不同输电方式下风电接入对传统火电次/超同步振荡影响研究

随着风电等新能源并网容量的增加,电网中风电的大规模接入为系统的稳定性带来了新的挑战。当风电机组接入火电系统时,风电机组与传统火电因交互影响产生的次同步振荡的机理尚未明确,因此值得进一步来探讨。文中采用特征值分析法建立了风火混合经交流串补及柔性直流输电并网外送系统的状态空间模型,并通过对比分析研究了风机的接入对传统火电固有振荡模式的影响,进一步地,通过改变并网距离等参数来分析系统结构参数对风机与火电交互作用引发的次/超同步振荡模式的影响;在此基础上,揭示了交流输电与直流输电两种不同输电方式下风电接入对传统火电次/超同步振荡的影响机理与因素;并利用PSCAD/EMTDC平台进行时域仿真证实了所建立系统的正确性。

构网型控制改善跟网型变流器次/超同步振荡稳定性的机理和特性分析

构网型(grid-forming,GFM)并网变流器具有良好的弱电网稳定性,同时能够改善跟网型变流器的次/超同步振荡稳定性。为明确GFM控制改善振荡稳定性的机理和特性,首先推导了GFM变流器电路特性与每个控制环节的关系,并分别从变流器自身电路特性、变流器并网系统整体阻抗特性角度揭示了GFM控制改善振荡稳定性的电路机理。然后,基于阻抗模型定量分析了GFM变流器占比提升对系统振荡频率、阻尼的影响。最后,利用电磁暂态仿真进行了验证。结果表明:GFM变流器在无功控制环节、电压外环作用下表现为“正电阻”,能够削弱跟网型变流器控制环节引入的负阻尼特性,进而改善系统次/超同步振荡稳定性;此外,GFM变流器占比提升能够显著改善系统振荡阻尼,但对振荡频率影响较小。

基于功率调整的直驱风电场次/超同步振荡后抑制策略

近年来,次/超同步振荡(S/SSO)问题严重影响了电力系统的安全运行。在建立了直驱风电机组与直驱风电场等值阻抗模型的基础上,推导出直驱风电场发生场-网振荡的必要条件,并通过分析机组出力变化对系统导纳模型的影响,提出了一种基于功率调整的振荡事故后振荡恢复策略。通过MATLAB/Simulink仿真,验证了所提策略能在保持直驱风电场出力水平的基础上消除振荡。

一种基于储能的次/超同步振荡抑制方法研究

双馈异步风力发电机(Doubly-Fed Induction Generator,DFIG)也称双馈感应发电机,其凭借变速恒频的优点在风电场中得到了广泛应用。随着大量风电能源并网,远距离高压输电使用串补电容技术容易引起电网发生次同步振荡(Subsynchronous Oscillation,SSO)。DFIG的定子绕组直连电网,因此在运行过程中极易受到电网SSO的影响。针对DFIG的SSO及抑制策略进行研究。提出了一种采用储能装置附加阻尼控制环节的方式来重塑风电场阻抗并抑制次/超同步振荡。通过电磁暂态仿真验证了该方案的性能,能成功地抑制不同频率的次同步电流,以提高目标系统的稳定性。

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。

基于RA-CNN和同步相量的风电场次/超同步振荡参数智能辨识方法

近年来风电并网比例大幅提高,由此引发的次/超同步振荡的发生概率也大大提高,严重威胁系统的安全稳定性。准确辨识次/超同步振荡参数是抑制振荡的基础,提出基于注意力机制的残差卷积神经网络的辨识方法。卷积神经网络的局部相关性和权值共享决定了其具有更强的特征学习和表达能力,通过结合注意力机制可以更准确地辨识振荡参数。同时,引入残差连接,用以解决深层卷积神经网络存在的梯度消失和网络退化问题。仿真结果表明:相较于传统方法,该方法不仅能在较短时间窗数据上完整地辨识次/超同步振荡的参数,且能规避传统方法因主观因素带来的辨识误差,降低振荡参数辨识的复杂度。

基于同步相量数据幅频特征的次超同步振荡模式辨识

随着可再生能源和高压直流输电的快速发展,次超同步振荡事故频发,对现有电力系统振荡的在线监测提出了更高要求。为此,提出了一种基于同步相量数据幅频特征的次超同步振荡模式辨识方法。首先分析了次同步振荡和超同步振荡对同步相量测量装置(phasor measurement unit, PMU)数据的影响机制,结果表明,PMU数据的正负频谱与次超同步振荡的模态线性相关。其次利用多点PMU数据相干谱判别振荡与噪声,有效减少了噪声引起的误判断。然后对次超同步振荡下的PMU数据开展频谱分析,建立了4个幅频特征量,并将振荡数据的特征集合作为输入训练并优化极限梯度提升树(extreme gradient boosting, XGBoost)模型,建立幅频特征与振荡模式的映射关系。所提方法利用振荡环境下PMU数据的固有幅频特征以及XGBoost算法强大的泛化性与计算效率,实现了噪声环境下次超同步振荡模式的快速、准确辨识。最后,利用仿真数据和实测数据验证了所提方法的有效性和实用性。

基于同步相量轨迹拟合的电力系统次同步/超同步振荡的实时参数辨识

基于同步相量数据的次同步振荡参数辨识可有效监测次同步振荡的动态过程。该文提出一种基于同步相量轨迹拟合的电力系统次同步/超同步振荡的实时参数辨识方法。通过求解超定非线性的同步相量轨迹拟合方程组,能准确得到频移基波、次同步和超同步分量的频率、幅值和相位。该方法利用各分量对应的同步相量正负频率部分耦合而成的椭圆轨迹特性,仅依据100ms的同步相量数据序列即可进行高实时性的参数辨识。所提算法相比现有算法的优势在于,一方面可辨识与次同步分量耦合的超同步分量参数;另一方面超短数据窗大幅提升了算法实时性,并克服了频谱分析法的频率分辨率受限问题。模拟同步相量测量终端(phasor measurement unit,PMU)数据和实际仿真数据的对比分析结果表明,所提方法可准确获取基波和次同步/超同步振荡参数,并有效实现次同步振荡的动态实时监测。

正阻尼PMSG并网系统限幅间歇饱和引起的次/超同步振荡分析

风电并网所引起的次/超同步振荡研究多集中于小信号模型分析,较少考虑遭受大扰动后限幅等非线性影响.基于单边限幅的描述函数与广义Nyquist判据,对正阻尼直驱式永磁同步发电机(PMSG)限幅环节间歇饱和引起的切换型次/超同步振荡进行分析.首先给出并网PMSG状态空间简化模型并分析其小干扰稳定性;其次发现一种大扰动后并网PMSG因不对称单边d轴电流限幅间歇饱和引起的新型切换型振荡现象;再次结合并网PMSG网侧变流器的频域模型以及单边限幅的描述函数,给出含限幅环节的PMSG系统近似分析模型;最后结合广义Nyquist判据,近似分析不同限幅值和参数下的振荡频率,并解释该种振荡频率随限幅上限降低而增加的现象.

基于频域振荡模式的次/超同步分量可观可控分析

直驱风电机组接入弱交流电网时会引发电力系统的次/超同步振荡,产生的超同步分量幅值一般不同于次同步分量,具体产生机理缺少清晰解释。文中基于频域正负序耦合阻抗回路的振荡模式,定量分析了次/超同步分量的可观可控度,解释了次/超同步分量的可观可控规律。首先,建立直驱风电机组并网系统的频域正负序回路耦合阻抗方程,分析了次/超同步分量与正负序分量、dq分量之间的关系,解释了次/超同步分量幅值不相等的成因。然后,从定量的角度推导了次/超同步振荡模式在正负序分量、次/超同步分量上的可观可控度表达式,实现了次/超同步分量可观可控分析。最后,应用灵敏度的方法分析了影响次/超同步分量大小的参数,并针对理论分析结果进行了仿真验证。

基于深度子领域自适应的直驱风机次/超同步振荡源定位

直驱风机接入弱交流系统会引发形态较复杂的次/超同步振荡,为了更加精准有效地抑制振荡,亟须及时定位引发振荡的风电机组。考虑到电力系统实际振荡数据匮乏的现状,文中提出了一种基于深度子领域自适应的振荡源定位方法。该方法将仿真系统中的强迫振荡泛化到实际次/超同步振荡领域,通过输入样本与迁移模型的构建,实现次/超同步振荡源在线定位,为振荡数据匮乏导致机器学习困难提供了一种新的解决方案。此外,设计了含直驱风机并网的仿真系统测试算例,并将所提方法与不同振荡源定位方法进行了对比。结果表明,所提方法能够在较短的时间内给出更为准确的定位信息,为进一步实现振荡源在线识别奠定了基础。

张北工程风电柔直汇集系统次、超同步振荡分析

张北可再生能源柔性直流电网工程投运以来,交直流系统中数次出现次、超同步振荡问题。对2022年某日振荡发生时现场录波采集到的交直流振荡波形数据进行分析,录波数据分析表明,交流侧的次同步(43.75 Hz)、超同步(56.25 Hz)振荡,在dq坐标系下均表现为6.25 Hz振荡,同时在直流电压和直流电流中也出现了6.25 Hz的振荡频率。初步判断振荡发生的原因是:风电场功率快速变化时,站间骤然变化的直流电压引起了直流电流发生振荡,直流电流通过直流通路造成MMC子模块电容电压产生振荡,最终通过MMC基本运行原理耦合到了交流系统。最后,通过电磁暂态仿真对风电柔直汇集系统次、超同步振荡产生原因进验证。

基于阻抗特性的次/超同步振荡风电场振荡源识别及切机策略

风电场接入弱电网或经串补线路并网受扰后易引发电力系统的次/超同步振荡,切除有功率振荡的风电场是从源头上抑制系统振荡的重要控制措施。首先给出了振荡源的识别方法,分析了次/超同步振荡期间风机阻抗特性以证明识别方法的正确性,分析了次/超同步振荡期间风电场阻抗特性,然后提出了优先切除振荡源策略。最终,通过实例仿真验证了所提风电场振荡源识别及切机策略能高效抑制次/超同步振荡,保障电网安全稳定运行。

并网逆变器复合电流环引起次/超同步振荡机理研究

针对我国电力系统中的并网逆变器引起的次/超同步振荡现象,以单逆变器经阻抗并理想电源的典型系统为例进行分析。由于锁相环动态和较大电网电抗的存在,单逆变器并网系统电流环存在dq轴耦合。将dq轴统一考虑,建立了单逆变器并网系统的复合电流环模型。复合电流环中存在正反馈作用,该反馈与锁相环、电流控制器、系统运行点、电网电抗和滤波电抗等多个因素相关,若匹配不当则可能造成振荡或失稳。使用根轨迹法对上述因素对系统稳定性的影响进行分析,探讨了通过适当调整并网逆变器控制参数来抑制振荡的方法。通过时域仿真验证了复合电流环的准确性,同时验证了调整电流环控制参数抑制次/超同步振荡的效果。最后,对复合电流环模型的应用进行了展望。

模块化多电平中压变流器阻抗分析及次/超同步振荡抑制

模块化多电平换流器适合作为中高压电网的并网接口,针对光伏中压直流汇集系统潜在次/超同步振荡问题,从频域出发,系统地建立了送端电流源型并网模块化多电平变流器的正负序阻抗模型,对并网时互联系统的稳定性作出分析。频域正负序阻抗与电网阻抗交叠预测了串联补偿下光伏中压直流汇集系统次/超同步振荡现象,并验证了频域阻抗与时域波形分析的一致性。通过控制参数优化,有效抑制了模块化多电平换流器串联补偿时次/超同步振荡现象。

风电次/超同步振荡的安全域分析

风电大规模接入电网引发了多起次/超同步振荡事件。为了分析风电并网系统在不同工况下的振荡稳定性以及安全裕度,亟需建立风电次/超同步振荡安全域。为此,该文首先基于阻抗网络模型,在功率注入空间给出风电次/超同步振荡安全域的定义;然后,提出基于聚合阻抗频率特性的次/超同步振荡模式获取方法,并通过预测-校正技术高效搜索安全域边界;最后,根据所提方法,构建了某实际风电并网系统的次/超同步振荡安全域,并通过时域仿真验证所提方法的有效性。

风电并网系统次/超同步振荡的动态监测方法研究

近年来,我国大规模风电基地中出现了新型次/超同步振荡问题,其频率具有时变特性。已有的同步相量测量单元(PMU)和广域测量系统无法准确监测其动态发展过程。鉴于此,本文首先探讨了次/超同步谐波对传统PMU算法的不良影响,剖析谐波引起基频相量测量误差的根源。其次,提出一种具有频率自适应控制能力的次/超同步谐波相量检测方法,能够准确判断系统中是否出现次同步振荡,并检测出基波相量和次/超同步谐波相量。最后,通过搭建实际系统的电磁暂态仿真模型分析验证了改进算法的有效性和精确性。

2500kW双馈电机超同步调速装置研制

为了满足HL-2A环向磁场的要求,成功研制了两套2500kW感应拖动电机的超同步调速装置。基于交-交变频器,通过对每套2500kW拖动电机采用双馈电机矢量控制技术进行调速后,将两台80MVA机组的最高转速由以前的额定转速1488rpm提高到了1650rpm,每台机组的一次脉冲释能达到500MJ,使HL-2A装置具备了环向磁场达2.8T的能力。

直驱风机网侧换流器引发次/超同步振荡机理研究

针对实际电网发生的直驱风机引起的次/超同步振荡现象,以典型的单机并网模型为例进行研究。考虑锁相环的动态特性,在电网dq坐标系下建立直驱风机等效控制模型。分析网侧换流器对电网谐波的响应过程,发现当换流器输入输出谐波间相位满足一定关系时,会因为正反馈在某一频率下产生次/超同步振荡。振荡强度和振荡频率与锁相环比例和积分系数、电流内环比例系数及电网强度等多个因素相关。基于该相位关系,给出直驱风机引发次/超同步振荡的判据,并由该判据可以获得直驱风机引发次/超同步振荡的频率,时域仿真及频谱分析结果验证了该判据的有效性。

基于双变量变频器的超同步串级调速系统起动过程研究

针对由双变量变频器构成的串级调速系统运行在超同步状态下的起动问题,提出转子侧接入频敏变阻器,定子侧采用调压器降压起动后再在转子侧切除频敏变阻器并投入变频器的起动新方法.通过试验和对试验数据的分析,分别以电动机的定子电源频率、转子变频电源频率对应的同步转速为基准量计算出最大允许转差,利用Matlb曲线拟合工具分析允许最大转差同转子切入电源频率的相关性,得出超同步串级调速系统起动过程存在的规律.