了上述分析结果的合理性。

双馈风电场等值准确度研究

为衡量双馈风电场等值的效果,提出一种双馈风电场等值准确度的评价方法。该方法基于直接距离法、规范系数法和模糊层次分析法,分别从数值评价和趋势评价2个方面,对系统的不同状态和多个指标进行综合量化评估。首先利用与压降不变原理和等值损耗原理相结合的加权平均法,将变速恒频双馈风力发电机组和集电线路进行相应等值。然后分别搭建风电场的详细模型和等值模型,对风电场的等值准确度进行综合量化评估。所提出的方法不仅可以科学全面地评价模型的等值准确度,还可以根据评价结果对等值模型进行修正,以提高风电场的等值精度。

考虑时滞影响的双馈风电场广域附加阻尼控制器设计

针对互联电网中风电场广域附加阻尼控制抑制区间低频振荡时的时滞问题,提出一种基于史密斯预估-自抗扰控制(SP-ADRC)的双馈风电场广域附加阻尼控制器。利用渐消记忆递推最小二乘法实现对不确定时滞的实时估计,在此基础上通过Smith预估器降低时滞对电力系统中闭环控制的影响,克服了传统ADRC在时滞系统中控制效果变差的缺陷,并保留了ADRC主动估计和补偿不确定因素的优点。最后以含风电场的新英格兰10机39节点系统为例进行测试,仿真结果表明所提出的广域附加阻尼控制器能够有效地抑制区间低频振荡。