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基于无源控制的DFIG并网次同步控制相互作用抑制策略研究

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电力系统保护与控制 2023年第11期51卷 77-85页

作者：李生虎叶剑桥陈东合肥工业大学电气与自动化工程学院安徽合肥230009 新能源利用与节能安徽省重点实验室安徽合肥230009

为抑制双馈感应发电机(doubly-fed induction generator,DFIG)风电场与串补输电线路间次同步控制相互作用(sub-synchronous control interaction,SSCI),提出基于改进无源控制的SSCI抑制策略。首先,分析了DFIG并网中SSCI发生机理,发现转子侧变流器双环PI控制对SSCI影响较大,可对PI控制进行改进以抑制SSCI。其次,基于DFIG欧拉-拉格朗日(Euler-Lagrange,EL)模型和无源理论,设计转子侧无源控制器,通过计算稳定状态点,注入阻尼抑制SSCI。为提高抑制能力,采用带通滤波器改进无源控制,通过保持输入信号稳定提升控制器性能。最后,给出小干扰分析和时域仿真分析结果,并与PI控制和常规无源控制对比,验证所提策略在串补度变化和风速变化时的抑制效果。

关键词： DFIG 次同步控制相互作用振荡抑制无源控制欧拉-拉格朗日

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基于自抗扰控制的双馈风机次同步控制相互作用抑制策略研究

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电网技术 2019年第2期43卷 655-663页

作者：高本锋胡韵婷李忍姚磊赵书强新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学) 河北省保定市071003

双馈风电场经串补输电系统存在换流器控制与串联电容之间的次同步振荡问题,即次同步控制相互作用,其振荡特性受系统运行工况的影响。当系统运行工况变化时,现有抑制措施可能不再适用。为解决该问题,从双馈风机发生次同步控制相互作用的... 详细信息

双馈风电场经串补输电系统存在换流器控制与串联电容之间的次同步振荡问题,即次同步控制相互作用,其振荡特性受系统运行工况的影响。当系统运行工况变化时,现有抑制措施可能不再适用。为解决该问题,从双馈风机发生次同步控制相互作用的机理出发,提出一种基于自抗扰控制的双馈风机抑制策略:用自抗扰控制器替换转子侧有功内环比例积分控制环节,利用扩张状态观测器对系统次同步扰动进行实时估计并反馈补偿,从而有效抑制次同步控制相互作用。在PSCAD/EMTDC中搭建基于某实际风电场的仿真模型,分析该控制策略的运行特性。通过与比例积分控制对比,验证自抗扰控制具有良好的暂稳态运行特性;通过与现有附加阻尼控制对比,表明自抗扰控制可以实现风电场不同运行工况下次同步控制相互作用的有效抑制;该方法参数整定简单,具有较强的鲁棒性。

关键词：双馈风电场串补输电系统次同步控制相互作用自抗扰控制抑制策略

双馈风力发电机的次同步控制相互作用机理与特性研究

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电工技术学报 2013年第12期28卷 142-149,159页

作者：张剑肖湘宁高本锋罗超陈甜妹新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学) 北京102206

双馈风力发电机经固定串补线路送出会出现其转子侧变流器与串联电容之间的次同步振荡问题,称为次同步控制相互作用。本文基于单机无穷大系统,分析了次同步控制相互作用的机理,推导出一种判定次同步控制相互作用存在的条件。提出了一种... 详细信息

双馈风力发电机经固定串补线路送出会出现其转子侧变流器与串联电容之间的次同步振荡问题,称为次同步控制相互作用。本文基于单机无穷大系统,分析了次同步控制相互作用的机理,推导出一种判定次同步控制相互作用存在的条件。提出了一种区分由固定串补引起的双馈风机感应发电机效应和次同步控制相互作用的方法。采用时域仿真法分析了风速、输电线路串补度以及转子侧变流器的控制参数对次同步控制相互作用特性的影响。分析结果表明,风速的减小和串补度的提高会增强次同步控制的相互作用,会迅速导致双馈感应发电机输出功率的发散型振荡;控制器内外环增益的增大和积分时间常数的减小同样会加剧这一相互作用,其中,次同步控制相互作用对内环增益的变化最为敏感。

关键词：次同步振荡双馈感应发电机感应发电机效应次同步控制相互作用阻抗扫描时域仿真

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风电机组的次同步控制相互作用研究综述

电工技术学报 2015年第16期30卷 154-161页

作者：高本锋刘晋李忍赵书强华北电力大学新能源电力系统国家重点实验室保定071003

大规模风电经固定串补线路送出时,风力发电机组可能会存在由于转子侧变流器与固定串补之间相互作用而引起的次同步振荡问题,称为次同步控制相互作用(SSCI)。SSCI是随着风力发电技术的快速发展而出现的一种新的次同步振荡现象,2009年在... 详细信息

大规模风电经固定串补线路送出时,风力发电机组可能会存在由于转子侧变流器与固定串补之间相互作用而引起的次同步振荡问题,称为次同步控制相互作用(SSCI)。SSCI是随着风力发电技术的快速发展而出现的一种新的次同步振荡现象,2009年在美国第一次发生并造成风电机组的损坏。阐述SSCI问题的由来,总结不同类型风力发电机组的SSCI特性,分析SSCI发生机理和参数特性,探讨SSCI分析方法以及抑制措施。最后,对本课题的研究前景加以展望。

关键词：次同步控制相互作用双馈风力发电机串联补偿

基于复转矩系数法的双馈风机次同步控制相互作用阻尼特性研究

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电网技术 2020年第4期44卷 1247-1256页

作者：周际城彭晓涛罗鹏梁恺张政武汉大学电气与自动化学院湖北省武汉市430072

双馈风电场中的次同步控制相互作用(subsynchronous control interaction,SSCI)主要由双馈感应电机的多动态控制与传输线路中的固定串联电容之间的相互作用引起。从双馈风机转子电压方程出发,基于转速控制、转子侧变流器(rotor side con... 详细信息

双馈风电场中的次同步控制相互作用(subsynchronous control interaction,SSCI)主要由双馈感应电机的多动态控制与传输线路中的固定串联电容之间的相互作用引起。从双馈风机转子电压方程出发,基于转速控制、转子侧变流器(rotor side control,RSC)的功率外环和电流内环控制,推导了电磁转矩对转速的传递函数,进而基于复转矩系数法提出了用于分析双馈风电机场经串补线路并网系统SSCI稳定性的电气阻尼系数表达式。在此基础上,利用电磁转矩的电气阻尼系数表达式分析了风速、串补度、转速和RSC不同控制参数对SSCI稳定特性的影响。分析结果表明:降低风速、增大串补度、增大转速和RSC控制的比例参数和减小RSC控制的积分参数都会导致系统SSCI不稳定。最后利用PSCAD/EMTDC时域仿真,验证了利用所提电气阻尼特性分析系统SSCI稳定性的正确性和有效性。

关键词：双馈风力发电机次同步控制相互作用复转矩系数法电气阻尼固定串补电容

双馈风电机组次同步控制相互作用的反馈线性化滑模变结构抑制

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电工技术学报 2019年第17期34卷 3661-3671页

作者：李鹏瀚王杰吴飞上海交通大学电子信息与电气工程学院

针对双馈风电机组(DFIG)接入串补输电系统,提出基于反馈线性化的滑模变结构控制策略,并将之用于DFIG转子侧变流器控制回路以抑制次同步控制相互作用(SSCI)。首先通过反馈线性化方法抵消双馈风电机组固有的非线性;然后选取线性切换函数... 详细信息

针对双馈风电机组(DFIG)接入串补输电系统,提出基于反馈线性化的滑模变结构控制策略,并将之用于DFIG转子侧变流器控制回路以抑制次同步控制相互作用(SSCI)。首先通过反馈线性化方法抵消双馈风电机组固有的非线性;然后选取线性切换函数和指数趋近律设计滑模变结构控制策略;最后通过特征值分析和非线性时域仿真检验抑制效果,并与控制参数已整定的比例-积分控制策略和传统次同步谐振抑制策略进行对比。仿真结果表明,所提出的反馈线性化滑模变结构控制策略不仅有效抑制SSCI,使得双馈风电系统在不同风速和串补度下都能保持稳定运行,而且消除了反馈线性化控制方法对系统精确参数的依赖性,表现出对参数摄动和外界干扰的强鲁棒性。

关键词：双馈风电机组反馈线性化串联补偿滑模控制次同步控制相互作用次同步谐振

基于频率扫描的双馈风电机组次同步控制相互作用分析

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电力系统保护与控制 2017年第24期45卷 84-91页

作者：陈斐泓杨健维廖凯何正友福建省电力勘测设计院福建福州350003 西南交通大学电气工程学院四川成都610031

双馈风电机组中存在较多与次同步振荡频率范围耦合的控制环路,容易引发控制环路与线路串联电容补偿之间的次同步控制相互作用(SSCI)。其中双馈风电机组转子侧内环比例参数对SSCI影响显著,但由于其稳定阈值较小,在抑制SSCI时的可调范围有... 详细信息

双馈风电机组中存在较多与次同步振荡频率范围耦合的控制环路,容易引发控制环路与线路串联电容补偿之间的次同步控制相互作用(SSCI)。其中双馈风电机组转子侧内环比例参数对SSCI影响显著,但由于其稳定阈值较小,在抑制SSCI时的可调范围有限,因此有必要探寻控制环路中的其他参数对SSCI的影响。在建立完善的含双馈风电机组控制环路的并网系统阻抗模型的基础上,通过波特图与灵敏度分析详细对比控制参数对系统阻抗的影响大小,采用频率扫描法揭示了控制参数对系统阻抗的影响机理。结果表明:转子侧内环积分参数直接影响系统的谐振频率与线路的临界串联电容补偿度大小,积分参数的减小能够增加比例参数的可调范围,从而有利于降低并网系统发生SSCI的风险。

关键词：双馈风电机组次同步控制相互作用灵敏度分析波特图频率扫描法

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双馈风电机组次同步控制相互作用的抑制方法

电气工程学报 2021年第1期16卷 119-126页

作者：党存禄李旭鹏孙海斌武文成兰州理工大学电气工程与信息工程学院兰州730050 兰州理工大学甘肃省工业过程先进控制重点实验室兰州730050 兰州理工大学电气与控制工程国家级实验教学示范中心兰州730050

当系统发生扰动时,双馈风电机组的转子侧变流器会与串联补偿装置的电容器发生次同步控制相互作用(Sub-synchronous control interaction,SSCI),使双馈风电机组在一定程度上表现为次同步振荡的发生源,严重影响到电力系统的稳定性。在抑... 详细信息

当系统发生扰动时,双馈风电机组的转子侧变流器会与串联补偿装置的电容器发生次同步控制相互作用(Sub-synchronous control interaction,SSCI),使双馈风电机组在一定程度上表现为次同步振荡的发生源,严重影响到电力系统的稳定性。在抑制次同步振荡的同时,当控制器参数发生变化时,使控制器原有性能不受影响:分析了次同步振荡的发生机理,在PSCAD/EMTDC平台上搭建了研究该双馈风电机组次同步振荡的电磁暂态模型,通过在转子侧变流器中加入滤波器来抑制次同步控制相互作用的方法,有效地抑制了双馈风电系统中发生的SSCI,使畸变电流收敛,进而控制双馈风电系统输出的有功和无功功率,抑制系统中出现的SSCI,使双馈风电机组在低风速、高串补度和转子侧变流器内环增益较高的工况下都能够稳定运行。

关键词：双馈风电机组次同步控制相互作用转子侧变流器抑制方法时域仿真

DFIG并网次同步控制相互作用的机理分析与抑制策略研究

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DFIG并网次同步控制相互作用的机理分析与抑制策略研究

作者：邓福莉兰州理工大学

学位级别：硕士

次同步控制相互作用是双馈风电机组经固定串联补偿电容并网而引发的一种新型次同步振荡故障,使得电力系统的安全稳定运行受到了严重威胁。由于双馈风电机组中存在着大量非线性电力电子元件,控制系统参数复杂,因此针对双馈风电机组出现... 详细信息

次同步控制相互作用是双馈风电机组经固定串联补偿电容并网而引发的一种新型次同步振荡故障,使得电力系统的安全稳定运行受到了严重威胁。由于双馈风电机组中存在着大量非线性电力电子元件,控制系统参数复杂,因此针对双馈风电机组出现次同步控制相互作用的机理分析以及抑制策略研究面临一定的困难。目前,对于次同步控制相互作用的机理分析主要是对双馈风电机组转子侧控制器参数影响的研究,对于网侧控制器参数影响以及转子侧和网侧控制器参数之间的相互作用机理尚未深入研究,并且已有的抑制措施侧重于直接或者间接通过改变控制器参数来达到抑制效果。从而本文针对次同步控制相互作用的机理分析及其抑制措施进行了如下研究:首先,给出了双馈风电机组并网系统数学模型,从电路性质和控制器传递函数角度,推导了完善的仅考虑转子侧变流器控制参数的DFIG阻抗解析表达式以及同时考虑转子侧和网侧变流器控制器参数的DFIG系统阻抗解析表达式,进而得到了系统发生次同步控制相互作用的条件。通过PSCAD/EMTDC仿真平台,在不含固定串联补偿电容工况下,基于动态频率扫描法揭示了控制参数对系统阻抗的影响机理和作用途径;在含固定串联补偿电容工况下,通过时域仿真对比控制参数对系统阻抗的影响大小,验证了分析机理过程的有效性和正确性。其次,针对双馈风电机组次同步控制相互作用问题,提出了利用H桥级联型静止同步串联补偿器(Static Synchronous Series Compensator,SSSC)(H-SSSC)装置来抑制次同步控制相互作用。给出了H-SSSC拓扑结构,分析了SSSC的运行模式,结合SSSC基本原理,提出了适用于抑制次同步控制相互作用的H-SSSC控制策略,仿真结果验证了H-SSSC装置能够抑制次同步控制相互作用现象带来的系统振荡和减小了输出功率振荡幅度。最后,针对H-SSSC装置接入电网会给电网带来冲击扰动,提出了在H-SSSC装置附加一种基于改进鲸鱼算法的阻尼控制器,阻尼控制器的输入信号采用HSSSC装置两端的功率差,同时改进鲸鱼算法以接入H-SSSC两端的功率差值最小为目标函数,将算法优化后的控制器参数输入控制器。仿真验证了附加阻尼控制器对H-SSSC装置接入系统后造成的冲击扰动抑制效果明显;优化后的附加阻尼控制器对各种短路工况下的动态响应好,提高了系统的稳定性。

关键词：双馈风电机组次同步控制相互作用等效阻抗 H桥级联同步串联补偿阻尼控制器