考虑风电机组故障电压穿越特性的连锁故障关键线路辨识

新能源的接入提高了电网连锁故障发生的概率,给故障传播中关键线路的辨识增加了难度。为此,建立了考虑风电机组故障电压穿越特性和线路可靠性的连锁故障仿真模型,从线路失负荷严重程度、失负荷不均匀性和结构脆弱性3个角度建立了线路综合风险指标评价集。基于状态故障网络计及线路失负荷程度和线路失负荷不均匀性,分别定义了失负荷风险指标和不均匀风险指标;基于电气介数提出了考虑分布式新能源接入的脆弱结构指标;同时,考虑电网的网络结构和状态转移特性,采用模糊熵权法定义综合风险指标,以衡量线路开断的综合影响。通过IEEE 39节点和IEEE 118节点系统算例验证所提方法用于关键线路辨识的有效性,且针对关键线路的缓解措施能显著降低大停电风险。

LCC-MMC混合三端直流输电系统送端交流故障下的不间断运行协调控制策略

为实现基于电网换相换流器与模块化多电平换流器(LCC-MMC)的混合三端直流输电系统送端交流故障下的直流低电压穿越,提出兼顾传输容量与响应速度的自适应电压协调控制策略及有功功率分配策略。在维持故障期间功率续传的前提下,定量分析了模块化多电平换流器(MMC)的降压值以减少传输功率的绝对值损失量,并设计MMC根据本地直流电流偏差快速减投子模块总数的降压方式;考虑到半桥型MMC的调制比约束,设计正极MMC定量吸收无功功率与负极MMC动态调整交流电压参考值的换流站极间协同控制策略;同时,为抑制从站的过电流及避免送端严重交流故障时主站的潮流反转,提出各受端换流站有功功率自适应调整的控制方式。最后通过对输电系统送端交流电压跌落不同幅度时的故障穿越效果进行仿真分析,验证了所提控制策略的有效性。

计及低电压穿越影响的感应电动机动态分群

随着新能源的大规模广泛并网,其对感应电动机动态等值建模的影响值得关注。该文提出了新能源电力系统中感应电动机动态分群新方法。分析了感应电动机与电网的交互作用,提出在现有基于感应电动机动态相似性分群的基础上,同时考虑机端电压动态相似性的分群可提高感应电动机动态等值精度。针对高比例新能源电力系统,研究发现感应电动机附近有新能源机组,且部分新能源机组在故障期间进入低电压穿越(LVRT)时,这些感应电动机动态特性具有显著差异。为此提出新能源电力系统中考虑感应电动机端口电压跌落深度的动态分群方法。算例分析表明,该文提出的兼顾感应电动机端口电压动态相似性以及端口电压跌落深度的分群方法具有较高的等值精度,且适应性强。

不对称短路故障下永磁直驱风电机组并网控制策略研究

电网侧发生不对称故障时,永磁直驱风电机组并网电流会发生三相不平衡的问题。针对这一问题,提出一种基于自适应陷波器的网侧换流器控制策略。该控制策略基于解决机组并网电流二倍频分量的思想,在电网侧发生不对称短路故障时,将进入逆变器的dq坐标系下的二倍频电压分量去除,从而使得网侧换流器输出的电流达到三相平衡。本文首先分析了电网侧发生不对称短路故障后永磁直驱风力发电机组的动态响应;然后建立了机侧和网侧换流器的模型,并分别采用了双闭环矢量控制技术和基于自适应陷波器的控制策略;最后进行仿真分析,验证了改进后的控制策略相较于传统控制策略,有效解决了不对称短路故障下并网电流三相不平衡问题。

虚拟同步机电流受限暂态电压支撑机理与改进故障穿越控制研究

针对虚拟同步机在电网低、过电压故障下所面临的无功电压支撑不足、特性差等问题,建立考虑电流限幅特性的虚拟同步机等效电路模型,并基于拓扑同伦原理,给出不同无功电压控制在等效电路相量图上的几何表征方法。利用该方法,揭示几种常见无功电压控制下的虚拟同步机电流受限暂态电压支撑机理,并由此提出一种改进的故障穿越控制策略,有效改善电网低电压、过电压故障下的暂态电压控制能力和支撑特性,进而缓解故障期间的暂态功角稳定问题。基于PSCAD/EMTDC仿真对所提机理和故障穿越控制方法进行详细验证,最后,在3机9节点系统中对其在近、远区电网故障下的支撑特性进行仿真验证。

基于功角保持的VSG低电压穿越控制策略

虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)控制通过模拟同步发电机的运行特性,达到并网逆变器为电网提供惯性支撑的目的。传统VSG在电网发生短路故障时容易导致输出电流越幅与功角振荡,无法为电网提供无功支撑,使逆变器不具备低电压穿越能力。文章提出一种VSG低电压穿越控制策略,故障期间保持功角稳定,故障恢复期间通过基于虚拟功率的功角保持环节实现预并列,故障恢复后输出功率能够快速恢复至给定值,运行模式之间能够平滑快速切换,实现低电压穿越。仿真验证了该控制策略的正确性与有效性。

计及低电压穿越及故障全过程动态的双馈风电场等值方法

在分析双馈感应发电机(DFIG)故障各阶段动态的基础上,提出了一种计及低电压穿越控制的双馈风电场等值方法。首先,讨论了低电压穿越控制策略,给出了含双馈风电场的电力系统故障稳态潮流计算方法。在考虑电压暂态过程的条件下,分析了外部系统短路故障后DFIG转子电流的变化机理,指出电压跌落深度及风电功率是影响短路电流的主要因素,可根据动作分界线判断撬棒是否动作。然后,根据初始风速及撬棒状态将风电场中的DFIG分为3群,并对等值DFIG及集电网络进行聚合。为提高等值模型在恢复阶段的精度,根据故障稳态电压对双馈风电场功率恢复曲线进行预估,并在此基础上对等值DFIG恢复速率进行分段修正。最后,对含双馈风电场的算例系统进行了等值计算。仿真结果表明,等值模型较好地保持了原系统在故障各阶段的动态,在保持较高精度的前提下有效简化了系统,提高了计算速度。

构网逆变电源故障穿越控制策略及其对保护影响的研究综述

构网(grid-forming,GFM)逆变电源(inverter-based resources,IBRs)可模拟传统同步电机行为,自主提供电压以及惯量支撑,是实现高比例新能源接入电网的必然途径。继电保护是保障电力系统安全稳定运行的第一道防线,其动作性能取决于对系统故障特征的辨识能力,而构网逆变电源主导下电力系统的故障特征则与逆变电源的物理极限和控制策略高度相关。该文首先梳理了典型构网逆变电源在正常及故障穿越时的控制策略及特点;进而归纳了电源的简化等值模型及故障特性分析研究成果;最后,总结了构网型逆变电源并网系统相关的保护技术研究现状,初步评述了构网逆变电源对当前保护技术的影响以及该领域未来所面临的问题。

考虑低电压穿越全过程控制策略切换的双馈风机电气量研究

双馈感应发电机(doubly fed induction generator,DFIG)的电气特性在低电压穿越(low voltage ride through,LVRT)全过程均易受电网电压变化影响,而现有研究多关注故障期间DFIG的电气特性,未考虑故障清除后不同情形下DFIG电气特性的差异,且较少研究LVRT全过程DFIG的功率特性,LVRT全过程电气特性分析尚不全面。为此研究了LVRT全过程DFIG的运行状态,在故障清除前,将LVRT全过程分为故障发生、无功功率优先控制启动两个阶段,故障清除后分为撬棒二次投入、有功功率爬坡恢复两种情形进行分析。在此基础上,推导了LVRT全过程定子侧输出电流、功率的表达式,并在PSCAD中建立了DFIG仿真模型,时域仿真结果与解析表达式波形可较好吻合,证明了所提方法的有效性。

不同故障状态下电网形成变换器的故障穿越控制

电网形成GFM(grid-forming converter)变换器作为高渗透率电力电子设备电力系统的主要元件之一,其故障穿越FRT(fault-ridethrough)能力是保证高度电力电子化电力系统稳定运行的重要基础。基于此,提出1种适用于GFM变换器的FRT策略,既考虑了变换器的硬件约束(即电流约束),又可在发生对称和非对称故障时使GFM在保护模式下运行。首先,详细分析了GFM变换器的FRT相关问题;然后,建立了1种适当的FRT模型及控制方法;最后,通过功率硬件在环仿真与实验验证所提方法的有效性。结果表明,与电网跟随变换器相比,所提控制方法可保障GFM变换器在故障时瞬时注入无功电流,以防止变换器出现过流问题,并最终实现GFM变换器在严重故障条件下仍可容错运行。

微电网对称故障条件下差异性潮流补偿控制策略

独立微电网负荷侧发生故障将导致故障区域功率供需失衡及电压跌落,在具有较高馈线阻感比的微电网中采用传统无功补偿的方法并不能有效解决上述问题。为此,提出一种基于微源馈线阻抗的差异性潮流补偿控制策略,即利用微源冗余功率增加有功功率输出补偿故障区域所需潮流,以改善故障区域功率平衡并抑制电压跌落,同时基于各微源馈线阻抗的差异性计算潮流补偿系数并根据故障区域所需功率动态调整潮流补偿参考值,以优化故障潮流分布并减少馈线损耗。最后,通过仿真和实验验证所提控制策略的有效性。

低电压穿越条件下并网逆变器多矢量模型预测功率控制研究

为了满足光伏电站的低电压穿越要求,需要保障在电网电压跌落时光伏电站依然能够维持并网,快速向电网提供一定的有功功率和无功功率,改善并网质量。为此提出一种多矢量模型预测功率控制方法,该方法避免了对六对基本电压矢量的重复调制,而是在每个周期中始终选择一对基本电压矢量和两个零矢量以对称方式执行调制,有效降低了网侧电流谐波含量,同时减少了计算时间,且具有固定的开关频率。此外,为了避免负责反馈信号的观测器因低电压穿越引起观测误差以及节约硬件成本,在此引入滑模观测器,并在滤波方法上加以改进,避免了对精确角频率的依赖。最后,通过仿真和试验验证了所提方法的正确性及有效性。

NFTSM控制的光伏并网系统低压穿越控制策略

针对现有PI与ISMC控制下光伏并网系统LVRT过程响应速度慢、不对称故障时控制效果较差或抖振效果明显等问题,提出一种NFTSM控制的LVRT控制策略。考虑光伏并网系统外部条件多变的特性,采用双指数滑模超平面与控制率,选取指数趋近律加速趋近速率,构造出具有调节有功、无功输出的非奇异快速滑模控制器,并验证其稳定与收敛性,简单且有效地实现了光伏并网LVRT。Matlab/Simulink仿真结果表明,NFTSM控制的光伏并网LVRT具有收敛速度快、谐波含量低、抗外界干扰与抖振抑制能力强等优点。

基于虚拟阻抗的光伏高电压穿越控制策略

提出了一种增加功率解耦环节的高电压穿越(HVRT)控制策略,对传统双环控制进行改进。通过对电网电压抬升幅度进行检测,超出阈值时对控制策略进行切换使逆变器吸收电网无功。基于光伏并网逆变器数学模型,分析线路阻抗对功率耦合性的影响,采用虚拟阻抗解耦技术实现对有功和无功的分别控制,进而减小控制策略切换时因输出功率耦合造成的功率波动问题。通过实验对比分析采用所提控制策略和传统控制下高电压穿越过程中直流母线电压和有功、无功功率的变化情况,实验表明虚拟阻抗控制策略可以减小功率波动,有效提高高电压穿越控制策略性能。

基于Crowbar与Buck电路对双馈风力发电机LVRT的研究

在双馈风力发电系统中,当电网电压跌落较严重时,传统的改变励磁的控制策略或仅在转子侧引入撬棒(Crowbar)保护电路,已不能满足电压跌落时低压穿越(LVRT)的要求,论文在直流侧引入了卸荷(Buck)保护电路协同转子侧主动式Crowbar保护电路工作,更有助于跌落电压的恢复,大大提高了并网电压低压穿越的能力。首先对双馈风力发电机(DFIG)建立数学模型并进行暂态特性分析,推导相关故障电压电流表达式,然后对Crowbar保护电路和Buck保护电路阻值进行整定。通过仿真分析验证了组合保护电路的可行性与优越性。

基于桨距角控制的永磁风电机组高电压穿越控制策略

为解决传统永磁风电机组高电压穿越控制策略存在超速脱网风险问题,提出一种基于桨距角控制的高电压穿越控制策略。高电压穿越期间,首先,按照并网要求向电网提供无功支撑;其次,考虑转子转速限制,当转子转速达到参考值时启动桨距角控制,抑制转子转速上升;最后,通过仿真试验,验证了所提控制策略的有效性。基于桨距角控制的永磁风电机组高电压穿越控制策略,既能向电网提供无功支撑,又能避免超速脱网。

抑制风机超速脱网的永磁风电场经柔直系统并网的受端交流故障穿越控制策略

永磁风电场经柔直外送的系统发生受端交流电压跌落时,利用转子储能进行风机减载控制的策略可能存在超速脱网问题。对此,提出一种抑制转子超速脱网的风电场减载控制策略。该策略通过转子转速与风机有功功率的关系,对风电机组减载期间的最小有功功率整定,确定风电场的最小有功输出,尽可能地减小直流两侧不平衡功率。严重故障时与直流卸荷电阻配合,快速减载的同时减小卸荷电阻承担的容量。搭建了基于某型号的永磁风电机组构成的风电场经柔直外送的仿真模型,对所提控制策略与传统控制策略进行仿真对比分析,验证了所提控制策略的有效性。

基于高斯混合模型聚类的双馈风电场动态等值建模方法

针对风电场动态运行条件下等值建模精度偏低、聚类依据不足的难题,提出一种基于高斯混合模型聚类思想的风电场等值建模方法。首先,分析单台双馈感应式风力发电机在低电压穿越期间的动态响应特性,根据响应特性的集群特征构建聚类指标。然后,提出基于高斯混合模型动态初步聚类、优化聚类数目的两阶段等值建模方法,推导出赤池信息和贝叶斯信息准则下聚类数目的寻优算法。以典型中等规模风电场为例,在Matlab/Simulink平台进行不同故障穿越条件的仿真测试,结果表明所提风电场等值建模方法聚类有效、精度高。

全功率直驱风机电网友好型控制策略

基于构网型控制的电网友好型风电机组具有黑启动、电网支撑和弱电网运行等优势,近年来逐渐被广泛研究。为探究不同电网友好型控制在不同场景下的运行性能,以全功率直驱风机为研究对象,总结归纳了4种典型的电网友好型风电机组控制策略。基于不同控制策略的架构和特点,在PSCAD/EMTDC仿真平台上搭建了相应电网友好型风电机组模型。分别在黑启动、风速变化、功率减载、频率支撑、电压支撑、故障恢复以及故障限流7种工况下探究不同控制策略的运行性能。最后,综合不同工况下的仿真结果,得到了总体性能最优的控制策略。

一种基于数字孪生的虚拟同步机与静止同步补偿器优化协调控制策略研究

当电网发生严重不平衡电压跌落时,虚拟同步机通常配置静止同步补偿器应对电压支撑不足、电流越限等问题。在实际应用中同步机和补偿器之间的协调控制严重依赖实时通信。因此,文章提出了一种基于数字孪生技术的虚拟同步机和静止同步补偿器的优化协调控制策略。首先,建立基于正负序电流控制结构,支撑新能源场站并网点的电压。其次,提出了改进的多目标协调控制策略,实现电压支撑、电流限制和有功功率输出等多个控制目标。再次,建立基于数字孪生的虚拟同步机与静止同步补偿器协调控制模型,应对现实中协调控制通信延时问题。最后,通过使用MATLAB仿真平台,验证了该方法的有效性。