风电并网的电压稳定性分析与研究

风能作为一种无污染的清洁能源,近些年一直受到世界各国的青睐。但随着大规模的风电场并入电网,风能的随机性和间歇性也给电网的稳定性带来了冲击,因此,研究风电并网的电压稳定性对风电并网的安全运行有着非常重要的意义。本文以双馈异步发电机为例,通过MATLAB仿真,研究虚拟惯量控制、阻尼控制对电压频率稳定性的影响。

基于KPCA特征量降维的风电并网系统暂态电压稳定性评估

针对电力系统暂态电压稳定性评估中所需特征量数据庞大,影响模型训练时间,降低计算效率等问题,提出了一种基于核主成分分析方法KPCA和CPSO-BP组合的风电并网系统暂态电压稳定性评估方法.首先根据输入特征采集原始特征集,采用核主成分分析算法对特征量进行非线性数据处理,提取出最优的特征集.然后将降维后的特征集作为CPSO-BP神经网络输入量进行监督学习,将得到的模型按照临界故障切除时间裕度值的大小进行分类,将分类后的样本进行风电并网系统的暂态电压稳定性评估和临界故障切除时间裕度值预测.仿真分析结果表明,对输入特征进行降维,保留重要输入特征量,剔除冗余特征量,不仅简化了模型,还提高了网络评估的准确性和计算效率.

二阶LADRC在风电并网逆变器网侧直流母线电压控制中的运用

为提高风电并网系统中电网侧逆变器直流母线电压的稳定性和动态响应速度,文中设计一种无对象模型辅助的二阶线性自抗扰控制技术(linear active disturbance rejection control,ADRC)以取代电压外环的PI控制器,从而形成一种新的双闭环控制结构。文中利用频域分析法分析了ADRC控制器的稳定性、跟踪性和抗扰能力;最后在3.6 MW直驱永磁同步风力发电机组的物理实验平台中验证了该控制结构的可行性,将传统PI控制和文中所提出的控制模式在不同工作条件下的控制效果进行比较。实验结果表明,该文章设计的控制方案优于传统的PI控制器,具有良好的抗干扰性和鲁棒性,大大减少直流侧母线电压波动所造成的影响。

基于LADRC和准PR控制的风电并网逆变器控制策略

为了稳定风电并网逆变器直流母线电压的波动,提高其动态响应速度并减少并网电流中的谐波含量,本文提出了LADRC+准PR双环控制策略.首先根据两电平风电并网逆变器的拓扑结构建立其数学模型;然后,根据数学模型设计电压外环二阶LADRC控制器和电流内环准PR控制器代替传统的PI控制器,同时对两种控制器的参数进行了设计并整定;最后,在Matlab软件中构建仿真模型,进行了仿真分析和波形对比.结果表明:相较于传统的双闭环PI控制策略,新型控制策略不仅能够快速地稳定直流母线电压,而且交流侧电流的总谐波失真小;并且在电网电压发生扰动的工况下,仍有较好的控制性能.综上所述,基于LADRC和准PR控制的风电并网逆变器控制策略具有较好的抗扰性和优越的鲁棒性.

基于EKS的风电并网系统频率特征参数辨识算法

新型电力系统建设背景下系统对接入风电的频率调节能力提出了要求。但风电在可调容量耗尽时将退出调频,导致系统等效惯量等参数和频率响应特性变化,影响系统切机切负荷等频率控制措施的正确动作。为此,提出一种基于扩展卡尔曼平滑算法(Extented Kalman Smoother, EKS)的风电并网系统频率特征参数辨识方法,可实现不同工况下系统频率特征参数的高效准确辨识。首先分析了风电场频率控制方法,建立了基于共模分量的风电并网系统频率响应模型,然后分析了EKS算法,进而提出了基于EKS的系统频率特征参数辨识方法,最后通过仿真算例进行了验证。仿真结果表明,所提方法可有效辨识不同工况下系统的惯量、阻尼等频率特征参数。

考虑注意力机制的CNN-LSTM高渗透风电并网暂态电压稳定性研究

为了能够快速且精确地判断出风电场接入电网后系统暂态电压稳定性,文章基于注意力机制提出一种卷积-长短时记忆网络(Convolutional Neural Networks-Long Short-Term Memory,CNN-LSTM)暂态稳定评估指标。为了更好地捕捉输入数据中空间和时间的相关性,基于核主成分分析(Kernel Principal Component Analysis,KPCA)进行特征降维;针对高比例的新能源电网中,整个系统的短路容量下降、短路电流水平攀升问题,提出了安装超导故障限流器的主动支撑措施,限制故障过程短路电流水平,维持并网点电压稳定。最后,在PSD-BPA中搭建含风电的IEEE39节点系统进行仿真计算和数据采集。结果表明,KPCA方案能有效筛选电力系统暂态稳定评估中重要度高的特征,所提评估指标具有更高的辨识能力,所提改进措施对高比例风电并网系统暂态电压稳定具有积极作用。

风电并网系统静态、次/超同步振荡安全域分析

风电大规模并网容易引发静态和次/超同步振荡(SSO)稳定问题,存在静态、SSO稳定运行边界。现有研究仅针对特定工况下风电SSO安全域进行研究,未考虑全工况下风电静态稳定和SSO稳定边界的关联性。为此,本文提出一种综合考虑静态、SSO稳定的安全域分析方法,首先基于潮流方程和全工况阻抗模型,给出风电静态、SSO稳定安全域定义;然后,针对风电功率注入空间提出了综合考虑静态、SSO稳定的安全边界搜索方法;最后,根据所提方法构建了全工况下风电并网多机系统安全运行稳定域,并通过仿真验证了所提方法有效性。

考虑线路序阻抗耦合的风电并网系统电压不平衡机理及抑制方法研究

我国大规模风电并网系统多采用远距离传输模式,易存在线路不换位或换位不充分的情况,导致送端系统产生电压不平衡现象。为此,以典型实际风电并网系统为研究对象,首先建立风电机组、线路的基频阻抗模型,在此基础上形成风电并网系统分序等效电路,进而从正、负序耦合角度,分析送出线路参数不对称所导致的相间耦合场景下电压不平衡产生机理;其次基于电压不平衡产生机理,详细剖析源、网侧主要因素对电压不平衡的影响程度和影响规律,并提出虚拟导纳抑制策略;最终通过实测数据和MATLAB/Simulink仿真开展了算例研究,验证了理论分析的准确性和抑制策略的有效性。

大规模风电并网后江苏电网柔直换流站与UPFC的有功功率协调控制方法

随着“双碳”战略的提出与实施,我国将着力建设以新能源为主的新型电力系统。然而,风电等新能源大规模并网将给具有交直流混联特征的新型电力系统带来威胁与挑战。通过以十四五规划末期的江苏电网为例进行分析,发现在大规模风电并网背景下,江苏电网中部分“南北向”500 kV交流输电线路N-1后负载过重的问题亟待解决。为此,基于综合灵敏度计算方法,提出了一种综合利用柔直换流站和统一潮流控制器的有功功率协调控制方法,用于改善系统潮流分布并消除潜在的线路过载。最后,以江苏电网为例进行了仿真分析,对苏州500 kV统一潮流控制器、白鹤滩-江苏直流和某规划中三端柔直换流站进行了有功协调控制。结果表明,所提协调控制方法应用于江苏电网时可有效解决交流输电通道N-1后负载过重问题,且相比于典型最优化方法在计算速度上具有优势。

面向大容量风电并网的VSC-MTDC功率协调控制

基于电压源换流站的多端直流输电(VSC-MTDC)已成为大容量风电远距离传输并网的首要选择。针对含大规模风电场的VSC-MTDC系统的功率协调控制策略进行了深入研究。首先,分析大规模风电并网时下垂系数对有功功率分配的影响,指出采用固定下垂系数存在优先级电网功率缺额的可能性和缺乏有功功率分配灵活性等问题。然后,针对此类问题,提出一种基于主从控制与自适应下垂控制相结合的功率协调控制策略,该策略根据风电功率情况制定3种控制模式,从而实现风电功率灵活分配。最后,在MATLAB/Simulink上构建了风电并网的四端柔性直流输电系统,仿真结果验证了所提控制策略的可行性和有效性。

含混合型潮流控制器的风电并网系统潮流优化

混合型潮流控制器(hybrid power flow controller,HPFC)可以有效解决风电并网系统中存在的支路潮流过载问题,且相较于统一潮流控制器成本更低。针对现有的HPFC潮流优化研究尚未计及支路潮流最大值约束和风电不确定性的问题,提出一种基于场景削减的含HPFC风电并网系统最优潮流模型。首先,建立HPFC的功率注入模型,并推导了注入功率表达式;其次,采用K均值算法削减风电、负荷概率场景,通过CH(+)指标选择最优场景集合;最后,建立兼顾发电机运行成本、系统网络损耗、正常运行及N-1故障下的支路负载率的多目标优化模型,采用多目标粒子群优化(multi-objective particle swarm optimization,MOPSO)算法进行求解,利用模糊满意度函数在Pareto解集中筛选出折衷解。在MATLAB中仿真验证所提方法的有效性,结果表明该方法可以计及风电不确定性,保证电网在不同场景下的安全经济运行。

新型SFCL与STATCOM在风电并网系统的联合应用研究

针对风电并网系统中发生三相短路故障电压跌落的问题,提出一种新型超导故障限流器(SFCL)与静止同步补偿器(STATCOM)联合应用的方法。通过搭建仿真模型,在电压稳定性改善与短路电流抑制两方面分别设置3种方案,将方案相互对比得出结论。在电压稳定性改善方面,新型SFCL与STATCOM联合控制效果最优;在短路电流抑制方面,单独利用新型SFCL控制效果最优。综合两方面考虑,利用新型SFCL与STATCOM联合控制对提高风电并网系统暂态稳定性效果最优,其不仅可以减小风电系统并网处母线电压跌落程度,还能抑制故障短路电流,维持系统暂态稳定。

基于边界圆限定的风电并网逆变器模型预测功率控制

随着风电机组单机容量不断增长,要求风电并网逆变器的开关频率较低以降低损耗,为此提出一种新型单边界圆限定模型预测功率控制策略。该策略根据当前时刻功率误差与预设边界圆的位置关系决定下一时刻最优矢量的选择原则,无需复杂的坐标变换即可将功率误差限制在系统允许范围内,同时通过选取合适的边界圆半径减小了风电并网逆变器的平均开关频率。最后,在Matlab/Simulink仿真软件中验证了该策略的有效性和正确性。

全球首套180米UHPC混塔风电并网运行

4月30日,上海风领全球首套180米UHPC混塔风电批量商业化项目正式并网发电。该项目位于江苏省淮安市涟水县,其单机容量为5 MW,塔筒高180米,其中混搭段高度达157.4米。该项目是全球范围内首台超高性能混凝土(UHPC150)塔筒首次投入使用,上海风领采用了超高性能混凝土(UHPC)作为混塔材料。超高性能混凝土(UHPC)是一种新型的建筑材料,其抗压强度可以达到150 MPa以上,是传统混凝混凝的4~6倍。由于UHPC中添加了钢纤维等金属材料,水泥基质和钢纤维之间的结合非常紧密,能够大幅提升UHPC的密度和抗拉强度,减少了混塔掉块、开裂的风险。UHPC的使用不仅增加了风力发电系统的可靠性,也降低了维护和更换成本,延长了整个风力发电项目的寿命周期。

大规模风电并网后电力系统有功功率调度模型

为了保证大规模风电并网后电力系统能够稳定运行,解决现有有功功率调度模型存在的调度效果不佳、调度成本高的问题,对电力系统有功功率调度模型进行了优化设计。选取大规模风电功率场景作为有功功率的调度范围,在该场景内模拟风电并网过程,分析并网后对电力系统产生的影响。根据功率时序特征的提取结果和电力系统潮流计算结果,预测电力系统的有功功率值。通过功率分配、调度量计算、约束条件设置等步骤,完成大规模风电并网后电力系统的有功功率调度。通过实例应用分析实验得出结论:与传统调度模型相比,应用设计调度模型得到的有功功率输出结果更接近期望值,且调度成本降低了2.7万元。

储能技术辅助风电并网控制的应用综述

随着风电渗透率的不断提高,其强波动性和高不确定性对电网安全经济运行的影响不断加剧,全球的电网公司都为此制定了各自的风电并网导则,用以规范风电并网的技术特性。首先从有功功率与频率控制、无功功率与电压控制、故障穿越控制3方面对各电网公司的风电并网技术规定进行了系统介绍,然后对风电自身控制手段应对并网技术规定的局限性进行了分析。另外还从上述3方面分别对储能技术应用于辅助风电并网控制的应用场景和控制算法进行了综述,分析了已有研究工作的优缺点,介绍了储能技术辅助风电并网的研究趋势。

风电并网中储能技术运用研究

本公司风电并网面临的最大挑战是风电出力不稳定,导致功率频繁波动。本文从储能系统选型与配置、储能系统并网方案设计、实时监控与智能调度、实施效果与收益分析四个方面,阐述了储能技术在本公司风电并网中的具体运用。实施储能技术后有效平抑了风电并网的功率波动,显著提高了电网的稳定性和经济效益。

大规模风电并网电力系统的调频资源优化配置——基于仿真模型分析

本文的核心目标在于深入研究大规模风电并网背景下,电力系统的调频资源优化配置问题,通过建立仿真模型,分析不同调频资源配置对系统频率稳定性的影响,并提出相应的优化策略。通过一系列精心设计的仿真实验,我们全面而深入地验证了所提出策略的有效性与可靠性,为实际电力系统的调频资源配置提供了坚实的理论依据和技术支持。

风电并网对电力系统电能质量的影响分析

风力发电以其清洁高效的优点。在最近的时间里得到了长足的进步。随着风电场不断地增多,风电并网时对系统的要求也越来越高。电网作为电力传输的核心载体,在电力供应过程中扮演着至关重要的角色。如何降低其他电力因素对电网电能的不良影响、提升电网整体供电质量是当前电力行业急需解决的关键问题之一。在中国电网技术与管理层面,风电并网所带来的电能质量问题是一项亟待解决的重大挑战。

风电并网环境下抽水蓄能电站优化控制策略研究

集中式、大规模风电并网为电网安全稳定运行以及电力系统的调峰和调频控制方面造成了一定程度的影响。近几年大容量抽水蓄能电站的发展,已经成为风电电力系统中最成熟的储能工具,因此将其和风电并网相结合能够有效确保电网的安全稳定运行。但由于风电并网大规模的接入系统,所以如何在风电出力不确定的情况下,实现对抽水蓄能电站的优化控制调度是当前需要解决的问题。基于此,本文对其电站优化控制策略展开相应的探究,研究结果为大容量抽水蓄能电站的规划设计以及优化控制方面提供了相应的依据。旨在为风电并网背景下抽水蓄能电站的发展提供相应的参考。