新能源同步机对光伏发电系统静态电压稳定性的提升作用研究

传统同步电源被电力电子并网变流器大量替代导致新能源电网无功裕度不足、静态电压稳定性降低,并网点电压失稳甚至崩溃的现象愈发明显。针对上述问题,本文以光伏发电系统为例,研究其采用新能源同步机(motor-generatorpair,MGP)的并网方式对系统静态电压稳定性的提升作用。首先介绍了MGP系统的原理并分析其功率传输特性;然后,基于能够反映节点电压和潮流关系的V-Q和P-V曲线法从理论上揭示了MGP系统能够增加无功裕度以提高静态电压稳定性;最后,在PSCAD/EMTDC软件中分别建立了光伏直接带负载和经MGP带负载的电磁暂态仿真模型,通过在相似的网络结构下设置不同典型功率因数的负荷变化,结合V-Q/P-V的响应特性对比得出两类系统的失稳电压、无功/电压裕度和电压降落等典型指标。结果表明光伏采用MGP系统并网后,系统的静态电压稳定性得到了显著提升。

光伏电源经新能源同步机并网的仿真研究

光伏电源在电网中的大规模应用,使得电网整体的稳定性受到影响。基于此,分析了目前光伏电源经MGP并网的研究现状,结合MGP的并网结构,建立了光伏电源经MGP并网的仿真模型,并利用该模型研究MGP并网的仿真情况。结果表明,光伏电源经MGP并网,有助于提高电网的稳定性,使电网在故障工况下仍具备稳定运行和故障隔离的能力,在经过多次试验和研究后可应用于光伏电源的使用。

逆变器并联驱动新能源同步机的环流特性与稳定性分析

为了分析并联驱动方式对新能源同步机(motor-generator pair,MGP)运行稳定性和环流特性的影响,基于多逆变器并联驱动MGP的矢量控制策略,首先根据该并联驱动系统的等效电路研究了环流产生的机理,对比和分析了MGP电流控制和逆变器环流控制在原理上的相似性,揭示了该控制方式下MGP电流调节系数可以等效地起到对逆变器环流的抑制作用。然后结合实验参数分析了MGP电流控制环和环流控制环的稳定性并进行了参数优化,进一步地分析了该参数下逆变器并联数量N对环流控制稳定性的影响,结果表明并联数量的增多会造成控制系统幅值裕度的降低和响应速度的变慢。最后在建立的双逆变器并联驱动5 kW MGP系统的实验平台上对电流控制的稳定性进行验证,所提控制策略可以较好地驱动MGP并网运行,系统响应速度快,逆变器之间的环流小。

新能源同步机对新能源多场站短路比的提升作用

短路比作为衡量电力系统静态电压稳定的指标,被广泛应用于高压直流输电和新能源多场站系统的研究中。基于新能源多场站短路比的定义,研究新能源同步机(motor-generator pair,MGP)对新能源多场站短路比的提升作用。首先介绍了MGP系统的基本结构和独特优势,分析了新能源采用MGP并网对系统短路容量的提升作用。然后基于戴维南等值法和支路追加法分别分析了MGP对系统结构和节点阻抗矩阵的影响作用,揭示了MGP对短路比的影响机理,理论推导结果表明MGP能够提升系统的短路比。最后在PSCAD仿真软件中搭建了新能源三场站系统的仿真模型,结合算例的理论计算和仿真结果验证了MGP系统对新能源多场站短路比提升作用,并通过仿真验证了MGP对暂态低电压和暂态过电压的抑制作用。

光伏电源经新能源同步机并网的仿真研究

针对大规模光伏接入电网带来的稳定性问题,提出光伏电源经新能源同步机MGP并网的解决方法。目前对于MGP的研究仍集中于理论分析与实验室单机模型阶段,尚未得出可用于电磁暂态仿真分析的系统模型。为研究各工况下MGP运行的电磁暂态特性,基于MGP理论研究及同步电机对轴系连接关系,在PSCAD/EMTDC软件中搭建110 kW光伏电源通过MGP并网的仿真模型,分析了新能源侧功率变化与电网侧电压故障对MGP系统稳定性的影响,仿真结果表明MGP在故障工况下具备稳定运行及故障隔离能力,验证了仿真模型的合理性与实用性。

新能源同步机并网系统惯性特性的理论和实验研究

针对高比例新能源电网存在的惯性降低问题,提出了新能源通过驱动同步电动机-同步发电机(motor-generator pair, MGP)后并网的新方式;详细描述了MGP系统的结构及工作原理,推导了MGP并网系统和同容量的真实火电机组转动惯量的定量关系,得出了在同容量下MGP的转动惯量约为火电机组的66%的结论;建立了5kW的MGP实验系统,并设计了MGP、单个发电机组和同容量的火电机组三种工作模式,在可编程负载中设置相同的负荷扰动,分别测量三种工作模式的频率响应曲线,对比结果说明了相比相同质量块的单个发电机组和相同容量的火电机组,MGP能更好的抑制系统的频率波动,可以为系统提供足够的真实惯性响应,为提高高比例新能源电网的稳定性提供了全新的解决方案。

光伏减载驱动新能源同步机参与电力系统调频的研究

大规模新能源发电并网降低了系统惯性和一次调频能力。新能源同步机(MGP)可以提供无延时的、真实的旋转惯量。介绍了新能源经MGP并网的系统结构和惯量水平,计算了MGP对初始频率变化率(ROCOF)的抑制作用。然后基于光伏(PV)驱动MGP并网的直流电压反馈控制策略,提出了一种定减载率控制算法,并引入频率反馈环,形成PV调用有功储备驱动MGP参与电力系统调频的综合控制策略。通过3机9节点仿真系统对减载控制算法进行验证,并进一步对比了源、网两端功率波动下PV采用不同方式并网参与系统一次调频的效果。结果表明,在综合控制策略下PV经MGP并网能为系统提供更强的频率支撑。

光伏驱动新能源同步机并网的调频能力研究

大规模新能源机组并网降低了电力系统的惯性,新能源同步机(MGP)能为新能源电网提供真实的、无延时的惯性响应。从MGP并网系统结构出发,建立了MGP的电气-机械模型,对比了MGP与虚拟惯量控制的惯性响应原理。通过类比传统机组与新能源同步机在频率响应上的异同点,提出了基于光伏减载运行和下垂控制相结合的有功控制策略。在3机9节点仿真系统中验证了MGP的惯性响应能力和改进控制策略的有效性,进而通过与虚拟惯量和下垂控制策略的对比,验证了所提出策略对于光伏调频能力的提升作用。实验结果表明,改进控制策略能增强光伏经MGP并网的频率响应能力。

光伏经新能源同步机并网小干扰模型及次同步振荡抑制作用

针对光伏并网换流器弱阻尼引发的次同步振荡问题,提出了光伏采用新能源同步机(Motor-Generator Pair,MGP)来抑制振荡的新思路。阐述了MGP的结构和阻尼特性;通过研究光伏与MGP的电气连接关系推导了光伏经MGP并网的小干扰模型;通过特征值分析了换流器电压外环与电流内环控制参数对光伏直接并网和采用MGP并网振荡模态的影响特性,并进行了仿真验证。结果表明:光伏采用MGP并网后系统振荡形式由电力电子器件主导的电磁振荡过渡为同步机主导的机电振荡,MGP可有效提升系统正阻尼且对换流器控制参数的响应更为灵敏,参数同条件调节后,配置MGP的光伏系统可更快速的过渡至稳定区域。

新能源同步机低电压穿越的功角特性研究

光伏驱动新能源同步机(Motor-Generator Pair,MGP)并网改变了其与电网的能量交互节点,大幅提升了高/低电压穿越能力,但是也重新引入了同步电机的功角稳定问题。该文从光伏经MGP并网的系统结构和控制策略出发,从理论上分析了MGP低穿过程中双机功角的变化机理,并在原有的直流电压反馈控制策略基础上引入了转速-电压双反馈环,用于控制低穿过程中光伏的有功输出。基于电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC,建立单机无穷大仿真系统,输电线路设置不同持续时间下的短路故障,对大扰动下MGP的功角变化机理进行验证,并与相同容量和惯量的火电机组进行对比,证明了双机励磁作用下MGP具有更强的暂态功角稳定性;最后通过仿真验证了改进控制策略对MGP的暂态功角稳定能力与低电压穿越能力的提升作用。

基于光伏-MGP并网系统的控制参数整定方法

新能源并网装置控制参数的整定,是保证电力系统稳定运行的必要条件。针对光伏采用新能源同步机(MGP)的并网方式,建立了实验系统模型并提出了用于参数整定的通用方法。首先通过分析MGP传输功率与光伏直流电压的约束关系,对MGP的功角动态进行简化,建立了光伏-MGP系统简化的传递函数;然后基于频域内的根轨迹分析,得到控制参数的稳定范围,并通过幅频特性与时域响应,对控制参数进一步优化;最后在PSCAD/EMTDC中搭建光伏采用MGP并网的电磁暂态模型,通过设置不同的控制参数仿真验证了所提方法的有效性,并在5 kW实验平台上得到验证。

基于数据分析的MGP并网系统电气端口的谐波特性

针对高度电力电子化电网的谐波污染和超高占比新能源电网中次/超同步间谐波引发的次/超同步振荡问题,本文基于同步电机理论提出了新能源通过驱动同步电动机和同步发电机发电的新型并网结构。通过分析这种新型并网方式的惯性特性和机械隔离作用进一步研究了其两侧端口的谐波和间谐波特性,阐述了傅里叶分解法的原理及分解过程,针对所提出的新型并网方式结合傅里叶分解的数据分析方法进行谐波/间谐波特性的仿真和实验分析。在仿真系统中对不同工况下新型并网系统两端的电压曲线进行傅里叶频谱分析,数据分析得到的傅里叶频谱图证明了新型并网方式对谐波和间谐波的隔离衰减作用,并搭建了5 kW的实验系统,通过对新型并网方式实验系统两端的电压波形进行傅里叶分析,验证了理论分析和仿真结果。