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。

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。

风电并网系统中的谐波抑制技术研究与应用

谐波注入会对电网运行产生影响,导致电压与电流的畸变。基于新时期风电并网的不断发展,本文以风电并网系统中的谐波问题为主要研究对象,结合本电厂的实际经验,在简单介绍本电厂风电并网系统中谐波问题的产生原因前提下,对应用于风电并网系统的谐波抑制技术情况进行了研究和分析。

TCSC-STATCOM控制对风电并网系统电压稳定性的改善

针对风电并网系统中存在电压稳定性问题,提出一种可控串联补偿装置和静止同步补偿器联合控制的方法。该方法应用于风电并网系统中,采用静止同步补偿器双闭环反馈控制和可控串联补偿装置相结合的方法来保证系统在运行过程中有足够的无功功率来维持其正常工作。同时在Matlab/Simulink仿真软件中建立相应的仿真模型。通过对在不同工况下运行的算例波形进行研究分析,结果表明TCSC和STATCOM联合控制能有效快速恢复故障后风电并网处电压,提高电压的稳定性及风电场的故障穿越能力。且比TCSC或STATCOM单独控制所取得的效果更好。

STATCOM-PSS控制对风电并网系统稳定性和电能质量的改善

如何保证风电并网系统的暂态稳定性和电能质量不降低是当前需解决的问题。基于解耦控制策略和同步发电机PSS控制策略,提出在风电并网中系统采用STATCOM-PSS控制的解决方案。研究表明STATCOM-PSS控制策略能有效恢复风电并网处的故障后电压,提高风电场的故障穿越能力,改善风电并网系统的暂态稳定性和风力发电机组的电能质量。

虚拟同步控制对风电并网系统次同步振荡阻尼影响分析

为厘清虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)对风电并网系统次同步振荡的影响机理,建立了含VSG的风电并网系统全阶状态空间模型。以振荡频率及阻尼比为量化指标,定量评估了在次同步振荡模态下VSG的阻尼特性,并通过求解参与因子得到VSG控制参数对次同步振荡的灵敏度。最后,通过时域仿真验证了建模方法的有效性和机理分析的准确性。结果表明,尽管VSG削弱了转子侧换流器内环比例系数对次同步振荡的影响,但是该系数对次同步振荡的影响仍然最大,且VSG励磁控制积分系数对次同步振荡的影响程度高于阻尼系数。

DFIG-FMAC-PSS控制对风电并网系统的暂态稳定性改善

风电并网会对电力系统的稳定运行产生影响。为此本文考虑在双馈感应发电机(DFIG)上装设电力系统稳定器(PSS),提出DFIG转子磁链幅值和相角控制(FMAC)加PSS的控制方案。选用DFIG定子电功率作为PSS输入信号,通过调节DFIG转子磁链矢量的幅值和相角对发电机的端电压和输出功率进行控制,在大扰动的情况下对风电并网系统的稳定性进行研究。研究表明所提DFIG-FMAC-PSS的控制方案经济可行,在提供电压控制、促进阻尼作用和提高风电并网的暂态稳定性方面优于基于同步发电机的PSS解决方案。

基于转子动能释放的风电并网系统非线性频率控制策略研究

近年来风电在电力系统中的渗透率不断提高,导致电力系统惯量降低,电网的频率稳定面临巨大挑战。针对上述问题,该文提出基于转子动能释放的风电并网系统非线性频率控制策略。首先,选择风机功率参考曲线的修正系数作为控制信号,并根据风电机组参与电网频率调节的数学模型建立仿射非线性系统;其次,基于部分线性化最优控制原理将系统变换为一个二阶Brunovsky标准型,求得非线性控制律,从而避免近似线性化产生的问题;最后,引入转子速度函数以及转速恢复函数,避免风机转速的过度下降并完成风机转速的恢复,且不需要控制环节的切换。通过MATLAB/SIMULINK搭建含风电系统进行仿真验证,结果表明,转子动能非线性策略较其他策略在释放更少动能的情况下取得了更优的调频效果,提高了电网的频率稳定性。

差分进化法在风电并网系统中的应用

为解决多机风电并网系统的稳定性问题,提出在风电并网系统的同步发电机(SG)中安装电力系统稳定器(PSS),利用差分进化算法解决SG中自动电压调节器(AVR)和PSS参数的最优调节问题。在有、无PSS以及是否使用差分进化法的各种情况下对风电并网系统稳定性进行了研究分析,研究表明通过差分进化法的协同调节使含AVR和PSS的风电并网系统有良好的阻尼作用,能减少发电机转子角差振荡,提高电压稳定性,通过仿真结果对比可知差分进化法可使并网系统稳定性明显提高。

基于多场景变权多目标优化的UPFC在风电并网系统中的配置方案研究

风电出力与负荷的双向随机性使得电网潮流存在较大的不确定性,易造成电压失稳和线路传输功率过载等问题。统一潮流控制器(unified power flow controller,UPFC)可以通过控制线路潮流和稳定节点电压,使风电并网系统运行的安全性、经济性大大增强。针对现有UPFC配置方法存在的未能充分考虑系统运行场景的不确定性及多场景下权重差异性的缺点,建立UPFC多场景变权多目标优化配置模型。利用K-means聚类方法对风电出力-负荷进行场景划分,以有功网损、电压偏移率和负载均衡度以及UPFC安装成本为优化目标,利用NSGA-II算法对UPFC的安装数量、位置、容量进行优化,并提出多场景熵权-层次分析法对Pareto解集排序,得出UPFC配置的最优方案。算例对IEEE 30节点系统进行仿真计算,验证了该模型和算法的正确性和有效性。

风电并网系统次同步振荡的频域模式分析

随着风电等新能源渗透率的提高,大量电力电子设备接入电力系统,电力电子变流器与大电网间的相互作用引发了多起新型次同步振荡事故。为了深入研究风电并网系统的振荡特性,文中提出了频域模式分析法。首先,建立目标系统的阻抗网络模型,并形成网络的节点导纳矩阵和回路阻抗矩阵。然后,通过求解矩阵行列式零点获得系统的振荡模式。接着,定义了节点(支路)的参与因子、可观度和可控度,并基于阻抗网络模型推导出了这些指标的计算公式,进而得到振荡路径和扰动源的信息。最后,将所提方法应用到实际风电并网系统中,通过仿真验证了方法的有效性。

计及可用输电能力的风电并网系统中STATCOM的双层优化配置

针对静止同步补偿器最佳安装位置与容量问题,建立了风电并网系统中计及可用输电能力、静态电压稳定性与投资成本的静止同步补偿器双层优化配置模型。基于后向削减法对风电出力进行场景划分,上层为多目标优化配置层,下层为最优潮流计算层;通过对多目标灰狼算法添加混沌初始化,引入粒子群算法中的速度计算方式等提出基于网格法的多目标灰狼粒子群算法以求解多目标优化问题。在IEEE 30节点上对建立模型进行计算,验证了所提模型的可行性和算法改进的有效性。

计及风速与线路故障率周期时变特性的风电并网系统可靠性评估

目前在风电并网系统长期可靠性评估中,风速多采用威布尔概率分布模型,输电线路故障率多采用年均值故障率,其评估结果无法反映系统可靠性随时间的变化情况。提出了综合考虑风速和输电线路故障率周期时变特性对电网的影响进行可靠性评估。在风电场出力方面,建立了风速的时间周期时变模型,并根据风机输出功率与风速的函数关系进一步建立了风电场的出力模型;在输电线路故障率方面,通过统计气象引起的输电线路故障次数计算历史同期各月故障率,用曲线拟合模拟其变化规律,建立了输电线路故障率周期时变模型。基于上述两种模型,用蒙特卡洛模拟法,对风电并网系统的时变可靠性进行评估,最后用算例进行了验证,评估结果可为电网中长期调度、运维及检修决策等提供参考。

适应宽频振荡的风电并网系统主动阻尼技术综述

基于电力电子变流器的风电并网系统具有非线性、多时间尺度特征,受扰后易引发宽频段振荡问题,威胁系统稳定运行。如何实现宽频振荡的快速主动阻尼已成为风电并网系统中最受关注的问题。同时,随着直流输电系统等柔性设备接入电网,风电并网系统宽频振荡强交互、多模态特征逐渐凸显,这对风电并网系统宽频振荡阻尼技术提出了更高的要求。鉴于此,首先介绍了国内外典型宽频振荡事件,并归纳了风电并网系统宽频振荡的特征及未来发展趋势。然后,从源侧和网侧主动阻尼控制出发总结了宽频振荡控制策略的研究现状,分析了其存在的技术难点。在此基础上,结合动态能量分析法,提出了应对上述挑战的多项关键技术,为风电并网安全稳定控制提供理论支撑。

基于阻抗辨识的沽源地区风电并网系统次同步振荡控制策略

大规模风电集群与系统交互作用引发的次同步振荡严重威胁电网运行安全。文中提出一种基于系统阻抗辨识的次同步振荡控制实现框架及计算方法。通过辨识电网侧和风场支路阻抗得到系统序阻抗,基于系统序阻抗实部值的变化来判定稳控系统切除不同风场馈线的有效性,考虑不同风场对系统阻抗的影响大小并基于最小切除量原则制定次同步振荡控制策略。针对实际电网中电网侧阻抗及风场支路阻抗难以辨识的难点,提出电网侧阻抗极限值预估和风场支路阻抗在线测量方法。基于PSCAD/EMTDC仿真平台构建沽源地区实际风场群并网系统模型,验证了所提次同步振荡控制策略的有效性。

风电并网系统宽频振荡分析与抑制方法综述

风能大规模开发和远距离输送已成为未来风电发展的必然趋势。随着风电装机容量的不断提高,大量电力电子变流器的接入深刻改变了电力系统的动态特性。基于电力电子变流器的风电并网系统易发生宽频带振荡问题,威胁系统安全稳定运行。该文首先介绍由风电并网系统引发的宽频带振荡事件,总结风电并网系统宽频带振荡特征。然后,从依赖的模型基础和实现手段的角度出发,对目前已有的风电并网系统宽频带振荡分析与抑制研究现状进行梳理总结。最后,对风电并网系统宽频带振荡问题未来研究发展方向进行展望。

计及锁相误差的双馈风电并网系统暂态过电压特性与抑制

风电并网系统交流短路时,锁相环(PLL)锁相误差导致风机功率耦合,在故障清除时产生暂态过电压,亟须开展计及锁相误差的暂态过电压机理、特性与抑制策略的研究。首先,分析PLL参数、故障位置及故障类型对暂态过电压的影响。然后,以三相故障为例揭示了相位跳变的特征及锁相误差引起暂态过电压的机理,提出基于改进型PLL结构与锁相误差补偿的转子侧变流器、定子侧变流器控制策略,实现对双馈风电机组(DFIG)暂态过电压的主动抑制。最后,仿真验证了所提策略在实现DFIG故障穿越的同时还能够进一步抑制暂态过电压。

考虑静暂态电压稳定性的风电并网系统无功规划

文章提出了计及风电及负荷出力不确定的考虑静暂态电压稳定的风电并网系统无功规划方法。建立了以降低网损、无功规划成本和提高静暂态电压稳定性为目标的风电并网系统无功规划模型,利用高斯反向学习粒子群优化算法(GOL-PSO)求解不同风电参与方式的无功规划方案,比较得到风电最佳参与规划方式及风电并网系统最优无功规划方案。最后,利用Matlab对风电并网的IEEE39系统进行无功规划仿真测试,验证所提方法的正确性和可行性。