CN109217362A - 一种双馈风机并网系统低频振荡扰动源定位系统及方法 - Google Patents

一种双馈风机并网系统低频振荡扰动源定位系统及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109217362A
CN109217362A CN201810959091.XA CN201810959091A CN109217362A CN 109217362 A CN109217362 A CN 109217362A CN 201810959091 A CN201810959091 A CN 201810959091A CN 109217362 A CN109217362 A CN 109217362A
Authority
CN
China
Prior art keywords
energy
generator
double
oscillation
source
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201810959091.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN109217362B (zh
Inventor
马静
赵冬
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
North China Electric Power University
Original Assignee
North China Electric Power University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by North China Electric Power University filed Critical North China Electric Power University
Priority to CN201810959091.XA priority Critical patent/CN109217362B/zh
Publication of CN109217362A publication Critical patent/CN109217362A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109217362B publication Critical patent/CN109217362B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H02J3/386
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/24Arrangements for preventing or reducing oscillations of power in networks
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70Wind energy
    • Y02E10/76Power conversion electric or electronic aspects

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)

Abstract

本发明公开了属于电力系统稳定分析技术领域的一种双馈风机并网系统低频振荡扰动源定位系统及方法。所述系统包括顺序相连的信息采集模块、振荡源定位模块、振荡源位置输出模块;所述方法包括采集含虚拟惯量控制的双馈风机并网系统中网络结构参数、系统内母线电压、发电机节点注入电流和负荷节点注入电流数据,构建含虚拟惯量控制的双馈风电机组动态能量模型,通过求取振荡过程中元件或支路动态能量,判断其正负及变化趋势追溯引起低频振荡的扰动源。本发明能够准确定位低频振荡扰动源位置,同时将风机相关控制环节在低频振荡中的作用考虑在内,且分析了其可能对风机扰动源形成的影响。

Description

一种双馈风机并网系统低频振荡扰动源定位系统及方法
技术领域
本发明属于电力系统稳定分析技术领域,尤其涉及一种双馈风机并网系统低频振荡扰动源定位系统及方法。
背景技术
大比例高渗透率的风电接入电网后,其自身惯性的缺失将导致系统调节能力弱化。尤其在扰动作用下,风电常表现出与常规发电迥异的行为,使电力系统动态特性发生质的变化,对系统安全稳定运行造成潜在威胁,制约风电渗透率的进一步提高。因此对含高风电渗透率的互联系统复杂动态行为及振荡机理的深入研究势在必行。
现有电力系统低频振荡扰动源定位方法主要分为:混合动态仿真法、行波检测法和能量函数法。混合动态仿真法是近年来提出的一种基于PMU数据测量的方法,该方法将测量与动态仿真相结合,通过对比WAMS实测数据与仿真所得结果一致性来判断分析区域是否存在振荡源。但其有效性对模型和参数地准确度要求较高,而现代电力系统区域互联,涉及元件种类繁多,建模过程中模型与参数难以保证与实际电力系统的一致性,从而极大的影响该方法的准确度。行波检测法利用电力系统受扰动点电压、电流波形发生畸变从而产生特殊形状波形在电网中传播这一特征对低频振荡扰动源进行定位。然而该方法分析过程中需要对测量信号进行希尔伯特变换,但电力系统中普遍存在的噪声会大大影响变换结果的正确度,从而影响对扰动源定位的准确度。能量函数法是评估电力系统暂态稳定的基本方法之一,其基本思路是当系统发生强迫振荡时,外施扰动产生的能量只能通过其所在设备流入电网,因此可以通过计算网络各支路或割集的能量增减来辨识系统振荡源。该方法通过观察势能曲线即可直观定位扰动源位置,准确度高。除此之外,基于SCADA数据实时定位,自动定位等新低频振荡扰动源定位方法也在不断发展,但目前对低频振荡扰动源定位的研究仍集中在传统电力系统,对含风电机组的系统低频振荡源定位问题的研究甚少且并未分析风机相关控制环节在低频振荡中的作用,以及其可能对风机扰动源形成的影响。
发明内容
针对上述问题,本发明提出了一种双馈风机并网系统低频振荡扰动源定位系统及方法,其特征在于,
一种双馈风机并网系统低频振荡扰动源定位系统,包括顺序相连的信息采集模块、振荡源定位模块、振荡源位置输出模块;
所述信息采集模块用于采集含虚拟惯量控制的双馈风机并网系统中的网络结构参数、系统内母线电压、发电机节点注入电流和负荷节点注入电流数据,并将采集的数据发送至振荡源定位模块;
所述振荡源定位模块用于定位系统的低频振荡扰动源,利用信息采集模块采集的数据构建动态能量函数模型,根据发电机和负荷支路的动态能量计算值及对动态能量变化过程的分析,通过判断振荡过程中元件或支路动态能量的正负,定位引起低频振荡的扰动源;
所述振荡源位置输出模块用于输出振荡源位置。
一种双馈风机并网系统低频振荡扰动源定位方法,包括:
步骤1:数据采集
采集含虚拟惯量控制的双馈风机并网系统中的网络结构参数、系统内母线电压、发电机节点注入电流和负荷节点注入电流数据;
步骤2:构建动态能量函数模型
依据步骤1采集的数据,构建含虚拟惯量控制的双馈风电机组动态能量函数模型,计算得到发电机和负荷支路的动态能量计算值,以表征风机原动系统和励磁系统动态能量变化及阻尼消耗能量;
步骤3:定位系统低频振荡扰动源
根据发电机和负荷支路的动态能量计算值及对动态能量变化过程的分析,利用系统振荡源定位判据定位系统低频振荡扰动源,即通过判断振荡过程中元件或支路动态能量的正负,定位引起系统低频振荡的扰动源;
步骤4:振荡源结果输出
利用振荡源位置输出模块输出振荡源位置信息。
采用动态能量法构建含虚拟惯量控制的双馈风电机组动态能量函数模型,具体包括以下子步骤:
步骤201:机电暂态时间尺度下,直流母线电压恒定,且将网侧变频器控制与转子解耦,在小干扰稳定性分析中忽略直流侧与网侧变频器的暂态过程,引入虚拟惯量控制,即在最大功率控制基础上引入电网频率的附加控制,使风机能够快速响应电网频率变化,瞬时增加有功出力参与系统一次调频;
所述虚拟惯量控制在电网频率变化过程中虚拟的等效惯量表示为:
其中,
λ=Δωr/Δωs
式中,λ为转速调节系数,ωr和ωs分别为转子角速度和系统同步角速度,Δωr和Δωs分别为转子角速度增量和系统同步角速度增量,JDFIG为双馈风力发电机组的总转动惯量;
步骤202:构造含虚拟惯量控制的双馈风电机组动态能量模型,包括发电机动态能量模型和负荷支路动态能量模型;
所述发电机动态能量模型为:
W=Wgen+Wexc
式中,Wgen为原动系统注入的能量,Wexc为励磁系统注入的能量;分别为等效风力机和发电机质量块的动能变化量,分别为等效风力机和发电机两质量块阻尼消耗的能量,∫Pww为风力机输入的能量;为励磁系统注入到发电机的能量,为能量流动过程中消耗的部分,为发电机内部储存的势能,为经发电机向电网中注入的能量;
所述负荷支路动态能量模型为:
其中,
Pe′=Pe+Pvir
Pvir=KP_virrefs)+KI_virs/dt
式中,W为双馈发电机组流入电网中的能量,Pe、Pe′分别为增加虚拟惯量控制模块前后双馈发电机的电磁功率,Qe为双馈发电机的无功功率,U为母线电压,KP_vir、KD_vir分别为虚拟惯量控制的比例增益和微分增益,且KP_vir>0,KD_vir<0;ωref为转子角速度,ωs为系统同步角速度,Pvir为虚拟惯量控制输出的有功功率参考值。
控制系统注入发电机的能量,一部分以势能的形式储存在发电机中,一部分被阻尼消耗掉,其余部分流入电网。
所述系统振荡源定位判据为:
1)若振荡过程中元件或支路动态能量为正,表明发出能量,对低频振荡呈现负阻尼,则初步判定为扰动源;
2)若振荡过程中元件或支路动态能量为负,表明吸收能量,对低频振荡呈现正阻尼,则初步判定为非扰动源;
3)当初步判定的扰动源为风机时,需进一步判断其能量变化趋势,若能量呈上升趋势,则判定为扰动源;若能量呈下降趋势,则判定为非扰动源。
所述步骤3还包括:当系统强迫振荡时,施加扰动产生的能量只能通过其所在设备流入电网,通过计算发电机注入到系统中的能量定位系统强迫功率振荡源。
本发明的有益效果在于:
本发明通过构造基于双质量块模型的双馈风机励磁系统的动态能量函数,分析风机原动系统和励磁系统动态能量变化及阻尼消耗能量,能够准确定位低频振荡扰动源位置,同时将风机相关控制环节在低频振荡中的作用考虑在内,且分析了其可能对风机扰动源形成的影响。
附图说明
附图1为本发明提供的一种双馈风机并网系统低频振荡扰动源定位系统结构示意图;
附图2为本发明实施方式中的虚拟惯量控制结构图;
附图3为本发明实施方式中的新英格兰10机39节点系统图;
附图4为本发明实施方式中的线路21-22的有功功率图;
附图5为本发明实施方式中的各台发电机组的动态能量变化图;
附图6为本发明实施方式中的各台发电机组注入系统的能量图;
附图7为本发明实施方式中的DFIG有功功率振荡图;
附图8为本发明实施方式中的同步发电机有功功率波动图;
附图9为本发明实施方式中的同步发电机母线电压相角波动图;
附图10为本发明实施方式中的各台发电机组注入系统的能量图;
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
附图1为本发明提出的一种双馈风机并网系统低频振荡扰动源定位系统结构示意图,如图1所示,所述系统由顺序相连的信息采集模块、振荡源定位模块和振荡源位置输出模块组成;
所述信息采集模块用于采集含虚拟惯量控制的双馈风机并网系统中的网络结构参数、系统内母线电压、发电机节点注入电流和负荷节点注入电流数据,并将采集的数据发送至振荡源定位模块;
所述振荡源定位模块用于定位系统的低频振荡扰动源,利用信息采集模块采集的数据构建动态能量函数模型,根据发电机和负荷支路的动态能量计算值及对动态能量变化过程的分析,通过判断振荡过程中元件或支路动态能量的正负,定位引起低频振荡的扰动源;
所述振荡源位置输出模块用于输出振荡源位置。
基于上述的一种双馈风机并网系统低频振荡扰动源定位系统,本发明还提出一种双馈风机并网系统低频振荡扰动源定位方法,所述方法包括以下步骤:
步骤1:数据采集
采集含虚拟惯量控制的双馈风机并网系统中的网络结构参数、系统内母线电压、发电机节点注入电流和负荷节点注入电流数据;
步骤2:构建动态能量函数模型
依据步骤1采集的数据,构建含虚拟惯量控制的双馈风电机组动态能量函数模型,计算得到发电机和负荷支路的动态能量计算值,以表征风机原动系统和励磁系统动态能量变化及阻尼消耗能量;
步骤3:定位系统低频振荡扰动源
根据发电机和负荷支路的动态能量计算值及对动态能量变化过程的分析,利用系统振荡源定位判据定位系统低频振荡扰动源,即通过判断振荡过程中元件或支路动态能量的正负,定位引起系统低频振荡的扰动源;
步骤4:振荡源结果输出
利用振荡源位置输出模块输出振荡源位置信息。
具体的,所述步骤2中采用动态能量法构建含虚拟惯量控制的双馈风电机组动态能量函数模型,具体构建方法为:
步骤201:机电暂态时间尺度下,直流母线电压恒定,且将网侧变频器控制与转子解耦,在小干扰稳定性分析中忽略直流侧与网侧变频器的暂态过程,构建考虑转子绕组、机侧变换器及发电机组机械部分暂态过程的双馈异步发电机小干扰模型,构建虚拟惯量控制模型。
步骤202:构造含虚拟惯量控制的双馈风电机组动态能量模型,包括发电机动态能量模型和负荷支路动态能量模型;
构造含虚拟惯量控制的双馈风电机组动态能量模型的分析过程如下:
如图2所示的虚拟惯量控制结构图,其控制过程分析如下:当系统频率降低时,引入与系统频率偏差比例以及微分值相关的有功输出量,调整转子侧变换器的有功参考值,从而释放风机转子动能,增加出力,为系统提供部分惯性支撑。虚拟惯量控制的数学表达式为:
式中,KP_vir、JD_vir分别为虚拟惯量控制的比例和微分增益,一般有KP_vir>0,KD_vir<0,xω为引入的中间变量;fmeas为系统频率测量值,可由锁相环测得。
在虚拟惯量控制的作用下,转子变换器的有功功率参考值可表示为:
式中,Popt为最大功率跟踪模块输出的有功参考值。
依据节点电压方程的系统能量函数构造方法,应用支路以及节点信息进行积分运算可得到系统的能量:
W=∫Im(((YUB-IG+IL)*)TdUB) (3)
式中,Y为系统导纳矩阵,UB为母线电压列向量,IG和IL分别为发电机节点注入电流和负荷节点注入电流列向量,Im表示取复数的虚部。
式(3)中包含了网络、发电机以及负荷三部分的能量,在此基础上,进一步推导系统各部分的能量表达。
其中,忽略网络中的电导,则网络部分的能量公式为:
发电机部分的能量公式为:
负荷部分的能量公式为:
通过上述分析可知,从能量的角度分析电力系统振荡时的机网交互特性能够迅速做出稳定判断。当系统发生小扰动时,对各发电机连接的各重要支路能量流动方向或变化情况的分析能够准确定位扰动发生的位置,评估不同发电机组的阻尼水平,有助于系统运行人员及时采取相应措施防止低频振荡影响范围的扩大及系统运行工况的恶化,也为电网后续优化控制提供可靠的依据。
基于该模型,推导接入双馈发电机组的电力系统的动态能量函数模型,推导过程如下:
发电机的能量函数模型表示为:
由式(7)可知,发电机输出能量可以用发电机支路电压电流表示,由于能量法的通用性,对于任何发电机类型上式都成立,只是不同类型发电机内部能量流动特性可能有所差别。因此考虑将动态能量法应用于含双馈风电机组的电力系统中,构建双馈风电机组的动态能量模型。
双馈风电机组原动部分输入到电网中的能量可表示为:
式中,分别为等效风力机和发电机质量块的动能变化量, 分别为等效风力机和发电机两质量块阻尼消耗的能量,该能量随时间不断增加,∫Pww为风力机输入的能量。
从式(8)可以看出,原动系统输入到发电机部分的能量除了用于增加质量块的动能和阻尼消耗之外,其余流入到电网中。电力系统发生低频振荡过程中,若不考虑附加控制,则动能和势能是随时间振荡的,而阻尼消耗的能量则是单调递增的。
除了原动系统会给发电机输入能量,励磁系统也会为发电机提供一部分能量。双馈异步风电机组的励磁系统由转子三相绕组构成,同定子绕组一样,转子绕组也连接三相对称电源,形成一个空间旋转的磁场,在定子侧感应同频率的感应电动势,即可以完成能量交换。研究双馈发电机励磁系统与电网的能量交互应从转子绕组的电压电流关系入手,发电机、轴能量流动关系可表示为:
式中,为励磁系统注入到发电机的能量,为能量流动过程中消耗的部分,为发电机内部储存的势能,为经发电机向电网中注入的能量。
由原动系统和励磁系统间能量关系可知,控制系统注入发电机的能量,一部分以势能的形式储存在发电机中,一部分被阻尼消耗掉,其余部分则流入电网中。
通过上述的推导与分析,双馈风电机组的动态能量可表示为:
W=Wgen+Wexc (11)
式中,Wgen为原动系统注入的能量,Wexc为励磁系统注入的能量。
其中,励磁系统注入的能量Wexc由式(9)和式(10)相加得到:
将式(8)与式(12)相加得到双馈发电机组流入电网中的能量为:
根据由能量守恒推导的电力系统能量函数可得:
式(14)是用支路信息表示的发电机动态能量,利用支路信息可计算发电机输出的能量。由于阻尼绕组消耗的能量总为正,因此振荡过程中不过多关注这部分能量。
双馈风电机组通过原动系统和励磁系统与电网交互的能量与控制方式有关,可能产生能量也可能消耗能量,因此可用这部分能量在系统振荡过程中的变化情况来评估发电机的阻尼水平,即如果动态能量为正,则说明发电机产生了能量,可判定为负阻尼;如果动态能量为负,则说明发电机消耗了能量,可判定为正阻尼。
双馈风电机组在电网频率变化过程中虚拟出的等效惯量为:
其中,
λ=Δωr/Δωs
式中,λ为转速调节系数,ωr和ωs分别为转子角速度和系统同步角速度,Δωr和Δωs分别为转子角速度增量和系统同步角速度增量,JDFIG为双馈风力发电机组的总转动惯量。通常风机的转速调节范围比系统频率可调节范围大很多,故λ>>1,即双馈风机可虚拟出比固有转动惯量大很多的惯量。
同时根据惯性时间常数的定义,可以得到此时双馈风机的等效虚拟惯性时间常数:
式中,PDFIG为DFIG的额定容量。
则等效虚拟惯性时间常数与原风机惯性时间常数的关系为:
加入虚拟惯量控制后,风机轴系动态的双质量块运动方程中,发电机质量块的运动方程应改为:
其中,
Pe′=Pe+Pvir (19)
Pvir=KP_virrefs)+KI_virs/dt (20)
式中,Pvir为虚拟惯量控制输出的有功功率参考值。
此时双馈风机支路的动态能量模型可表示为:
经分析可知,虚拟惯量控制通过调整风机出力来影响其动态能量,由于响应的是系统频率的变化,通常其PD参数设定值较大,因此虚拟惯量控制对双馈风机并网系统的小干扰稳定的影响程度可以通过风机原动系统振荡过程中的能量变化来体现。应当注意的是,由于惯量控制的加入,双馈风电机组发出的能量可能比未加控制的风机多,因此即便不是系统振荡源,也可能呈现能量释放状态,需要做进一步判断。
鉴于此,本发明提出一种系统振荡源定位判据,所述判据根据发电机和负荷支路的动态能量计算值及对动态能量变化过程定位系统低频振荡扰动源,所述系统振荡源定位判据如下:
1)若振荡过程中元件或支路动态能量为正,表明发出能量,对低频振荡呈现负阻尼,可初步判定为扰动源;
2)若振荡过程中元件或支路动态能量为负,表明吸收能量,对低频振荡呈现正阻尼,可初步判定为非扰动源;
3)当初步判定的扰动源为风机时,需进一步判断其能量变化趋势,若能量呈上升趋势,则判定为扰动源;若能量呈下降趋势,则判定为非扰动源。
实施例1
本实施例采用双馈风机并联等效模型来模拟整个风电场。如图3所示的新英格兰10机39节点系统图,风电场由1000台完全相同的双馈异步风机并联组成,风机出口并联在母线39处向电网供电,每台风机的额定容量为1.5MW,并且按照额定出力运行;风电场首先经过0.69/20kV场内变压器,再经过20/230kV变压器连接到母线5处进行输电,其余发电机为同步发电机。
附图4是本实施例中线路21-22的有功功率时域曲线图。如图4所示,假设t=1.5s时,线路21-22处发生一个瞬时小扰动,引发系统自由振荡,并随时间衰减,至14S左右振荡平息。
附图5是本实施例中的各台发电机组的动态能量变化图。如图5所示,稳态过程中,各台发电机的动态能量保持恒定,即发电机和系统的动态能量都不发生变化;当施加小扰动系统处于减幅振荡状态时,发电机与系统产生能量交换,发电机的动态能量处于振荡变化过程中。
进一步将各台发电机能量减去发电机的动能,得到各同步发电机及DFIG的能量输出如图6所示,图中G2~G10发电机组对应的曲线随时间下降,说明机组向系统注入的能量为负,即机组消耗了部分能量。而DFIG的曲线上升,说明机组向系统注入了能量,即双馈风电机组是产生能量的机组,对低频振荡表现出负阻尼,因此可判定DFIG为系统自由振荡的扰动源。
附图7为本实施例中双馈风力发电机组DFIG的有功功率振荡曲线,如图7所示,在5S时DFIG机械转矩设置一个周期性小扰动,系统发生强迫功率振荡。风机有功输出出现近似等幅振荡现象,则系统中同步发电机有功输出及其母线电压相角波动曲线分别如图8、图9所示。附图10为本实施例中的各台发电机组注入系统的能量图,通过对各台发电机组注入系统的能量进行能量分析,得到如下分析结果:DFIG机组注入到系统中的能量为正值,其他机组注入到系统中的能量为负值,由此可判定DFIG为低频振荡的扰动源。
此实施例仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种双馈风机并网系统低频振荡扰动源定位系统,其特征在于,包括顺序相连的信息采集模块、振荡源定位模块、振荡源位置输出模块;
所述信息采集模块用于采集含虚拟惯量控制的双馈风机并网系统中的网络结构参数、系统内母线电压、发电机节点注入电流和负荷节点注入电流数据,并将采集的数据发送至振荡源定位模块;
所述振荡源定位模块用于定位系统的低频振荡扰动源,利用信息采集模块采集的数据构建动态能量函数模型,根据发电机和负荷支路的动态能量计算值及对动态能量变化过程的分析,通过判断荡过程中元件或支路动态能量的正负,定位引起低频振荡的扰动源;
所述振荡源位置输出模块用于输出振荡源位置。
2.一种双馈风机并网系统低频振荡扰动源定位方法,其特征在于,包括:
步骤1:数据采集
采集含虚拟惯量控制的双馈风机并网系统中的网络结构参数、系统内母线电压、发电机节点注入电流和负荷节点注入电流数据;
步骤2:构建动态能量函数模型
依据步骤1采集的数据,构建含虚拟惯量控制的双馈风电机组动态能量函数模型,计算得到发电机和负荷支路的动态能量计算值,以表征风机原动系统和励磁系统动态能量变化及阻尼消耗能量;
步骤3:定位系统低频振荡扰动源
根据发电机和负荷支路的动态能量计算值及对动态能量变化过程的分析,利用系统振荡源定位判据定位系统低频振荡扰动源,即通过判断振荡过程中元件或支路动态能量的正负,定位引起系统低频振荡的扰动源;
步骤4:振荡源结果输出
利用振荡源位置输出模块输出振荡源位置信息。
3.根据权利要求2所述的一种双馈风机并网系统低频振荡扰动源定位方法,其特征在于,采用动态能量法构建含虚拟惯量控制的双馈风电机组动态能量函数模型,具体包括以下子步骤:
步骤201:机电暂态时间尺度下,直流母线电压恒定,且将网侧变频器控制与转子解耦,在小干扰稳定性分析中忽略直流侧与网侧变频器的暂态过程,引入虚拟惯量控制,即在最大功率控制基础上引入电网频率的附加控制,使风机能够快速响应电网频率变化,瞬时增加有功出力参与系统一次调频;
所述虚拟惯量控制在电网频率变化过程中虚拟的等效惯量表示为:
其中,
λ=Δωr/Δωs
式中,λ为转速调节系数,ωr和ωs分别为转子角速度和系统同步角速度,Δωr和Δωs分别为转子角速度增量和系统同步角速度增量,JDFIG为双馈风力发电机组的总转动惯量;
步骤202:构造含虚拟惯量控制的双馈风电机组动态能量模型,包括发电机动态能量模型和负荷支路动态能量模型;
所述发电机动态能量模型为:
W=Wgen+Wexc
式中,Wgen为原动系统注入的能量,Wexc为励磁系统注入的能量;分别为等效风力机和发电机质量块的动能变化量,分别为等效风力机和发电机两质量块阻尼消耗的能量,∫Pww为风力机输入的能量;为励磁系统注入到发电机的能量,为能量流动过程中消耗的部分,为发电机内部储存的势能,为经发电机向电网中注入的能量;
所述负荷支路动态能量模型为:
其中,
P′e=Pe+Pvir
Pvir=KP_virrefs)+KI_virs/dt
式中,W为双馈发电机组流入电网中的能量,Pe、P′e分别为增加虚拟惯量控制模块前后双馈发电机的电磁功率,Qe为双馈发电机的无功功率,U为母线电压,KP_vir、KD_vir分别为虚拟惯量控制的比例增益和微分增益,且KP_vir>0,KD_vir<0;ωref为转子角速度,ωs为系统同步角速度,Pvir为虚拟惯量控制输出的有功功率参考值。
4.根据权利要求3所述的一种双馈风机并网系统低频振荡扰动源定位方法,其特征在于,控制系统注入发电机的能量,一部分以势能的形式储存在发电机中,一部分被阻尼消耗掉,其余部分流入电网。
5.根据权利要求2所述的一种双馈风机并网系统低频振荡扰动源定位方法,其特征在于,所述系统振荡源定位判据为:
1)若振荡过程中元件或支路动态能量为正,表明发出能量,对低频振荡呈现负阻尼,则初步判定为扰动源;
2)若振荡过程中元件或支路动态能量为负,表明吸收能量,对低频振荡呈现正阻尼,则初步判定为非扰动源;
3)当初步判定的扰动源为风机时,需进一步判断其能量变化趋势,若能量呈上升趋势,则判定为扰动源;若能量呈下降趋势,则判定为非扰动源。
6.根据权利要求2所述的一种双馈风机并网系统低频振荡扰动源定位方法,其特征在于,所述步骤3还包括:当系统强迫振荡时,施加扰动产生的能量只能通过其所在设备流入电网,通过计算发电机注入到系统中的能量定位系统强迫功率振荡源。
CN201810959091.XA 2018-08-22 2018-08-22 一种双馈风机并网系统低频振荡扰动源定位系统及方法 Active CN109217362B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810959091.XA CN109217362B (zh) 2018-08-22 2018-08-22 一种双馈风机并网系统低频振荡扰动源定位系统及方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810959091.XA CN109217362B (zh) 2018-08-22 2018-08-22 一种双馈风机并网系统低频振荡扰动源定位系统及方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109217362A true CN109217362A (zh) 2019-01-15
CN109217362B CN109217362B (zh) 2021-01-15

Family

ID=64989421

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810959091.XA Active CN109217362B (zh) 2018-08-22 2018-08-22 一种双馈风机并网系统低频振荡扰动源定位系统及方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109217362B (zh)

Cited By (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110011357A (zh) * 2019-04-29 2019-07-12 东南大学 一种双馈风电场中强迫振荡扰动源定位方法
CN110299712A (zh) * 2019-07-30 2019-10-01 华北电力大学 一种直驱风机次同步振荡的控制方法及系统
CN110299729A (zh) * 2019-07-30 2019-10-01 华北电力大学 一种双馈风电机组的稳定性评估方法及系统
CN110309625A (zh) * 2019-07-30 2019-10-08 华北电力大学 一种双馈风电并网系统的能量稳定域确定方法及系统
CN110417046A (zh) * 2019-06-04 2019-11-05 重庆大学 面向小干扰稳定提升的风电虚拟惯量优化配置方法
CN110504695A (zh) * 2019-08-06 2019-11-26 东南大学 一种评估双馈风机在强迫振荡中参与度的方法
CN110571848A (zh) * 2019-08-19 2019-12-13 江苏方天电力技术有限公司 一种适用于强迫振荡分布式定位的自适应电网划分方法
CN110674791A (zh) * 2019-10-17 2020-01-10 东南大学 一种基于多阶段迁移学习的强迫振荡分层定位方法
CN110879324A (zh) * 2019-12-02 2020-03-13 国网湖南省电力有限公司 一种励磁系统在功率振荡中阻尼特性的辨别方法
CN110890753A (zh) * 2019-12-03 2020-03-17 国网湖南省电力有限公司 一种基于vmd算法的发电机组扰动源定位方法
CN111064196A (zh) * 2019-12-22 2020-04-24 上海电力大学 一种高渗透风机模糊自适应运行的微网电压控制方法
CN110425092B (zh) * 2019-07-30 2020-06-16 华北电力大学 一种基于能量频谱的风电并网系统振荡源定位系统及方法
CN111597704A (zh) * 2020-05-12 2020-08-28 东北电力大学 一种利用实测信息识别电力系统仿真致差区域的方法
CN111880032A (zh) * 2020-07-15 2020-11-03 华北电力大学 直驱风电系统中影响稳定性的交互环节确定方法及系统
CN113162113A (zh) * 2021-04-19 2021-07-23 东北电力大学 确定含永磁风机电力系统机电振荡源的节点模式能量方法
CN113193589A (zh) * 2021-03-31 2021-07-30 哈尔滨工业大学 基于数字孪生模拟的dfig风电场次同步振荡抑制方法
CN113258554A (zh) * 2021-06-22 2021-08-13 湖北东湖实验室 纯电池动力船舶系统直流母线电压稳定性快速分析方法
CN115015697A (zh) * 2022-08-09 2022-09-06 中国电力科学研究院有限公司 一种新能源的宽频振荡扰动源定位方法及系统
CN117081110A (zh) * 2023-10-10 2023-11-17 国网湖北省电力有限公司 一种多机并联新能源虚拟惯量振荡抑制方法及相关装置
CN117543627A (zh) * 2024-01-08 2024-02-09 华北电力大学 一种双馈风机振荡扰动源定位方法、系统及电子设备

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102545245A (zh) * 2012-01-16 2012-07-04 清华大学 基于端口供给能量的电力系统振荡源定位方法
EP2270953A3 (en) * 2003-08-15 2014-11-19 American Power Conversion Corporation Uninterruptible power supply

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2270953A3 (en) * 2003-08-15 2014-11-19 American Power Conversion Corporation Uninterruptible power supply
CN102545245A (zh) * 2012-01-16 2012-07-04 清华大学 基于端口供给能量的电力系统振荡源定位方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
马静等: ""双馈风电机组虚拟惯量控制对系统小干扰稳定性的影响"", 《电力系统自动化》 *

Cited By (36)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110011357A (zh) * 2019-04-29 2019-07-12 东南大学 一种双馈风电场中强迫振荡扰动源定位方法
CN110011357B (zh) * 2019-04-29 2022-06-03 东南大学 一种双馈风电场中强迫振荡扰动源定位方法
CN110417046A (zh) * 2019-06-04 2019-11-05 重庆大学 面向小干扰稳定提升的风电虚拟惯量优化配置方法
CN110417046B (zh) * 2019-06-04 2020-11-24 重庆大学 面向小干扰稳定提升的风电虚拟惯量优化配置方法
CN110299712A (zh) * 2019-07-30 2019-10-01 华北电力大学 一种直驱风机次同步振荡的控制方法及系统
CN110309625B (zh) * 2019-07-30 2021-09-07 华北电力大学 一种双馈风电并网系统的能量稳定域确定方法及系统
US11245263B2 (en) 2019-07-30 2022-02-08 North China Electric Power University System and method of locating oscillation sources of wind power integrated system based on energy spectrums
CN110299712B (zh) * 2019-07-30 2021-02-09 华北电力大学 一种直驱风机次同步振荡的控制方法及系统
CN110309625A (zh) * 2019-07-30 2019-10-08 华北电力大学 一种双馈风电并网系统的能量稳定域确定方法及系统
CN110299729A (zh) * 2019-07-30 2019-10-01 华北电力大学 一种双馈风电机组的稳定性评估方法及系统
CN110425092B (zh) * 2019-07-30 2020-06-16 华北电力大学 一种基于能量频谱的风电并网系统振荡源定位系统及方法
CN110504695B (zh) * 2019-08-06 2022-07-08 东南大学 一种评估双馈风机在强迫振荡中参与度的方法
CN110504695A (zh) * 2019-08-06 2019-11-26 东南大学 一种评估双馈风机在强迫振荡中参与度的方法
CN110571848A (zh) * 2019-08-19 2019-12-13 江苏方天电力技术有限公司 一种适用于强迫振荡分布式定位的自适应电网划分方法
CN110674791A (zh) * 2019-10-17 2020-01-10 东南大学 一种基于多阶段迁移学习的强迫振荡分层定位方法
CN110674791B (zh) * 2019-10-17 2022-04-12 东南大学 一种基于多阶段迁移学习的强迫振荡分层定位方法
CN110879324A (zh) * 2019-12-02 2020-03-13 国网湖南省电力有限公司 一种励磁系统在功率振荡中阻尼特性的辨别方法
CN110879324B (zh) * 2019-12-02 2022-05-17 国网湖南省电力有限公司 一种励磁系统在功率振荡中阻尼特性的辨别方法
CN110890753A (zh) * 2019-12-03 2020-03-17 国网湖南省电力有限公司 一种基于vmd算法的发电机组扰动源定位方法
CN110890753B (zh) * 2019-12-03 2021-08-03 国网湖南省电力有限公司 一种基于vmd算法的发电机组扰动源定位方法
CN111064196A (zh) * 2019-12-22 2020-04-24 上海电力大学 一种高渗透风机模糊自适应运行的微网电压控制方法
CN111597704B (zh) * 2020-05-12 2022-04-01 东北电力大学 一种利用实测信息识别电力系统仿真致差区域的方法
CN111597704A (zh) * 2020-05-12 2020-08-28 东北电力大学 一种利用实测信息识别电力系统仿真致差区域的方法
CN111880032A (zh) * 2020-07-15 2020-11-03 华北电力大学 直驱风电系统中影响稳定性的交互环节确定方法及系统
CN113193589B (zh) * 2021-03-31 2022-08-16 哈尔滨工业大学 基于数字孪生模拟的dfig风电场次同步振荡抑制方法
CN113193589A (zh) * 2021-03-31 2021-07-30 哈尔滨工业大学 基于数字孪生模拟的dfig风电场次同步振荡抑制方法
CN113162113A (zh) * 2021-04-19 2021-07-23 东北电力大学 确定含永磁风机电力系统机电振荡源的节点模式能量方法
CN113162113B (zh) * 2021-04-19 2022-10-28 东北电力大学 确定含永磁风机电力系统机电振荡源的节点模式能量方法
CN113258554A (zh) * 2021-06-22 2021-08-13 湖北东湖实验室 纯电池动力船舶系统直流母线电压稳定性快速分析方法
CN113258554B (zh) * 2021-06-22 2021-09-21 湖北东湖实验室 纯电池动力船舶系统直流母线电压稳定性快速分析方法
CN115015697A (zh) * 2022-08-09 2022-09-06 中国电力科学研究院有限公司 一种新能源的宽频振荡扰动源定位方法及系统
CN115015697B (zh) * 2022-08-09 2022-10-11 中国电力科学研究院有限公司 一种新能源的宽频振荡扰动源定位方法及系统
CN117081110A (zh) * 2023-10-10 2023-11-17 国网湖北省电力有限公司 一种多机并联新能源虚拟惯量振荡抑制方法及相关装置
CN117081110B (zh) * 2023-10-10 2024-01-02 国网湖北省电力有限公司 一种多机并联新能源虚拟惯量振荡抑制方法及相关装置
CN117543627A (zh) * 2024-01-08 2024-02-09 华北电力大学 一种双馈风机振荡扰动源定位方法、系统及电子设备
CN117543627B (zh) * 2024-01-08 2024-04-02 华北电力大学 一种双馈风机振荡扰动源定位方法、系统及电子设备

Also Published As

Publication number Publication date
CN109217362B (zh) 2021-01-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109217362A (zh) 一种双馈风机并网系统低频振荡扰动源定位系统及方法
CN110425092B (zh) 一种基于能量频谱的风电并网系统振荡源定位系统及方法
Ellis et al. Description and technical specifications for generic WTG models—A status report
Slootweg et al. Representing wind turbine electrical generating systems in fundamental frequency simulations
Sanchez-Gasca et al. A modal analysis of a two-area system with significant wind power penetration
CN102682358B (zh) 一种评估风电并网规模与电网网架适应性的规划仿真方法
CN103197559A (zh) 一种改善双馈机组接入后系统小干扰稳定性的方法
CN103094920B (zh) 一种直驱式风电机组风电场等值方法
CN106208158B (zh) 微网中多微源并列运行的惯量匹配方法
CN104779642A (zh) 一种双馈风力发电机组的频率与阻尼综合控制方法
CN103050992A (zh) 风电并网对电力系统小干扰稳定影响的阻尼转矩分析方法
CN104992017A (zh) 计及风电功率随机波动的广义负荷建模方法与装置
CN110707728B (zh) 一种基于次同步振荡短路比指标的次同步振荡抑制方法
CN114759618A (zh) 基于动态能量确定双馈风电并网系统稳定性的方法及系统
CN109980660A (zh) 基于发电机改进频率响应特性的鲁棒区间风电调度方法
CN112436558B (zh) 双馈风机虚拟同步励磁磁场控制方法及系统
CN108988387A (zh) 基于转子电流移相平均的双馈风电机组次同步谐振抑制方法
CN109088436B (zh) 一种vsc多尺度暂态建模方法
CN110309625A (zh) 一种双馈风电并网系统的能量稳定域确定方法及系统
Fadaeinedjad et al. Flicker contribution of a wind turbine in a stand-alone wind diesel system
Zhang et al. Power system equivalent inertia evaluation algorithm based on intelligent optimization
CN110299729A (zh) 一种双馈风电机组的稳定性评估方法及系统
Adu et al. Coordinated Inertial Response Provision by Wind Turbine Generators: Effect on Power System Small-Signal Stability of the Sicilian Network
Xiang et al. Equivalent modeling of wind farms considering wake effects and analysis of probability of sub-synchronous oscillations
Chamorro et al. Dynamic measurements of the wind power impact on power system inertia and stability

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant