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基于硬件在环仿真的DFIG并网系统开环模式谐振风险及验证

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南方电网技术 2024年第2期18卷 98-105,132页

作者：陈江杜文娟杨佳四川大学电气工程学院成都610065 南瑞集团有限公司南京211106

开环模式谐振理论是阐释风电并网引起的电力系统振荡机理的研究成果,其中基于平均模型的离线时域仿真结果可信度存疑。为提升开环模式谐振的工程指导可靠度,首先基于硬件在环仿真,组建了用于验证开环模式谐振的半实物实验平台;其次建立... 详细信息

开环模式谐振理论是阐释风电并网引起的电力系统振荡机理的研究成果,其中基于平均模型的离线时域仿真结果可信度存疑。为提升开环模式谐振的工程指导可靠度,首先基于硬件在环仿真,组建了用于验证开环模式谐振的半实物实验平台;其次建立双馈风电场并网系统的小信号模型,提出开环模式分析通用方法评估系统振荡风险;最后以两个算例进行了开环模式谐振现象的分析与实验。得到结论:硬件在环仿真的结果符合开环模式分析的结果,在开环模式谐振条件下,系统稳定性下降。留数法可以较为准确地预测系统闭环模式,系统参数的合理整定可以减小开环模式谐振带来的影响。

关键词：开环模式谐振硬件在环仿真双馈感应发电风电场振荡风险稳定性分析

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多直驱风机间开环模式谐振研究

多直驱风机间开环模式谐振研究

作者：李彦四川大学

学位级别：硕士

随着风力发电的蓬勃发展,我国电力系统中风电装机的比例呈指数增长。然而,随着风机投产的大规模增长,会引发一系列新的问题。例如,风机并网可能会引发次同步振荡问题,这将严重威胁电网安全稳定运行。因此,由风机并网引发次同步振荡的机... 详细信息

随着风力发电的蓬勃发展,我国电力系统中风电装机的比例呈指数增长。然而,随着风机投产的大规模增长,会引发一系列新的问题。例如,风机并网可能会引发次同步振荡问题,这将严重威胁电网安全稳定运行。因此,由风机并网引发次同步振荡的机理以及如何有效抑制次同步振荡的发生也成为了学者们研究的一个主要课题。本文主要针对直驱风机并网引发的次同步振荡问题,利用开环模式谐振分析方法对多台具有相同参数的直驱风机的并联并网引发的多开换模式谐振现象做了研究。本文主要工作包括:(1)由于以往直驱风机建模往往将机侧换流器看作恒流源处理,只构建了网侧换流器的模型。本文在文献《全功率变换风电机组机侧换流器与交流系统间动态交互机理及对稳定性的影响研究》研究的基础上构建了计及PWM调制动态的直驱风机模型。区别于以往忽略机侧换流器动态,只考虑网侧换流器动态的直驱风机建模,考虑PWM调制动态后发现机侧换流器和网侧换流器之间并非单一的从机侧到网侧的“单向通道”,而是机侧也会与电网产生闭环互联。这也合理的解释了网侧故障会引起机侧故障的现象。算例中通过Matlab的非线性仿真验证了所建模型的正确性。(2)根据建立的计及PWM调制动态的直驱风机模型搭建了两台风机并网的电力系统模型。基于开环模式谐振理论,探究了两台直驱风机的机、网侧换流器之间的动态交互。基于所构建的闭环互联模型发现当机侧换流器的开环振荡模式与另一台直驱风机的网侧换流器的开环振荡模式在复平面上接近时,两者之间存在较强的动态交互,会降低电力系统的次同步振荡稳定性,最后通过非线性仿真验证了所得结论的正确性。(3)根据所构建的计及PWM调制动态的直驱风机模型,建立了多台直驱风机并网的直驱风电场模型.针对风机锁相环动态和网侧换流器直流电压外环动态,探究了多台具有相同开环振荡模式的直驱风机并网后的多开环模式谐振现象。并且,通过调节锁相环控制的积分系数,探究了锁相环主导的振荡模式随积分系数变化的趋势。发现并网直驱风机的台数增加、锁相环控制的积分系数的减小,都会给电力系统带来振荡失稳风险。综上所述,本文运用开环模式谐振分析方法对电力系统中的次同步振荡问题展开研究,探究了多台直驱风机并网时发生的多开环模式谐振现象。

关键词：直驱风机开环模式谐振次同步振荡多开环模式谐振锁相环

静止同步补偿器与直驱永磁风机的次同步控制交互研究

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电工技术学报 2018年第24期33卷 5884-5896页

作者：任必兴杜文娟王海风新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学) 北京102206

从开环模式谐振角度分析风电场中静止同步补偿器(STATCOM)与多台直驱永磁风机(PMSG)之间的次同步控制交互(SSCI)作用,详细推导并网STATCOM的开环线性化分析模型,并建立含STATCOM与多台PMSG的全系统的闭环线性化互联模型。当STATCOM控制... 详细信息

从开环模式谐振角度分析风电场中静止同步补偿器(STATCOM)与多台直驱永磁风机(PMSG)之间的次同步控制交互(SSCI)作用,详细推导并网STATCOM的开环线性化分析模型,并建立含STATCOM与多台PMSG的全系统的闭环线性化互联模型。当STATCOM控制参数调节不恰当时,其与PMSG会发生开环模式谐振,诱发次同步控制交互。基于残差理论,提出一项模式谐振估测指标,能够有效评估STATCOM与PMSG因开环模式谐振引起的SSCI影响。算例分析表明:当发生模式谐振时,STATCOM与PMSG之间的无功控制交互影响要远强于直流电压控制交互,可能引发剧烈的次同步振荡失稳,非线性时域仿真结果证明了理论分析的正确性;PMSG输出功率与模式谐振诱发的SSCI作用成正比,电气设备间距、电网强度与SSCI成反比;STATCOM恒电压控制比恒无功控制对系统稳定的威胁更大。

关键词：静止同步补偿器多台直驱永磁风机次同步控制交互开环模式谐振估测指标

并网双馈风电场次/超同步混合振荡现象及阻尼控制方案

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中国电机工程学报 2018年第20期38卷 5919-5928页

作者：苏田宇杜文娟王海风华北电力大学电气与电子工程学院

该文解释并网双馈风电场中出现次/超同步混合振荡现象的机理,并提出一套风电场层面阻尼控制方案用于抑制次/超同步混合振荡。首先,将风电场等效成多台连接到集中母线的双馈感应发电机（double-fedinductiongenerator,DFIG）,并建立双馈... 详细信息

该文解释并网双馈风电场中出现次/超同步混合振荡现象的机理,并提出一套风电场层面阻尼控制方案用于抑制次/超同步混合振荡。首先,将风电场等效成多台连接到集中母线的双馈感应发电机（double-fedinductiongenerator,DFIG）,并建立双馈风电场并网系统的闭环互联模型以及1台DFIG子系统与剩余部分子系统（包括风电场中剩余DFIG、同步发电机以及输电线路,后简称剩余子系统）的开环模型。在这些模型的基础上,运用开环模式谐振理论解释双馈风电场并网系统中可能出现次/超同步混合振荡现象的机理：当2个子系统的开环模式在复平面上位置接近会引发开环模式谐振,与之相对应的2个闭环振荡模式将朝相反方向移动,其中1个振荡模式的阻尼将变差;而振荡模式的频率主要取决于双馈感应发电机的参数;当满足一特殊条件时,系统中将出现次/超同步混合振荡现象。为了抑制双馈风电场中次/超同步混合振荡,该文提出风电场层面阻尼控制方案：风电场统一测量阻尼控制的输入信号,进行阻尼控制,并将输出信号分配到相应的双馈感应发电机上。模态分析和非线性仿真结果均验证文中风电场层面阻尼控制方案的有效性。

关键词：双馈风电场次/超同步振荡开环模式谐振阻尼控制

采用深度迁移学习定位含直驱风机次同步振荡源机组的方法

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电工技术学报 2021年第1期36卷 179-190页

作者：陈剑杜文娟王海风新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学) 北京102206 四川大学电气工程学院成都610065

随着新能源电力电子器件的广泛接入,电力系统次同步振荡问题的诱发机理越来越复杂。为了能够及时定位到诱发次同步振荡的机组并采取措施,基于深度迁移学习提出了一种次同步振荡源定位的方法。该方法首先依据开环模式谐振理论构建仿真系... 详细信息

随着新能源电力电子器件的广泛接入,电力系统次同步振荡问题的诱发机理越来越复杂。为了能够及时定位到诱发次同步振荡的机组并采取措施,基于深度迁移学习提出了一种次同步振荡源定位的方法。该方法首先依据开环模式谐振理论构建仿真系统,并在仿真系统中获取训练数据样本;其次,运用卷积神经网络(CNN)进行振荡源特征提取并建立训练定位模型;最后,通过迁移学习将训练模型迁移到实际系统,以实现定位模型的应用。为验证所提方法的有效性,设计了含直驱风机并网的电力系统的仿真系统测试算例。结果表明,该方法相比于传统的特征值分析方法,具有定位准确率高、在线应用方便等优势。该方法能够在较短时间内给出判别结果,为实现振荡源的在线识别奠定了基础。

关键词：开环模式谐振次同步振荡直驱风机振荡源定位机器学习

基于动态参数等效的风电场并网系统振荡稳定性评估的数据驱动方法

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中国电机工程学报 2022年第19期42卷 6958-6972页

作者：陈剑杜文娟王海风新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学) 北京市昌平区102206 四川大学电气工程学院四川省成都市610065

开环模式谐振理论为风机接入电力系统引起的振荡稳定性提供了清晰的机理分析基础。然而,如何利用实测数据来评价风电场并网后电力系统的振荡稳定性仍然是一个悬而未决的问题。针对多风电场并网电力系统的振荡稳定性问题,该文提出一种基... 详细信息

开环模式谐振理论为风机接入电力系统引起的振荡稳定性提供了清晰的机理分析基础。然而,如何利用实测数据来评价风电场并网后电力系统的振荡稳定性仍然是一个悬而未决的问题。针对多风电场并网电力系统的振荡稳定性问题,该文提出一种基于等效系统和数据驱动的振荡稳定性评估方法。该方法能够在全系统参数不确定情况下,实现对大规模风电场系统的动态等效,利用联合分布适配算法,在等效系统中离线建立数据驱动的振荡稳定评估模型,并泛化到实际系统中,实现在线评估。通过典型仿真系统算例与实际大规模风电场算例,结合多方面的对比测试,验证所提方法的有效性和适应性,证明建立的数据驱动模型具有优良的评估性能。所提方法通过深度学习,将评估模型的在线计算负担转移到离线训练中,对实现基于量测的大型风电场振荡风险评估具有重要意义。

关键词：数据驱动振荡稳定性等效系统开环模式谐振

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直驱风电场和串补之间的次同步振荡风险

电力工程技术 2022年第4期41卷 25-32页

作者：刘文元任必兴李海峰王海风王洋四川大学电气工程学院四川成都610065 国网江苏省电力有限公司电力科学研究院江苏南京211103 江苏省电力试验研究院有限公司江苏南京211103 国网江苏省电力有限公司江苏南京210024

随着电网规模的持续扩大,串补长距离输电系统引发的次同步振荡现象频现。因此,为探析串补输电系统失稳的深层原因,文中基于开环模式谐振理论,提出一种串补输电线路引发次同步振荡的开环模式谐振分析方法,建立直驱风电场外接串补输电线... 详细信息

随着电网规模的持续扩大,串补长距离输电系统引发的次同步振荡现象频现。因此,为探析串补输电系统失稳的深层原因,文中基于开环模式谐振理论,提出一种串补输电线路引发次同步振荡的开环模式谐振分析方法,建立直驱风电场外接串补输电线路的小信号模型,通过开环模式谐振分析方法研究了串补线路和直驱风电场之间的动态交互作用。结果表明:串补主导的开环次同步振荡模式与风电场主导的开环次同步振荡模式在复平面上靠近时,系统的闭环稳定性将会下降;运用残差理论能成功预测开环模式谐振条件下闭环模式的位置,而改变风机参数或调整串补度可以规避动态交互的发生。文中通过算例系统验证了上述理论分析的正确性,证明了直驱风电场通过串补输电线路进行输电时存在一定的失稳风险,能在一定程度上为串补输电系统的参数整定提供借鉴。

关键词：直驱风电场开环模式谐振串补线路残差估计次同步振荡系统稳定性

光伏场经柔直并网振荡稳定性分析与抑制方法研究

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电力工程技术 2024年第3期43卷 2-11,51页

作者：杜文娟郝向坤陈珏四川大学电气工程学院四川成都610065 国电南瑞科技股份有限公司江苏南京211106

光伏场经柔直送出是未来电力系统发展的一个重要趋势,但是光伏与柔直系统之间的相互作用存在引发系统振荡失稳的风险。为此,文中建立光伏场经柔直并网的开环和闭环互联模型,基于开环模式谐振理论,分析光伏场子系统与柔直子系统之间的动... 详细信息

光伏场经柔直送出是未来电力系统发展的一个重要趋势,但是光伏与柔直系统之间的相互作用存在引发系统振荡失稳的风险。为此,文中建立光伏场经柔直并网的开环和闭环互联模型,基于开环模式谐振理论,分析光伏场子系统与柔直子系统之间的动态交互作用。当二者发生强交互作用时,可能会使相应的闭环振荡模式进入复平面右侧,进而引发系统振荡失稳。针对光伏场子系统与柔直子系统之间的交互失稳风险,可以通过调整主导环节的控制参数进行抑制;当控制参数无法调整时,文中提出一种对光伏单元附加阻尼控制器的抑制措施,调整光伏场子系统的开环振荡模式,使其在复平面远离柔直子系统的开环振荡模式,从而破坏模式谐振,使闭环系统稳定。文中通过仿真算例,验证了上述理论分析结果的正确性以及所提阻尼控制器的有效性。

关键词：柔直输电光伏场开环模式谐振稳定性分析阻尼控制器动态交互作用

静止同步补偿器与永磁同步电机的次同步控制交互研究

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电工技术学报 2018年

作者：任必兴杜文娟王海风新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学)

从开环模式谐振角度分析风电场中静止同步补偿器(STATCOM)与多台永磁同步电机(PMSG)之间的次同步控制交互(SSCI)作用,详细推导并网STATCOM的开环线性化分析模型,并建立含STATCOM与多台永磁同步电机(PMSG)的全系统的闭环线性化互联模型。... 详细信息

从开环模式谐振角度分析风电场中静止同步补偿器(STATCOM)与多台永磁同步电机(PMSG)之间的次同步控制交互(SSCI)作用,详细推导并网STATCOM的开环线性化分析模型,并建立含STATCOM与多台永磁同步电机(PMSG)的全系统的闭环线性化互联模型。当STATCOM控制参数调节不恰当时,其与PMSG会发生开环模式谐振,诱发次同步控制交互。基于残差理论,提出一项模式谐振估测指标,能够有效评估STATCOM与PMSG因开环模式谐振引起的SSCI影响。算例分析表明:当发生模式谐振时,STATCOM与PMSG之间的无功控制交互影响要远强于直流电压控制交互,可能引发剧烈的次同步振荡失稳,非线性时域仿真结果证明了理论分析的正确性;PMSG输出功率与模式谐振诱发的SSCI作用成正比,电气设备间距、电网强度与SSCI成反比;STATCOM恒电压控制比恒无功控制对系统稳定的威胁更大。

关键词：静止同步补偿器多台永磁同步电机次同步控制交互开环模式谐振估测指标