基于无源控制的DFIG并网次同步控制相互作用抑制策略研究

为抑制双馈感应发电机(doubly-fed induction generator,DFIG)风电场与串补输电线路间次同步控制相互作用(sub-synchronous control interaction,SSCI),提出基于改进无源控制的SSCI抑制策略。首先,分析了DFIG并网中SSCI发生机理,发现转子侧变流器双环PI控制对SSCI影响较大,可对PI控制进行改进以抑制SSCI。其次,基于DFIG欧拉-拉格朗日(Euler-Lagrange,EL)模型和无源理论,设计转子侧无源控制器,通过计算稳定状态点,注入阻尼抑制SSCI。为提高抑制能力,采用带通滤波器改进无源控制,通过保持输入信号稳定提升控制器性能。最后,给出小干扰分析和时域仿真分析结果,并与PI控制和常规无源控制对比,验证所提策略在串补度变化和风速变化时的抑制效果。

风电机组的次同步控制相互作用研究综述

大规模风电经固定串补线路送出时,风力发电机组可能会存在由于转子侧变流器与固定串补之间相互作用而引起的次同步振荡问题,称为次同步控制相互作用(SSCI)。SSCI是随着风力发电技术的快速发展而出现的一种新的次同步振荡现象,2009年在美国第一次发生并造成风电机组的损坏。阐述SSCI问题的由来,总结不同类型风力发电机组的SSCI特性,分析SSCI发生机理和参数特性,探讨SSCI分析方法以及抑制措施。最后,对本课题的研究前景加以展望。

基于自抗扰控制的双馈风机次同步控制相互作用抑制策略研究

双馈风电场经串补输电系统存在换流器控制与串联电容之间的次同步振荡问题,即次同步控制相互作用,其振荡特性受系统运行工况的影响。当系统运行工况变化时,现有抑制措施可能不再适用。为解决该问题,从双馈风机发生次同步控制相互作用的机理出发,提出一种基于自抗扰控制的双馈风机抑制策略:用自抗扰控制器替换转子侧有功内环比例积分控制环节,利用扩张状态观测器对系统次同步扰动进行实时估计并反馈补偿,从而有效抑制次同步控制相互作用。在PSCAD/EMTDC中搭建基于某实际风电场的仿真模型,分析该控制策略的运行特性。通过与比例积分控制对比,验证自抗扰控制具有良好的暂稳态运行特性;通过与现有附加阻尼控制对比,表明自抗扰控制可以实现风电场不同运行工况下次同步控制相互作用的有效抑制;该方法参数整定简单,具有较强的鲁棒性。

双馈风电机组次同步控制相互作用的抑制方法

当系统发生扰动时,双馈风电机组的转子侧变流器会与串联补偿装置的电容器发生次同步控制相互作用(Sub-synchronous control interaction,SSCI),使双馈风电机组在一定程度上表现为次同步振荡的发生源,严重影响到电力系统的稳定性。在抑制次同步振荡的同时,当控制器参数发生变化时,使控制器原有性能不受影响:分析了次同步振荡的发生机理,在PSCAD/EMTDC平台上搭建了研究该双馈风电机组次同步振荡的电磁暂态模型,通过在转子侧变流器中加入滤波器来抑制次同步控制相互作用的方法,有效地抑制了双馈风电系统中发生的SSCI,使畸变电流收敛,进而控制双馈风电系统输出的有功和无功功率,抑制系统中出现的SSCI,使双馈风电机组在低风速、高串补度和转子侧变流器内环增益较高的工况下都能够稳定运行。

基于频率扫描的双馈风电机组次同步控制相互作用分析

双馈风电机组中存在较多与次同步振荡频率范围耦合的控制环路,容易引发控制环路与线路串联电容补偿之间的次同步控制相互作用(SSCI)。其中双馈风电机组转子侧内环比例参数对SSCI影响显著,但由于其稳定阈值较小,在抑制SSCI时的可调范围有限,因此有必要探寻控制环路中的其他参数对SSCI的影响。在建立完善的含双馈风电机组控制环路的并网系统阻抗模型的基础上,通过波特图与灵敏度分析详细对比控制参数对系统阻抗的影响大小,采用频率扫描法揭示了控制参数对系统阻抗的影响机理。结果表明:转子侧内环积分参数直接影响系统的谐振频率与线路的临界串联电容补偿度大小,积分参数的减小能够增加比例参数的可调范围,从而有利于降低并网系统发生SSCI的风险。

基于复转矩系数法的双馈风机次同步控制相互作用阻尼特性研究

双馈风电场中的次同步控制相互作用(subsynchronous control interaction,SSCI)主要由双馈感应电机的多动态控制与传输线路中的固定串联电容之间的相互作用引起。从双馈风机转子电压方程出发,基于转速控制、转子侧变流器(rotor side control,RSC)的功率外环和电流内环控制,推导了电磁转矩对转速的传递函数,进而基于复转矩系数法提出了用于分析双馈风电机场经串补线路并网系统SSCI稳定性的电气阻尼系数表达式。在此基础上,利用电磁转矩的电气阻尼系数表达式分析了风速、串补度、转速和RSC不同控制参数对SSCI稳定特性的影响。分析结果表明:降低风速、增大串补度、增大转速和RSC控制的比例参数和减小RSC控制的积分参数都会导致系统SSCI不稳定。最后利用PSCAD/EMTDC时域仿真,验证了利用所提电气阻尼特性分析系统SSCI稳定性的正确性和有效性。

双馈风电机组次同步控制相互作用的反馈线性化滑模变结构抑制

针对双馈风电机组(DFIG)接入串补输电系统,提出基于反馈线性化的滑模变结构控制策略,并将之用于DFIG转子侧变流器控制回路以抑制次同步控制相互作用(SSCI)。首先通过反馈线性化方法抵消双馈风电机组固有的非线性;然后选取线性切换函数和指数趋近律设计滑模变结构控制策略;最后通过特征值分析和非线性时域仿真检验抑制效果,并与控制参数已整定的比例-积分控制策略和传统次同步谐振抑制策略进行对比。仿真结果表明,所提出的反馈线性化滑模变结构控制策略不仅有效抑制SSCI,使得双馈风电系统在不同风速和串补度下都能保持稳定运行,而且消除了反馈线性化控制方法对系统精确参数的依赖性,表现出对参数摄动和外界干扰的强鲁棒性。

双馈风电场次同步控制相互作用的分数阶滑模抑制策略

针对双馈风电场接入串补输电系统,提出一种可快速收敛的分数阶滑模控制策略以抑制次同步控制相互作用并增强控制系统鲁棒性。首先通过反馈线性化方法抵消双馈风电场固有的非线性;其次设计分数阶滑模控制策略并应用于网侧变流器控制回路,利用分数阶微积分算子所增加的自由度实现系统快速收敛;最后通过非线性时域仿真和实物仿真检验抑制效果。结果表明:所设计的分数阶滑模控制策略有效改善了次同步频率范围内的系统阻尼,能在不同工况下实现对次同步控制相互作用的有效抑制,使系统快速恢复稳定,并加强系统对参数摄动的鲁棒性。

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。

双馈风电场次同步控制相互作用仿真研究

首先,建立双馈感应风机包括其控制器的数学模型;然后分析风机并网次同步控制相互作用(sub-synchronous control interaction,SSCI)的产生机理和动态过程。在RTDS(real time digital simulator)软件中搭建单台额定功率为2.2 MW的双馈感应风机发电系统,通过对风机与电网相连线路的电流进行傅里叶分析,得到系统发生次同步振荡时的频率分布特性;通过对风机有功、无功出力的仿真,探讨风速、线路串联补偿度、风电场并列运行风机台数、转子侧变流器(rotor side converter,RSC)及电网侧变流器(grid-side converter,GSC)的控制参数对次同步控制相互作用的影响;风速和风电场风机台数的减小、串联补偿度的提高都会增强次同步控制相互作用,并迅速导致功率的振荡发散,同时控制器PI参数的变化也会对这种作用产生影响。

基于反馈线性化的双馈风电机组次同步控制相互作用抑制策略

大规模风电经固定串补线路送出时,由于变流器与固定串补之间的相互作用,使双馈风电机组(DFIG)可能会存在一种新的次同步谐振(SSR)问题,称为次同步控制相互作用(SSCI)。提出反馈线性化控制策略,并将之应用于DFIG转子侧变流器和网侧变流器控制回路以抑制SSCI。首先对系统的反馈线性化条件进行验证,再选取合适的坐标变换,在保证系统零动态稳定的前提下求得非线性状态反馈规律。在MATLAB/Simulink下的仿真结果表明:与参数已整定的比例-积分控制策略相比,反馈线性化控制策略能够有效抑制SSCI,使DFIG在不同串补度和风速下都能保持稳定运行,且不影响DFIG的故障穿越能力。

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。

超分子体系中次层相互作用对^(59)Co NMR谱的影响

用59Co固体静态NMR对[Co（CN）6]3-离子与质子化的大环聚胺阳离子形成的超分子络合物的次层相互作用进行研究，结果表明，氢键的形成对该超分子结构的稳定性起了重要的作用．与仅有静电作用存在的K3[Co（CN）6]分子相比，59Co的三个化学位移张量的主值差值在超分子体系中明显增大．氢键作用的结果使[Co（CN）6]3-的对称性发生了改变，导致1T1g三重简并态发生分裂．分裂的大小反映了相互作用的程度．据此对该超分子体系的光水解量子产率的降低原因进行了重新解释．

海上风电次/超同步振荡的网侧附加阻尼抑制方法

海上直驱风电机组与交流电网的次/超同步控制相互作用(sub-&super-synchronous control interaction,SSCI)会引发振荡稳定性问题,严重制约海上风电的消纳利用。SSCI特性受系统运行工况和并网风机台数等多因素影响,给振荡抑制方法的设计带来了巨大挑战。提出了一种基于网侧附加阻尼控制(supplementary damping control,SDC)的海上风电系统次/超同步振荡抑制方法。首先基于阻抗模型分析了SDC抑制次同步振荡的机理;然后,介绍了SDC的结构及基于阻尼最大化的参数优化方法;最后,通过电磁暂态仿真验证了SDC的振荡抑制效果。仿真结果表明:SDC能够在多个振荡频率处为系统提供正阻尼,改善风电场在次/超同步频段内的阻抗特性,有效抑制海上直驱风电机组引发的SSCI。

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。

附加定子磁链的双馈风机次同步振荡抑制研究

针对双馈风电场经串联电容补偿系统所引发的次同步控制相互作用(SSCI)问题,该文从切断其振荡通路的角度提出一种附加定子磁链的抑制策略。该方法采用巴特沃斯和SOGI获取DFIG的定子和转子电流中的振荡分量,并运用准谐振控制器对获取的次同步定子磁链实现闭环控制,进而达到抑制SSCI的效果。最后,在MATLAB/SIMULINK上搭建了双馈风电场时域仿真模型并结合扫频法来验证附加定子磁链抑制策略的可行性。结果表明:在不同风速与串补度下,附加定子磁链抑制策略可提高系统正阻尼,避免了系统发生SSCI。

风电场接入引发电力系统次同步振荡机理综述

实际电力系统中,并网风电场与系统之间的动态交互引发了多起次同步振荡事故,对电网的安全可靠运行构成了威胁。首先介绍了实际系统中发生的由风电场接入引发系统次同步振荡的几起典型事故,对事故中风电场的风机类型、事故成因及造成的后果几个关键方面进行了阐述。其次,对现有针对次同步振荡的主要分析方法进行了论述,包括频域分析法(复转矩系数法、阻抗法)和模式分析法,介绍了方法的原理、适用性和特点。另外,针对风电场接入引发电力系统次同步振荡这一问题,根据分析方法和对象系统的不同,对目前的研究进行了分类综述,并论述了关于问题机理揭示方面的研究现状。最后,对机理研究方法和亟待解决的问题进行了讨论。

双馈风电场内部多模式谐振引发电力系统次同步振荡的机理研究

该文研究风电场内部不同风电机群间多模式谐振引发电力系统次同步振荡和振荡模式频率漂移的作用机理。首先,提出多模式谐振理论,当风电场中N个风电机群的开环次同步振荡模式在复平面上相近时,N个风电机群之间发生的多模式谐振使得对应的两类闭环次同步振荡模式在复平面上分布于开环次同步振荡模式两侧相对的位置,当模式阻尼减弱的闭环次同步振荡模式位于复平面上的不稳定区域时,会引发系统失稳。其次,基于多模式谐振理论研究双馈风电场内部风电机群间动态交互引发电力系统次同步振荡的机理和次同步振荡的频率漂移现象,为风电场接入引发电力系统次同步振荡的研究提供新的视角。最后,通过算例分析验证理论分析和相关结论的正确性和有效性。

应用静止同步串联补偿器抑制风电次同步振荡的方法

针对双馈风电场经串补系统外送功率时存在次同步控制相互作用(SSCI)问题,该文提出一种应用静止同步串联补偿器(SSSC)抑制SSCI的等效正电阻控制方法。该方法采用网侧线路中的电流作为输入信号,通过SSSC附加有源电阻控制(SARC)策略生成与线路中次同步电流同相位的次同步电压信号。SSSC实时跟踪该次同步电流信号,使其在次同步频率下等效为一正电阻。通过在网侧串接SSSC使网侧电阻增大,从而系统等值电阻被抬升至正值区域,进而达到抑制SSCI的效果。此外,详细介绍了SARC的结构及参数设计方法。最后,在PSCAD/EMTDC上搭建了华北某实际风电场时域仿真模型。仿真结果表明:多种运行工况下,SSSC可等效成正电阻使系统等值电阻处在正值区域,从而避免了系统发生SSCI。该方法具有参数整定简便、便于实现等优点。

计及多频率耦合特性的双馈风电-串补并网系统引发次同步振荡建模与分析

针对“双高”电力系统与电网间交互作用引起的新型次同步振荡问题,首先分析了双馈风机变流器控制回路与电网之间具有多频率耦合特性的次同步控制相互作用机理,建立双馈风电场经串补并网的等值模型;其次通过风电并网模型,采用基于定子电压定向的矢量控制方式进行双馈风机RSC,GSC控制;然后通过对双馈感应发电机(DFIG)并网次同步振荡机理的分析,建立电力电子变流器与电网之间的次同步控制模型;最后通过PSCAD/EMTDC软件搭建的仿真模型,采用所提出的控制策略,并结合负阻尼效应及次同步控制方法进行分析对比验证,结果表明,文章所提出的方法能够有效地解决双馈风电-串补并网系统引发的次同步振荡问题。