考虑LVRT特性的新能源送端系统功角稳定与电压稳定交互影响分析

新能源机组的低电压穿越(LVRT)能力是高比例新能源电力系统维持电压稳定的重要保证,同时LVRT期间新能源机组的功率特性将进一步影响同步发电机的功角稳定性。为分析高比例新能源送端系统功角稳定与电压稳定的耦合机理,以风电为例,推导了LVRT期间风电机组的有功-无功耦合关系;以含风电的送端系统为例,推导了故障前、故障期间以及故障后同步发电机的机械功率和电磁功率。分析了受扰后系统功角与电压的失稳形态,揭示了含风电送端系统功角稳定和电压稳定的交互影响。基于PSASP平台,仿真分析了风电初始出力水平以及LVRT参数对电力系统功角稳定和电压稳定演化的影响。

提升新能源短时性功率冲击下暂态频率安全的储能紧急控制策略

高比例新能源电力系统中单一短路故障容易引起大规模新能源进入低电压穿越,使得系统承受大容量短时性功率冲击,可能会导致系统暂态最大频率偏差超过低频减载阈值,带来负荷损失。将电化学储能纳入由电网故障事件触发的紧急控制是应对短时性功率冲击下暂态频率越限的有效手段。为此,首先构建了新能源短时性功率冲击下计及储能紧急功率控制的系统频率响应分析模型,进而分析总结了储能释放功率和持续时间对短时性功率扰动下系统频率特性的影响。以此为理论依据,综合考虑短时性功率冲击下的暂态低频与高频安全,提出了避免低频减载的最小储能紧急释放能量计算方法,并给出了满足要求的储能紧急控制功率和持续时间策略。最后,在IEEE 10机39节点系统中验证了分析结果的准确性。

光伏发电系统低电压穿越模型参数辨识研究

为了获得准确的光伏发电系统低电压穿越模型参数,满足光伏发电系统安全稳定运行的需求,提出一种光伏发电系统低电压穿越模型分时段加权参数辨识方法。通过分析光伏发电系统在低电压穿越期间动作特性建立其控制模型,获得光伏发电系统低电压穿越模型关键参数。然后,基于灵敏度分析,对低穿参数进行分时段加权参数辨识的策略。仿真结果表明,所提辨识方法有效提高了参数辨识精度。

应对暂态短时功率冲击的接续型频率紧急控制方法

随着新能源及直流的大规模接入,新能源暂态低电压穿越、直流换相失败等冲击引发电网暂态低频风险加剧,单纯基于前馈控制律的现有频率紧急控制模式策略难以制定,且采用的一次性有功总量控制方式极易诱发连锁高频风险。基于前馈控制理论阐述了现有频率紧急控制律及影响因素。分析了高比例新能源接入对现有频率紧急控制的时效、系统参数及控制目标方面的影响。融合前馈和反馈控制优势,提出了融合故障事件触发和响应轨迹驱动的接续型频率紧急控制方法。基于实际电网典型案例进行了仿真验证,结果表明,采用该控制方法能够有效应对短时性功率冲击下传统一次性频率控制方式引发的高低频连锁问题,提升了高比例新能电网频率稳定控制的防御能力。

含负序电流注入的逆变型分布式电源电网不对称短路计算

电网故障时逆变型分布式电源(inverter interfaced distributed generator,IIDG)的不脱网控制策略决定了其故障电流,而传统等值模型未计及IIDG负序电流注入,造成含IIDG电网短路计算的局限性。文章分析了含IIDG电网短路计算原理,结合故障中IIDG序电流控制和无功功率支撑,建立IIDG短路计算序分量电流源模型。在此基础上,比较不同控制条件下多逆变型分布式电源(IIDGs)短路电流和端电压响应,揭示IIDGs短路电流与电网以及自身不脱网运行持续时间的关系,提出计及不脱网运行时序和序电流控制的多IIDGs电网短路电流的对称分量迭代算法。采用PSCAD/EMTDC软件仿真验证该方法的正确性。

基于RTDS的光伏发电系统低电压穿越建模与控制策略

基于实时数字仿真器(RTDS)提出了一种光伏发电系统低电压穿越(LVRT)实时数字仿真方案。首先,通过RTDS的大步长模型和小步长模型构建了整套LVRT仿真平台,具体包括电压跌落发生器、光伏阵列、隔离变压器和光伏并网逆变器等。然后,设计了光伏并网逆变器在三相电网电压正常和对称跌落2种运行工况下的LVRT控制策略。最后,以一台250kW光伏并网逆变器为例,进行了LVRT仿真测试和现场检测实验。仿真和实验表明:该RTDS仿真平台能较好地模拟现场检测平台,且所述控制策略在LVRT过程中具有良好的动、静态特性。

基于半实物实验平台的风电低电压穿越研究

为了研究永磁直驱风电机组的低电压穿越(LVRT)特性,在实时数字仿真器(RTDS)中建立电网、风力机、发电机与变流器功率部分的模型,模型中的参数与实际机组保持一致,将风电机组主控、变流器控制器与RTDS构成硬件在环测试平台。对风电变流器控制器在LVRT时采用的关键技术进行了研究,在RTDS中模拟各种短路时电网电压跌落工况,得到风电机组LVRT期间的响应波形。基于RTDS的硬件在环实验,既可以对风电机组的控制策略进行研究、优化,又可以从电网角度检验风电机组的LVRT特性是否满足标准要求以及研究对电网的影响。

基于直流电压动态分配的九开关双馈风电系统低电压穿越策略研究

九开关变换器(nine-switch converter,NSC)可通过分时调制输出两组独立的三相电压,因此可用于代替双馈风电系统中的背靠背变换器。该文对NSC双馈风电系统的控制策略进行优化设计,通过对NSC直流母线电压的实时动态分配,使得一套控制策略可同时适用于电网电压正常与跌落两种工况。电网电压正常时,较高的直流电压可自动分配给网侧支路,以匹配较高的电网电压;当电网电压跌落时,较高的直流电压又可自动地分配给转子侧支路,以匹配转子较高的反电动势。该自动分配思路使得NSC系统在不增加辅助电路的前提下,即可实现低电压穿越,充分发挥了NSC的优点;同时还避免了不同控制策略的切换与电压跌落时刻的检测,大幅减少了系统设计的复杂度。

Hadoop数据存储分析技术在风电并网系统中的应用

随着风电规模的不断扩大,现有数据处理方案将难以适应风电并网环境对海量数据高效存储分析的要求。本文将分布式系统基础架构Hadoop应用于风电数据的存储和分析,给出了基于分布式文件系统HDFS的风电数据存储方案。将均方根RMS转化算法基于并行计算框架MapReduce实现,对存储于HDFS的低电压穿越LVRT测试数据进行分析计算。通过存储耗时对比实验,验证了HDFS在存储LVRT数据方面的高效性。通过RMS算法计算耗时对比实验,验证了MapReduce算法在分析计算LVRT数据方面的优越性。算例结果表明,将Hadoop数据存储分析技术应用于风电并网系统是可行的。

电压短时中断后电机的最大低电压穿越能力

异步电机是工业生产中的重要设备,电压短时中断后,由于惯性电机会继续运行。根据稳态等效电路,建立了转差率与负载转矩、端电压间的一阶动态模型。利用该模型推导出电压短时中断后,转差率与临界时间的解析式。研究表明电压短时中断后,可以将电机看作为线性负载,其最大低电压穿越时间与负载转矩为反比例关系。该方法简单实用,可用来确定转动惯量等参数对电机最大低电压穿越能力的影响,Matlab下的仿真结果证明了其有效性。

电网故障时风电场基于STATCOM的无功协调控制策略

为充分发挥双馈感应风力发电机组(DFIG)在电网故障时的无功功率调节能力,采用静止无功补偿器(STATCOM)进行补偿,建立风电场无功实时协调控制系统(CRRCS)。CRRCS可通过监测电网故障状态、撬棍保护(crowbar)动作状态、风电机组运行状态及公共连接点(PCC)电压水平等信息,实时协调处理风电场各机组、STATCOM及PCC的无功电压控制策略。同时进一步采用故障时刻的极限功率控制模式,以降低crowbar动作概率,保障机组的无功功率调节能力。仿真分析证明,该方法可有效保证电网故障时DFIG的无功调节能力,并控制补偿单元及风电场,为电网提供无功和电压支撑,协助实现风电场的故障穿越运行。

变频软启动永磁同步电机低电压穿越能力评估方法

永磁同步电机在工业现场应用广泛。为分析基于变频器实现软启动的永磁同步电机在电压暂降场景下的动态运行特性,提出一种永磁同步电机低电压穿越能力评估方法。首先,基于dq坐标系建立电磁转矩与功角、端电压间的解析式,分析暂态过程中的转差率与电机稳定性之间的关系,建立基于转差率的电机暂态稳定分析判据,进而确定电机安全稳定临界电压;其次,基于面积法则推导临界切除功角解析式,得到故障临界切除时间;最后,选择安全稳定临界电压和故障临界切除时间为电机低电压穿越能力的特征值。研究表明,暂态过程中转差率是否存在负值可作为暂态能否稳定的判据,电机带载率越小其低电压穿越能力越强。

电网电压骤升时DFIG定子磁链暂态全过程及其影响因素研究

双馈感应发电机(DFIG)的高电压穿越问题中,定子磁链的暂态特性研究是实现高电压穿越运行的基础和依据,而常规研究大多只针对电网电压单一骤升模式进行分析,且未考虑故障恢复后定子磁链的动态过程,使其暂态特性分析不全面。文中对电压不同骤升模式时的定子磁链瞬态过程进行了研究,对比分析了影响定子磁链暂态特性的一些因素。电网电压的上升模式不同,定子磁链的暂态特性也不一样,且模式Ⅰ的暂态衰减分量远大于模式Ⅱ;相邻两次电压上升数值相同且时间间隔为Δt=(n+0.5)T_(s)时,能够最小化定子磁链的瞬态衰减分量。仿真结果证明了理论分析的正确性,文中的研究内容对掌握DFIG的动态过程和高电压穿越控制策略的制定具有一定的参考价值。

基于D/PHS的DFIG机组LVRT的综合控制研究

双馈(DFIG)风电机组低电压穿越(LVRT)是风电厂并网运行的重要条件,提出了一种集成Crowbar硬件电路与网侧变流器不对称加强控制的LVRT综合控制策略。该策略中Crowbar优化投切判据根据电网故障类型自动判断投入切出时间,具有更强的灵活性及适用性;网侧变流器(GSC)在改进不对称预测电流控制的基础上增加了无功输出补偿控制,具有控制模型精确、控制效果好、具备无功支撑能力的特点。采用RTDS(实时数字仿真器)和自主开发的DSP控制器,开发了DFIG风电机组LVRT的数字/物理混合实时仿真系统,并对一台2MW风电机组进行了电网三相短路与两相短路下的LVRT数字/物理混合实时仿真,验证了所提综合策略的正确性和混合仿真方案的有效性。

利用铭牌参数的感应电动机低穿能力评估

针对指导电动机选型、电压暂降治理、保护整定、进行暂降事故损失评估、划分事故责任等问题,通过理论推导加仿真验证的方式,提出了一种基于感应电动机铭牌参数的低电压穿越能力的评估方法。选择安全临界电压和暂降临界切除时间为电动机低电压穿越能力的特征值。利用感应电动机转差-电压-转矩关系,分析暂降前和暂降中电动机运动规律,明确其稳定运行的界限。基于铭牌参数对临界转差率和临界转差率和相应电压下的最大转矩进行估算,分别推导出恒功率、恒转矩以及风机、泵类负载下安全临界电压和暂降临界切除时间的不同表达。利用软件进行仿真模型的搭建,并通过分析算例中的安全临界电压、临界转差率与暂降临界切除时间,验证了所提方法的有效性。

永磁直驱风力发电系统在线实时控制仿真

在风力发电系统稳定性优化控制的研究中,随着风电渗透率不断增大,电网电压跌落故障下风电机组运行特性对电网安全稳定性的影响逐渐凸显。针对大功率风电变流器低电压穿越控制策略采用纯数字仿真软件验证时不能真实模拟风电变流控制器故障时的运行特性和不便于新控制算法验证以及仿真电网跌落器难以仿真电网跌落真实情况的问题,搭建一个2.5MW永磁直驱风力发电机组的在线仿真系统。通过实时仿真器RT_LAB和两个数字控制器,能够真实模拟电网电压的跌落情况,反映出风电变流控制器故障时的运行特性。最后针对电网的零电压跌落故障进行了实验。实验结果验证了在线仿真系统的有效性,为大功率风电系统开发和新型控制策略的验证提供了科学依据。

特高压多端混合直流输电系统启动与故障穿越研究

采用常规直流与柔性直流混合的特高压多端直流输电系统是昆柳龙直流工程技术方案之一,对采用全桥和半桥混合拓扑的特高压柔性直流输电换流器充电时的均压问题进行分析,提出了两种不同的充电策略。研究了混合三端直流系统的启停顺控流程和直流线路瞬时故障穿越、重启策略。在RT-LAB中搭建三端混合直流输电系统,连接外部阀控装置进行实时仿真实验,实验结果验证了提出的充电策略的正确性,表明所提出的直流线路故障穿越和重启策略可以很好地实现系统穿越故障,使系统重新进入稳态。此外,在±10.5 k V/60 MW柔性直流背靠背样机上进行了充电策略验证和直流双极短路故障穿越后重启策略验证,充分验证了采用全半桥混合拓扑柔直系统的故障穿越能力。

考虑逆变型DG故障穿越的交流微网反时限保护

由于分布式电源(DG)提供的故障电流水平很低,传统的过流保护方案不再适用于微网故障检测。基于测量阻抗变化的保护方案因其较高的灵敏性和适应性,可作为交流微网的保护方案。但是,现有的此类方案未考虑逆变类DG(IIDG)的故障穿越要求,且动作性能易受过渡电阻的影响。为此,提出了一种新的交流微网反时限距离(ITD)保护。新方案利用反时限动作特性方程设定保护动作时间,可同时满足IIDG故障穿越和馈线保护选择性的要求。针对过渡电阻和分支馈入的影响,提出了利用相邻保护装置交互信息以提高ITD保护性能的方法。利用Matlab/Simulink进行时域仿真,仿真结果验证了所提方案的有效性。

永磁直驱风机低电压穿越协调控制策略

已有的平衡控制策略无法同时兼顾直流侧电压稳定和并网有功无2倍工频波动,为此提出一种适用于永磁直驱风机的改进低电压穿越协调控制策略。该策略基于功率平衡思想,电网电压不对称故障期间,利用机侧变流器追踪并网输出有功,确保直流侧两端的功率流动基本平衡;通过在直流侧增加前馈控制环节,在消除并网有功2倍工频波动分量的同时,可维持直流侧端电压稳定;通过修正网侧变流器的参考电流指令,可使网侧电流维持在额定值附近。基于Matlab/Simulink搭建了永磁直驱风电仿真系统,验证了其有效性。在电网单相、两相短路故障时,该策略均可在抑制直流侧电压和并网有功波动的同时,有效地限制网侧电流幅值,更好地支持系统低电压穿越。

基于MPPT运行模式的光伏发电系统低电压穿越无功控制策略

针对光伏发电系统通常以单位功率因数运行,造成故障时光伏并网逆变器一定视在功率浪费的现状,提出一种低电压穿越无功控制策略。分析光伏并网逆变器的有功、无功功率解耦控制和其无功功率输出极限,建立光伏逆变器无功功率输出与并网点电压跌落的关系,通过比较故障前光伏阵列发出有功功率与光伏逆变器允许输出最大有功功率,确定光伏发电系统在低电压穿越过程以最大功率模式运行或者以非最大功率模式运行。利用RTDS软件搭建仿真算例,验证该低电压穿越无功控制策略的可行性。