双馈风电场感应发电机效应的安全风险评估方法

当前风电场次同步谐振安全评估主要采用确定性方法,没有考虑风速等随机因素影响,获得的评估结果可能过于保守或者过于乐观,不能合适地反映风电场次同步谐振的安全态势。为考虑风速不确定性影响,定义了风险矩阵、风险指数,并结合概率配点法发展了一种次同步谐振风险评估方法。应用该方法评估了考虑风速不确定性的某风电场次同步谐振风险。结果表明:低串补度时,平均风速较高的地区次同步谐振安全风险较小,而平均风速较低的地区次同步谐振安全风险较高;高串补度时则相反,平均风速较高的地区次同步谐振安全风险较大,而平均风速较低的地区次同步谐振安全风险较小;对于同一风速分布,随着串补度的升高,次同步谐振安全风险先升高,然后降低。

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。

并网双馈风力机感应发电机效应研究

中国大型风电场的建立,使得大容量风功率需交流输电系统远距离输送。风力机通过含串联电容补偿的交流输电系统外送功率时,可能诱发感应发电机效应(Induction Generator Effect,IGE),威胁系统的安全稳定运行。建立了双馈风力发电系统模型,从理论角度分析了影响感应发电机效应的因素;采用复转矩系数法,计算了串补度、输电线路电阻及风速变化时,系统的电气阻尼,最后进行了时域仿真验证。研究结果表明,串补度的增大、风速的减小及输电线路电阻的减小可以增大系统的电气负阻尼。当系统等效电气负阻尼大于定子和输电系统等效正阻尼之和时,将导致输出功率发散振荡,即产生感应发电机效应。

基于磁性织物的电磁发电机的制备及性能研究

为了克服电磁发电机中磁性部件刚性大、磁性微粒负载量低的问题,选用钕铁硼磁粉为磁性材料,纬编空心织带为柔性基材,以及水性聚氨酯为封装层,成功制备了磁性纱线,并进一步织造成磁性织物。基于磁性织物和导电线圈制备磁电式发电系统和磁电式发电衣物,并对其电输出性能进行测试。研究结果表明:磁性纱线的磁性微粒负载量高达182.80mg/cm,而磁性织物的磁感应强度则达到38mT;此外,通过增加磁性微粒含量、增加导电线圈匝数、提高相对移动速度以及减小垂直工作距离均能有效提升磁电式发电系统的电输出性能;磁电式发电衣物产生的电压和电流可分别达到2.42V和6.26mA,最大输出功率密度达439.94mW/m^(2)。由此可知,基于磁性织物的电磁发电机展现出了在可穿戴自供电设备领域的巨大应用潜力。

双馈风力发电机的次同步控制相互作用机理与特性研究

双馈风力发电机经固定串补线路送出会出现其转子侧变流器与串联电容之间的次同步振荡问题,称为次同步控制相互作用。本文基于单机无穷大系统,分析了次同步控制相互作用的机理,推导出一种判定次同步控制相互作用存在的条件。提出了一种区分由固定串补引起的双馈风机感应发电机效应和次同步控制相互作用的方法。采用时域仿真法分析了风速、输电线路串补度以及转子侧变流器的控制参数对次同步控制相互作用特性的影响。分析结果表明,风速的减小和串补度的提高会增强次同步控制的相互作用,会迅速导致双馈感应发电机输出功率的发散型振荡;控制器内外环增益的增大和积分时间常数的减小同样会加剧这一相互作用,其中,次同步控制相互作用对内环增益的变化最为敏感。

DFIG短路电流热效应及对转子撬棒温升影响

为量化短路电流热效应对双馈感应发电机(DFIG)的影响,提出热效应解析模型,并分析其对转子撬棒的温升影响。考虑转子磁链稳态分量以减小误差,提出适于热效应的短路电流解析表达形式。分解短路电流各分量,对其平方求积分,得到热效应各分量表达项。忽略对热效应影响较小分量,简化热效应解析表达。考虑热效应影响,量化转子撬棒温升和阻值变化。仿真结果表明:所提热效应解析表达形式与时域仿真结果的误差在7%以内,电压跌落深度、撬棒阻值、风速均影响热效应的大小,热效应会显著提高撬棒温度,使得撬棒阻值增大,一定程度上减小短路电流和热效应。因此,所提模型有助于短路时DFIG的安全运行。

DFIG短路热效应对故障参数灵敏度的解析表达

定子外侧三相短路后温升,可能损坏双馈感应发电机(doubly-fed induction generator,DFIG)。采用逐步积分方法,可以量化短路热效应,但无法区分周期与非周期分量,不易判断敏感因素,计算量也较大。文章对DFIG短路电流平方求积分,建立热效应解析表达;通过分解热效应,提出周期与非周期分量的解析表达;分析各分量衰减特性和影响因素,建立热效应实用表达形式;提出热效应对定子电压降和撬棒电阻的灵敏度。所提模型有助于估计DFIG短路热效应,判断相关影响因素,为风电场热稳定检验提供计算工具。

双馈风力发电系统3次功率脉动的研究

为研究风剪、塔影效应引起的转矩3次脉动对风力发电系统的影响,设计了包含风剪、塔影效应的风机动态模拟器,提出了转矩指令动态补偿的转矩模拟方案,并建立了整个双馈风力发电系统对拖模拟平台。依据等效风速原理,对风机的风剪、塔影效应进行了定量分析与模拟,详细研究了由于风剪、塔影效应引起的3次转矩脉动量对双馈风力发电系统的影响。仿真结果验证了文中理论分析的正确性和有效性。

考虑风速变化的双馈风电机组暂态能量函数及振荡分析

为了研究塔影效应及风剪切对风电机组输出功率的影响,以双馈风电机组为例,首先,计及风速变化,推导双馈感应发电机的暂态能量函数;然后,研究风电机组周期性功率波动特性、频率响应及振荡机理;最后,在PSCAD/EMTDC平台上搭建包含风速模型的单机无穷大系统模型并进行仿真,通过风电机组功率波动及暂态能量的变化,分析塔影效应及风剪切对风电机组的影响。仿真结果表明,塔影效应和风剪切会造成风电机组的功率波动,当机组功率波动频率与风电机组轴系固有振荡频率相等时,风电机组发生共振,振荡幅值最大。

计及决策依赖不确定性和禁止转速区间的频率约束风火协同备用优化模型

风电机组可通过超速控制提供一次调频备用(primary frequency reserve,PFR)以提升电力系统频率稳定性。但现有备用优化相关研究一方面对风电通过超速控制提供一次调频备用的决策依赖不确定性(decision dependent uncertainty,DDU)刻画尚不全面,未考虑和转速决策有关的物理约束,导致模型无法充分反应风机实际运行工况;另一方面未充分考虑感应发电机效应影响下的风机危险运行区域,可能导致系统实际运行过程中发生次同步振荡,威胁系统的安全稳定运行。针对该问题,该文分析风电一次调频备用中的决策依赖不确定性,并定义禁止转速区间,分析其对风电一次调频备用的影响。在此基础上,建立计及决策依赖不确定性和禁止转速区间的频率约束风火协同备用优化模型,并基于两个测试系统验证风电提供一次调频备用能够提升系统频率稳定性和运行经济性,以及考虑禁止转速区间的必要性。

大规模双馈风电场次同步谐振的分析与抑制

已有的运行经验表明,风电场接入含有固定串补的系统时,存在诱发次同步谐振(SSR)的风险。因此,有必要对风电场发生SSR现象的机理做深入分析,以便提出相应的抑制措施。文中首先根据国内某地区风电场的实际参数建立了应用于SSR分析的等值模型,通过仿真呈现了该模型发生SSR的情形;然后,利用特征值法分析了风速、并网风力发电机台数以及双馈感应发电机(DFIG)控制参数等对系统SSR频率和阻尼特性的影响;并进一步推导了等值模型用于SSR分析的等效电路,详细分析了风速、发电机台数和DFIG控制参数等影响SSR特性的机理;综合所有的分析指出,风电场的SSR现象与轴系扭振无关,是一种特殊的电气谐振。最后,提出了抑制风电场SSR的方案,并通过仿真和特征值分析进行了验证。

双馈风电场经串补并网引起次同步振荡机理分析

双馈风力发电机通过串联补偿线路外送风电时,会出现由感应发电机效应(induction generator effect,IGE)和次同步控制相互作用(sub-synchronous control interaction,SSCI)引起的次同步振荡问题。为分析该问题,以给其抑制措施提供依据,建立了用于次同步振荡分析的双馈风力发电机模型,采用频率扫描法分析了IGE的机理和影响因素,从转子侧电流环的闭环控制角度推导分析了SSCI的机理和影响因素,并采用时域仿真法分别分析和验证了风速、串补度对IGE的影响及转子侧电流环控制参数对SSCI特性的影响。研究结果表明:串补度的增加和风速的减小会引起IGE;电流环控制器比例系数和积分系数的增大会引起SSCI。

风电次同步谐振实例特征及机理分析

集群风电-串补发输电系统面临着次同步谐振的风险,我国某大规模风电汇集地区近几年发生了多起次同步谐振事件,造成风机脱网和设备损坏等后果,威胁到电网安全运行。通过对该地区历次风电次同步谐振实例分析,全面总结出振荡事件的发生条件、频谱分布、阻尼特性、不同类型风机响应特性等特征。在此基础上,采用时域仿真复现了现场现象,通过特征根和电路模型分析,揭示了该地区次同步谐振的机理为"双馈风机控制参与的感应发电机效应"。

电力系统次同步振荡和轴系扭振研究的现状及发展方向

本文在参阅了近一百五十篇文献的基础上,对电力系统次同步振荡和大型汽轮发电机组轴系扭振研究的发展过程及现状进行了评述,展望了这一研究领域的主要发展方向,并提出了一些我们认为有价值的研究课题。

次同步控制相互作用问题中负阻机制和开环模式耦合机制的对比分析

风电并网系统的次同步振荡问题有负阻效应和开环模式耦合两种机制解释。针对双馈感应风力发电机–串补输电系统的次同步控制相互作用问题,对比分析互联开环子系统间的阻抗交互作用和模式交互作用在引发闭环系统次同步振荡失稳时的一致性,定性解释负阻机制和开环模式耦合机制的关联,主要体现为:开环模式耦合条件下负阻效应对子系统间阻抗交互作用的不利影响显著加剧;负阻效应是开环模式耦合条件下闭环模式互斥的必要条件,并且负阻效应越显著闭环模式互斥程度越剧烈。两种机制的相互补充和佐证有助于指导工程实践:为改善负阻效应导致的不利阻抗交互作用,可从破坏开环模式耦合条件的角度展开,即调整开环振荡模式的频率,或增大开环振荡模式的阻尼。

大气探测和雷电研究进展

2012年5月中旬至9月底，大气探测研究所在广州野外雷电试验基地开展了第7年的广东闪电综合观测试验（GCOELD）。该试验在人工引雷试验场、从化市气象局和广东省气象局3个观测点实施。人工引雷试验场主要围绕人工引雷开展闪电光电磁综合测量，通信基站、风力发电机防护试验，高压输电线感应过电压特征观测以及闪电化学效应的测量，同时兼顾对自然闪电的观测；

大规模风电场次同步振荡分析

对基于双馈异步发动机(doubly-fed induction generator,DFIG)的大规模风电场经串补送电进行了次同步振荡的分析,所建立模型基于IEEE第一标准模型。在建立风电场详细数学模型的基础上进行了小干扰稳定性分析,并在电力系统分析软件DIg SILENT/Power Factory中建立电力系统模型,采用时域仿真验证小干扰特征值分析的结果,验证了引起风电场次同步振荡的原因是感应发电机效应而不是扭转相互作用。同时分析了控制器参数对次同步振荡特性的影响。