并网双馈感应风电系统轴系振荡特性

在风速突变及电网短路故障等外界扰动下,并网双馈感应发电机(DFIG)风电系统将表现出传动轴系的振荡,由此引起输出功率的振荡,这将可能导致与该风电系统强耦合的电力网络产生低频振荡,降低DFIG风电系统本身及其所并电网的安全稳定运行能力。针对DFIG风电系统轴系振荡的阻尼特性,采用电磁阻尼转矩分析方法,对常用控制模式下DFIG电磁转矩对轴系阻尼的作用机理进行推导,以此为基础,详细分析风速、发电机参数以及系统控制参数对该作用行为的影响规律,为系统振荡阻尼控制器的设计及其优化奠定理论基础。最后,利用DIg SILENT/Power Factory仿真平台建模并进行了相关仿真证明。

双馈风电机组运行转速对其轴系振荡影响机理的复转矩分析

为探讨风电机组轴系振荡这一问题,推导出了双馈风电机组电磁、机械耦合支路的传递函数,首次建立了完全反映双质量块动态特性的轴系振荡复转矩分析模型,得到轴系振荡同步转矩系数及阻尼转矩系数的表达式,并进一步分析了该系数随风电机组不同运行转速的变化规律,揭示了风电机组在最大风功率跟踪(maximum power point tracking,MPPT)控制模式下运行转速对其轴系振荡模式的作用机理。最后,通过特征值分析和时域仿真分析验证了所建模型及分析结果的准确性。

电网电压骤升下双馈风力发电机轴系振荡抑制的改进控制策略

双馈感应发电机在电网电压骤升时,定子磁链中含有暂态直流分量和骤升的稳态分量。电磁转矩中含有骤升的稳态扰动量、同步频率和二倍频率的暂态扰动量。电磁转矩的扰动量经过两质量块模型传动链放大,导致传动链的扭转载荷加剧和故障过后传动链扭矩的振荡。该文首先通过对电网电压骤升故障时发电机电磁暂态过程的理论计算,分析得出电网电压骤升下电磁转矩的解析表达式。通过对传动链两质量块模型的建模,得出柔性传动链自身阻尼较低和对电磁转矩低频扰动的放大特性。为了加速电压骤升恢复后轴系振荡的衰减,通过叠加与扭矩微分量成正比的补偿转矩来增大传动链阻尼,并且通过扭矩观测器来实现对补偿转矩的提取,最后通过仿真和实验验证了所提控制策略的有效性和可行性。

并网双馈感应风电系统轴系振荡抑制控制策略研究

外界扰动将引起并网双馈感应发电机(doubly-fed induction generator,DFIG)型风电系统产生弱/负阻尼轴系振荡,还可能引发风电并网系统低频振荡,不利于风电系统自身及其所并电网的动态稳定运行。从提高并网DFIG风电系统轴系振荡阻尼的角度出发,基于DFIG电磁转矩对轴系振荡的作用机理,结合系统中转矩和有功功率的产生、传递特性,设计2种置于系统转子侧变换器(rotor side converter,RSC)功率控制环节的轴系振荡抑制控制策略,并利用DIgSILENT/PowerFactory仿真平台建模,进而对各控制策略的有效性进行了仿真验证。结果表明,所提出的2种控制策略分别在最大风能跟踪(maximum power point tracking,MPPT)控制模式和恒功率控制模式下,显著改善轴系振荡阻尼,提升轴系动态特性。

并列机组轴系次同步振荡特性及采用SSDC抑制多机系统次同步振荡研究

为抑制多机系统次同步振荡,研究了整流站附近有多台机组并列运行时用于抑制机组次同步振荡的次同步阻尼控制器(subsynchronous damping controller,SSDC)设计方法。采用特征值分析法及时域仿真,分析了双机并列系统在共有自然频率处转速的相位关系,并在此基础上研究了SSDC输入信号中消去异模分量时多台机组次同步振荡的抑制效果。结果表明:不论同型机还是异型机,共有自然频率处都存在共模模式和异模模式,异模模式中发电机质量块振幅和模态转动惯量成反比。由于异模模式被激发,两机组转速相位关系具有不确定性;SSDC输入信号中消去异模分量时可以同时有效抑制多台机组的次同步振荡。

压缩空气储能系统释能环节轴系建模与振荡分析

压缩空气储能系统因其具有容量大、寿命长、响应快和调节灵活的特点,有着广阔的应用前景。压缩空气储能的释能环节作为气体压力能向机械能转化并最终产生电能的中间环节,其轴系建模与稳定机理与传统发电机组、风力机组、微型燃气轮机等均存在不同之处。为了研究压缩空气储能系统的轴系振荡特性以进一步分析储能并网后电力系统的稳定性问题,重点介绍了一种典型的四级膨胀压缩空气储能系统释能环节结构,建立了其轴系分段集中质量弹簧模型,并推导了相应的轴系标幺模型。对一个10 MW级压缩空气储能系统进行了轴系固有特性分析,得到了其固有振荡频率和振荡模态,并从电网侧和膨胀机侧分别进行了轴系稳定性分析。基于轴系振荡特性,将系统潜在振荡形式分为冲击性振荡、次同步振荡和超同步振荡三类,对各类振荡形式进行了机理分析和仿真验证,仿真结果表明,CAES释能环节轴系存在多种潜在振荡形式,并根据各类振荡的特性提出了对应的抑制策略。

双馈风电机组轴系扭振的稳定与控制

在侧重研究双馈风电机组与电网的动态作用时,双馈风电机组轴系可用等效两质量块模型表示。在外界扰动下,轴系动态以振荡方式呈现,并反映在输出功率上,由于这一振荡频率接近电力系统低频振荡,因此会对同步机组的功角稳定产生影响;不仅如此,轴系振荡还会影响双馈风电机组自身的稳定性以及使用寿命。本文首先采用小信号分析方法,对有功控制回路进行电气阻尼特性分析,得出双馈风电机组在最大功率跟踪控制下的负电气阻尼特性,不利于轴系稳定;随后,提出一种轴系镇定器,包含电气阻尼和电气刚度两个回路,增加电气阻尼可以使轴系振荡得到有效抑制,对双馈风电机组和电力系统的稳定有利;增加电气刚度,等效加强了轴系的耦合强度,可有效抑制转速振荡的幅值,有益于延长机组寿命。

双馈风电机组有功-无功混合调制阻尼控制

目前风电机组系统级阻尼控制中均采用单一有功调制或无功调制,无法兼顾系统阻尼和轴系振荡阻尼。为解决上述问题,针对双馈风电机组提出了有功-无功混合调制阻尼控制器,并提出了序贯优化算法设计阻尼控制器参数,通过特征值分析和时域仿真验证了该控制器在风电机组不同运行模式下的有效性和鲁棒性。结果表明,相比于单一调制,混合调制更能充分利用双馈风电机组转子侧变换器的阻尼控制能力,同时最小化对风电机组本身轴系振荡阻尼的不利影响。

海上风电场采用柔性直流输电接入电网的控制策略研究

为了稳定海上风电场的交流电压,给出了一种基于RLC滤波器的送端VSC控制策略。讨论了通过转速控制器降低低频的轴系振荡。针对不同类型的故障,提出了风机故障穿越下的控制策略。在PSCAD/EMT-DC软件下,模拟了一个由双馈风机组成的150 MW风场通过VSC-HVDC并入系统。针对提出的控制策略进行了仿真,介绍了仿真结果。