基于硬件在环仿真的DFIG并网系统开环模式谐振风险及验证

开环模式谐振理论是阐释风电并网引起的电力系统振荡机理的研究成果,其中基于平均模型的离线时域仿真结果可信度存疑。为提升开环模式谐振的工程指导可靠度,首先基于硬件在环仿真,组建了用于验证开环模式谐振的半实物实验平台;其次建立双馈风电场并网系统的小信号模型,提出开环模式分析通用方法评估系统振荡风险;最后以两个算例进行了开环模式谐振现象的分析与实验。得到结论:硬件在环仿真的结果符合开环模式分析的结果,在开环模式谐振条件下,系统稳定性下降。留数法可以较为准确地预测系统闭环模式,系统参数的合理整定可以减小开环模式谐振带来的影响。

多端柔性直流输电控制引发的开环模式谐振及其传播

针对多端交直流混联电力系统,研究不同直流网控制策略引起的开环模式谐振及其传播方向,发现直流电压下垂控制将增加开环模式谐振的发生概率,扩大谐振的传播范围,对交直流混联电力系统的稳定性产生不利影响。该文建立交直流混联电力系统分别在主从控制、下垂控制等不同直流网控制策略下的闭环线性化模型,分析并揭示开环模式谐振的产生机理和传播特性。然后,评估不同控制策略对交直流混联电力系统小干扰稳定性的影响。最后,以CIGRE5端交直流混联电力系统为例,验证上述分析和结论的正确性,提出消除谐振的参数调节方法。

含并联直驱风电机组并网的风电场多开环模式谐振

针对电力系统中的次同步振荡问题,采用开环模式谐振分析方法研究了多台具有相同参数的直驱风电机组并联并网后引发电力系统次同步振荡的多开环模式谐振现象,构建了以直驱风电机组为反馈子系统和电力系统其余部分为前馈子系统组成的闭环互联模型。针对网侧换流器直流电压外环和锁相环动态主导的振荡模式,研究2个子系统之间的多开环模式谐振。模式分析计算结果表明,多台直驱风电机组的并网会导致锁相环模式的阻尼降低;并联并网直驱风电机组的数目增加会导致电力系统的次同步振荡。

开环模式谐振引发含变速风电机组电力系统振荡的机理分析

针对变速风电机组控制环节间交互作用对系统稳定性影响,该文构建了由两个开环子系统组成的闭环互联系统模型。基于所构建模型,从开环模式谐振角度揭示含变速风电机组电力系统的振荡机理。当两个开环子系统对应的开环模式在复平面分布位置接近时将引发开环模式谐振,此时控制环节间将呈现强动态交互作用,使子系统开环模式对应的闭环特征根朝相反方向移动,其中一谐振特征根朝复平面虚轴方向移动,导致系统阻尼水平的降低。提出一种估计开环模式谐振条件下闭环特征根在复平面分布位置的方法,进而评估系统阻尼水平。此外,分析了变速风电机组与电网的连接强度、系统运行点对开环模式谐振的影响。最后,通过直驱和双馈风电系统仿真算例对所提分析方法和结论进行了验证。

光伏场经柔直并网振荡稳定性分析与抑制方法研究

光伏场经柔直送出是未来电力系统发展的一个重要趋势,但是光伏与柔直系统之间的相互作用存在引发系统振荡失稳的风险。为此,文中建立光伏场经柔直并网的开环和闭环互联模型,基于开环模式谐振理论,分析光伏场子系统与柔直子系统之间的动态交互作用。当二者发生强交互作用时,可能会使相应的闭环振荡模式进入复平面右侧,进而引发系统振荡失稳。针对光伏场子系统与柔直子系统之间的交互失稳风险,可以通过调整主导环节的控制参数进行抑制;当控制参数无法调整时,文中提出一种对光伏单元附加阻尼控制器的抑制措施,调整光伏场子系统的开环振荡模式,使其在复平面远离柔直子系统的开环振荡模式,从而破坏模式谐振,使闭环系统稳定。文中通过仿真算例,验证了上述理论分析结果的正确性以及所提阻尼控制器的有效性。

并网双馈风电场次/超同步混合振荡现象及阻尼控制方案

该文解释并网双馈风电场中出现次/超同步混合振荡现象的机理,并提出一套风电场层面阻尼控制方案用于抑制次/超同步混合振荡。首先,将风电场等效成多台连接到集中母线的双馈感应发电机（double-fedinductiongenerator,DFIG）,并建立双馈风电场并网系统的闭环互联模型以及1台DFIG子系统与剩余部分子系统（包括风电场中剩余DFIG、同步发电机以及输电线路,后简称剩余子系统）的开环模型。在这些模型的基础上,运用开环模式谐振理论解释双馈风电场并网系统中可能出现次/超同步混合振荡现象的机理：当2个子系统的开环模式在复平面上位置接近会引发开环模式谐振,与之相对应的2个闭环振荡模式将朝相反方向移动,其中1个振荡模式的阻尼将变差;而振荡模式的频率主要取决于双馈感应发电机的参数;当满足一特殊条件时,系统中将出现次/超同步混合振荡现象。为了抑制双馈风电场中次/超同步混合振荡,该文提出风电场层面阻尼控制方案：风电场统一测量阻尼控制的输入信号,进行阻尼控制,并将输出信号分配到相应的双馈感应发电机上。模态分析和非线性仿真结果均验证文中风电场层面阻尼控制方案的有效性。

直驱风电场和串补之间的次同步振荡风险

随着电网规模的持续扩大,串补长距离输电系统引发的次同步振荡现象频现。因此,为探析串补输电系统失稳的深层原因,文中基于开环模式谐振理论,提出一种串补输电线路引发次同步振荡的开环模式谐振分析方法,建立直驱风电场外接串补输电线路的小信号模型,通过开环模式谐振分析方法研究了串补线路和直驱风电场之间的动态交互作用。结果表明:串补主导的开环次同步振荡模式与风电场主导的开环次同步振荡模式在复平面上靠近时,系统的闭环稳定性将会下降;运用残差理论能成功预测开环模式谐振条件下闭环模式的位置,而改变风机参数或调整串补度可以规避动态交互的发生。文中通过算例系统验证了上述理论分析的正确性,证明了直驱风电场通过串补输电线路进行输电时存在一定的失稳风险,能在一定程度上为串补输电系统的参数整定提供借鉴。

采用深度迁移学习定位含直驱风机次同步振荡源机组的方法

随着新能源电力电子器件的广泛接入,电力系统次同步振荡问题的诱发机理越来越复杂。为了能够及时定位到诱发次同步振荡的机组并采取措施,基于深度迁移学习提出了一种次同步振荡源定位的方法。该方法首先依据开环模式谐振理论构建仿真系统,并在仿真系统中获取训练数据样本;其次,运用卷积神经网络(CNN)进行振荡源特征提取并建立训练定位模型;最后,通过迁移学习将训练模型迁移到实际系统,以实现定位模型的应用。为验证所提方法的有效性,设计了含直驱风机并网的电力系统的仿真系统测试算例。结果表明,该方法相比于传统的特征值分析方法,具有定位准确率高、在线应用方便等优势。该方法能够在较短时间内给出判别结果,为实现振荡源的在线识别奠定了基础。

静止同步补偿器与直驱永磁风机的次同步控制交互研究

从开环模式谐振角度分析风电场中静止同步补偿器(STATCOM)与多台直驱永磁风机(PMSG)之间的次同步控制交互(SSCI)作用,详细推导并网STATCOM的开环线性化分析模型,并建立含STATCOM与多台PMSG的全系统的闭环线性化互联模型。当STATCOM控制参数调节不恰当时,其与PMSG会发生开环模式谐振,诱发次同步控制交互。基于残差理论,提出一项模式谐振估测指标,能够有效评估STATCOM与PMSG因开环模式谐振引起的SSCI影响。算例分析表明:当发生模式谐振时,STATCOM与PMSG之间的无功控制交互影响要远强于直流电压控制交互,可能引发剧烈的次同步振荡失稳,非线性时域仿真结果证明了理论分析的正确性;PMSG输出功率与模式谐振诱发的SSCI作用成正比,电气设备间距、电网强度与SSCI成反比;STATCOM恒电压控制比恒无功控制对系统稳定的威胁更大。

基于动态参数等效的风电场并网系统振荡稳定性评估的数据驱动方法

开环模式谐振理论为风机接入电力系统引起的振荡稳定性提供了清晰的机理分析基础。然而,如何利用实测数据来评价风电场并网后电力系统的振荡稳定性仍然是一个悬而未决的问题。针对多风电场并网电力系统的振荡稳定性问题,该文提出一种基于等效系统和数据驱动的振荡稳定性评估方法。该方法能够在全系统参数不确定情况下,实现对大规模风电场系统的动态等效,利用联合分布适配算法,在等效系统中离线建立数据驱动的振荡稳定评估模型,并泛化到实际系统中,实现在线评估。通过典型仿真系统算例与实际大规模风电场算例,结合多方面的对比测试,验证所提方法的有效性和适应性,证明建立的数据驱动模型具有优良的评估性能。所提方法通过深度学习,将评估模型的在线计算负担转移到离线训练中,对实现基于量测的大型风电场振荡风险评估具有重要意义。