含静止无功发生器的直驱风电并网系统稳定性分析及振荡抑制策略

风电并网系统稳定性分析及振荡抑制策略大多集中于风电场本身,针对含静止无功发生器(SVG)的直驱风电并网系统研究较少。基于特征值灵敏度筛选出对含SVG的直驱风电并网系统稳定性较显著的控制通道,然后基于独立通道分析设计理论将并网系统由多输入多输出耦合系统等效拆分为多个单输入单输出控制通道,在定性分析并网系统稳定性的同时定量评估不同控制通道间的交互作用程度。为抑制控制通道间的交互作用,提出了基于H∞鲁棒控制的次同步振荡抑制策略。通过电磁暂态仿真,验证了基于独立通道分析设计理论分析并网系统稳定性的正确性以及基于H∞鲁棒控制的次同步振荡抑制策略的有效性。

不对称短路故障下永磁直驱风电机组并网控制策略研究

电网侧发生不对称故障时,永磁直驱风电机组并网电流会发生三相不平衡的问题。针对这一问题,提出一种基于自适应陷波器的网侧换流器控制策略。该控制策略基于解决机组并网电流二倍频分量的思想,在电网侧发生不对称短路故障时,将进入逆变器的dq坐标系下的二倍频电压分量去除,从而使得网侧换流器输出的电流达到三相平衡。本文首先分析了电网侧发生不对称短路故障后永磁直驱风力发电机组的动态响应;然后建立了机侧和网侧换流器的模型,并分别采用了双闭环矢量控制技术和基于自适应陷波器的控制策略;最后进行仿真分析,验证了改进后的控制策略相较于传统控制策略,有效解决了不对称短路故障下并网电流三相不平衡问题。

电网故障下含直驱风电机组的电力系统频率动态响应分析

电网受扰后基于模型解析的频率响应分析对电力系统安全评估与紧急控制具有重要意义。电网发生故障时,直驱风电机组(DDWT)并网点电压幅值跌落引发控制器暂态响应,同时电压相位突变引发锁相暂态响应,锁相暂态响应又通过变流器控制传导产生功率控制误差,可能导致现有以负荷突变场景为对象的频率特性分析产生较大偏差。为此,提出了电网故障下DDWT锁相偏差的量化方法;解析了锁相偏差经DDWT变流器控制的传导路径,提出了锁相暂态响应导致DDWT功率控制误差的机理及其计算方法;建立了电网故障下含DDWT的电力系统频率响应模型,提出了锁相暂态响应影响下系统频率变化率和最大频率偏差的计算方法,解析了电网故障下考虑DDWT功率控制误差的电力系统频率动态响应特性,并通过算例分析验证了所提方法的有效性。

自同步型直驱风电机组暂态稳定分析

随着大规模风电的接入,电网面临系统变弱及调频能力变差的问题.直驱风电机组采用自同步控制,在有效提升设备自身的小扰动稳定性和对电网的支撑能力的同时也带来了复杂的暂态稳定问题.为此,针对2种典型的控制结构(功率自同步和直流电压自同步)分别建立风机系统暂态模型,揭示机侧动态及直流电容动态对暂态特性的影响.针对功率自同步型风电机组,分析频率跌落下风机系统的同步失稳风险;结果表明,机侧动态会降低风机系统在电压跌落下的稳定裕度.针对直流电压自同步型风电机组,揭示暂态下直流电容动态导致的直流电压崩溃失稳风险.总结对比储能和风电机组的暂态特性差异,讨论直驱风电机组的暂态控制设计思路.基于Matlab/Simulink的时域仿真模型验证理论分析的正确性及控制的有效性.

不同控制策略下直驱风电机组的机网耦合特性及稳定性分析

直驱风电机组与弱交流电网或柔性直流输电系统间相互作用易导致宽频振荡问题。现有研究普遍认为,直驱风电机组与交/直流电网间的交互特性主要取决于其网侧变流器,故通常忽略直驱风电机组的机侧系统动态。已有文献讨论传统矢量控制下机侧系统对直驱风电机组并网特性的影响,但针对不同控制策略下直驱风电机组的机网耦合特性尚缺少相关研究。文中针对4种典型控制策略下直驱风电机组的机网耦合特性进行比较研究。首先,推导并验证了直驱风电机组在不同控制策略下的详细阻抗模型;然后,基于机网耦合度指标对直驱风电机组的机网耦合特性进行对比分析,得出不同控制策略下机侧系统动态对直驱风电机组交流侧阻抗特性及并网稳定性的影响;最后,通过直驱风电机组并弱交流电网分析案例验证了理论分析的正确性。

构网型直驱风电机组间控制相互作用研究

构网型风电控制技术具有很好的弱电网适应性,可以有效避免风电并网次超同步振荡问题。但是虚拟同步控制引入固有的低频特征模式,接入强电网时会发生低频振荡,同时多台构网型风电机组并联运行时存在控制器相互作用。针对此问题,采用特征模式分析方法,研究了基于虚拟同步控制方法的构网型直驱风电机组并联运行时的控制相互作用及主导低频特征模式稳定性。揭示了虚拟惯量控制参数及系统运行方式对构网型风电机组并联运行低频振荡特性的影响。通过详细时域仿真验证了分析结果的正确性。

永磁直驱风电低电压穿越与功率平抑策略研究

针对永磁直驱风电机组低电压穿越和功率平抑两种问题,提出采用改进超级电容储能系统(ISCESS)和串联制动电阻(SDBR)的联合控制策略。将ISCESS并联在机组的直流链上,SDBR则串联在电网与并网点之间。当风电并网系统正常运行时,ISCESS凭借快速充放电能力平抑机组的并网功率。当电网故障电压骤降时,SDBR抬升并网点的电压并耗散不平衡能量,另一部分不平衡能量则由ISCESS吸收。研究结果表明,所提策略在正常运行时能有效对永磁直驱风电机组的并网功率进行平抑,在电网故障时能有效提升机组的低电压穿越能力。

直驱风电并网系统小信号建模与次同步振荡特性

为研究直驱风电经串补线路并网系统的次同步振荡(SSO)问题,以直驱风电-串补系统为研究对象,利用Matlab/Simulink搭建系统小信号模型,计算模型初值,基于特征值分析法研究了不同参数对系统SSO阻尼特性的影响。结果表明,直驱风电-串补系统存在一个频率为40.44 Hz,阻尼比为-0.039的SSO模式。当系统滤波电感和直流电容增大时,系统的SSO阻尼增大,当系统串补度、GSC直流电压控制参数增大时和系统的SSO阻尼减小。

基于电压迭代的直驱风电场短路电流计算方法

风电场短路电流计算普遍采用等值模型,不计内部线路、变压器等因素,精度欠佳;而考虑上述因素的短路电流计算方法多采用电压电流同时迭代的方式,其收敛性难以直观验证。为此,提出了一种计及风电场内部结构参数的短路电流算法。首先,结合限幅作用下的D-PMSG(永磁直驱风电机组)电流特性与最大维度的风电场节点电压方程,构建了风电场短路电流计算模型;其次,利用诺顿等值消去未知电流参数,并结合工况变化确定修正的节点电压方程;最后,结合电压迭代,得出了基于修正模型和风电场特性的短路电流计算方法。仿真对比结果表明,所提方法具有较高的准确性以及更好的收敛性。

基于超级电容储能的大容量直驱风电机组低电压穿越策略

随着风电装机容量的增加,风电在电力系统中所占比重越来越大。风电机组在电网发生故障时无法实现低电压穿越,会导致电力系统的波动和故障切除时间过长,从而影响电网的稳定性。因此,有必要研究风电机组的低电压穿越策略。基于此,文中分析了风电机组低电压穿越技术类型以及风电机组低电压穿越能力的影响因素,对大容量直驱风电机组低电压穿越的要求进行了研究,并探讨了基于超级电容储能的大容量直驱风电机组低电压穿越策略。

基于高频广义共振技术的直驱风电机组状态预警系统研究

直驱风电机组传动链及其他大部件故障,会导致风力机组长时间停机。通过高频广义共振技术对直驱风电机组状态分析,可在故障早期提前预警。根据高频广义共振信号产生的原因及特征,便于对其他干扰的信号排除,更易于信号提取。传感器采集系统高频广义共振信号,机载主机进行采集、处理、分析、诊断、预警、记录、传输故障信息,可针对直驱风电机组的结构及运行机理确定状态监测方案,对风电机组轴承、塔架及叶轮进行状态预警。

抑制直驱风电并网系统次/超同步振荡的储能变流器有源阻尼控制方法

为应对直驱风电并网系统接入弱电网引发的次/超同步振荡问题,针对储能变流器提出了一种改进的有源阻尼控制方法,建立了考虑所提有源阻尼控制方法的储能变流器序阻抗模型,并分析了含储能变流器的直驱风电并网系统阻抗特性。在次/超同步振荡频段,并网系统阻抗幅值较低且部分呈容性,当输出功率增大、电网短路比降低或锁相环带宽减小时,容易与感性电网阻抗发生交互,从而诱发次/超同步振荡。然后,考虑不同有源阻尼控制参数对系统稳定性的影响,并给出选取参数的方法,使直驱风电并网系统的正负序相角裕度大于零或幅频特性不与电网阻抗发生交截。分析结果表明,所提有源阻尼控制方法能够有效改善直驱风电并网系统的阻抗特性,在更为复杂恶劣的条件下,耗散振荡能量,抑制次/超同步振荡,增强系统的稳定性。最后,通过仿真验证分析的正确性。

直驱风电场经交流并网系统dq阻抗模型及稳定性分析

为研究直驱式风电场经交流并网系统中,由变流器控制器与电网互相作用而引发新的次同步振荡问题,综合考虑变流器内部控制动态特性、交流动态响应和功率传输特性,推导了直驱风电机组经交流并网系统dq等效阻抗模型。结合系统阻抗行列式稳定判据,分析了直驱风电机组网侧变流器内部控制参数变化对次同步振荡的影响。研究表明,随着网侧变流器中内、外环的PI控制参数(K_(p),K_(i))的减小,发生振荡失稳的风险增加,系统稳定性下降。最后,通过PSCAD/EMTDC环境下时域仿真验证了模型与理论分析的正确性。

基于受扰轨迹空间解耦的直驱风电机组非线性动态降阶方法

保留风电机组主导状态变量的动态非线性降阶是分析大规模风电并网系统大干扰稳定的先决条件。为此,该文基于受扰轨迹空间解耦,提出一种适用于风电系统大扰动场景分析并保留状态变量的直驱风电机组模型动态降阶方法。首先,基于轨迹分段线性化方法提取故障后受扰轨迹。以欧氏距离为筛选标准在受扰轨迹上提取线性化点并在每个线性化点处构造局部线性化模型。然后,基于空间解耦分别建立每个局部线性化模型状态变量对主导特征根的广义参与矩阵,进而对直驱风电机组进行多时间尺度划分,并以此为基础,利用奇异摄动法建立直驱风电机组的降阶模型。最后,在改进的测试系统中从暂态响应出发对降阶模型与全阶模型的动态特性进行比较。仿真结果表明,依据该文方法建立的降阶模型具有较高的精度、计算效率和稳定性。

基于分频段辨识的永磁直驱风电场小信号等值方法

随着风电渗透率不断增大,电力系统稳定性分析需要精确的风电场模型。鉴于精细风电场模型的复杂性,在保留所需精度水平的同时,建立对精细模型进行合理简化的等值模型是非常必要的。以等值前后风电场奈奎斯特特性一致为目标,提出一种适用于直驱风电场的小信号等值建模方法。通过直驱风电机组等值参数计算的并联原则,初步计算等值模型参数。结合粒子群优化算法对等值前后的系统奈奎斯特曲线进行分频段辨识,提升等值模型精确度。通过直驱风电机组四机支路等值建模算例对所提方法进行等值前后对比分析,结果表明所提出的小信号等值建模方法能够较好地反映等值前后时域、频域特性,等值效果良好。

基于改进网侧控制策略的半直驱风电系统FFRT研究

[目的]为改进半直驱风电系统的故障电压穿越(Flexible Fault Ride Through,FFRT)能力,提出采用电网故障时无功优先的改进网侧控制策略。[方法]在分析传统网侧控制策略的基础上,根据最新的故障电压穿越能力测试规程在传统网侧控制加入无功优先控制,在电网暂态故障期间优先向电网注入无功电流支撑电网电压恢复。根据改进网侧控制策略,对电网深度跌落和升高时采用卸荷电路结合改进网侧控制策略实现了风电机组的FFRT仿真运行,结合某项目6 MW半直驱风电机组,采用移动故障电压穿越测试设备进行故障电压现场测试。[结果]测试和仿真结果表明,改进网侧控制策略可提升半直驱风电系统的FFRT运行,无功电流稳定控制。[结论]改进网侧控制策略可在多种对称低电压/高电压故障工况和不对称高电压故障工况下优先向电网注入对应的稳定无功电流,有利于辅助电网电压恢复和提升半直驱风电系统的FFRT能力。

直驱风电接入的交直流系统故障分析及保护策略

直驱风电接入的交流系统在当前的大规模风电远距离运输方面具有着较为突出的优势,但大量电力电子化风机、直流设备的投入,也让各类故障的发生可能性有所提升,从而对当前的电网运行安全形成了巨大的挑战。为了充分地解决相应的问题,相关单位和人员有必要对具体的故障情况及对应的保护措施形成一定的了解和掌握,在此前提下合理地采取处置措施。

基于输入导纳的直驱风电次同步振荡机理与特性分析

近年来新能源发电并网系统中多次发生了次同步振荡问题,其中直驱风电并网系统出现了新型的次同步振荡问题,迫切需要开展这种次同步振荡机理研究。该文基于同步参考坐标系,推导了直驱风机动态模型和输入导纳模型,分析了输入导纳实部及虚部(电导及电纳)的频率特性,提出了直驱风机网侧输入导纳在次同步频率范围的负电导特性是次同步振荡的重要表现形式,进一步分析了前置滤波、电流内环、直流电压外环及锁相环控制参数和接入系统强度对负电导特性影响;最后,采用传递函数的极点分析和时域仿真验证了所提出机理的正确性。

无速度传感器控制永磁直驱风电变流器的研制

常规数字式编码器在风力发电中的应用存在容易受干扰等问题。在分析直驱型变速恒频风电系统背靠背变流器工作原理的基础上,采用锁相环无速度传感器控制策略对永磁同步发电机的速度和相位进行观测,对其工作原理和实现方法进行了分析。建立了永磁直驱风电系统仿真模型和实验样机,并对所提控制策略进行了仿真和实验验证。仿真与实验结果表明,锁相环无速度传感器控制能够准确获取电机转速与角度信息,响应速度快、电流控制效果好,具有较好的稳态与动态性能,经过进一步优化,特别是提高低速段性能后,可以在直驱风电系统中替代常规编码器实现对永磁同步发电机的控制。

直驱风电机组模型构建方法及其实现

准确建立风电机组模型是研究其动态物理过程及运行特性的基础。现有部分电力系统商业软件模型库中缺失永磁同步电机模型,给直驱永磁风电机组模型的建立带来困难。为解决这一问题,提出一种采用电励磁同步电机等效永磁同步电机的方法,给出这两种电机参数转换公式;在此基础上,以DIg SILENT Power Factory为例,采用电励磁同步电机代替永磁同步电机,对直驱风电机组模型进行实现,提炼建模过程中的关键点与注意事项。仿真结果表明,采用发电机等效方法建立的直驱风电机组各模块的输出对于扰动响应有效合理,且在风速扰动和三相短路故障条件下,提供给电励磁同步电机以维持恒定转子磁场的励磁电流均能快速有效跟踪其初始给定值。