基于储能装置的柔性直流输电技术提高大规模风电系统稳定运行能力的研究

大规模风电集中接入电网对直流输电技术提出了更高的要求。为此,提出了基于储能装置的柔性直流输电并网传输系统拓扑结构。根据dq同步旋转坐标系下VSC-HVDC(Voltage Source Converter HVDC)系统的数学模型,设计了相应的换流器直接电流控制策略。其中送端换流站解耦控制器实现了风电场输出有功功率和无功功率的独立控制,受端换流站采用将储能装置充放电功率偏差值作为直流电压控制器附加信号的控制策略。最后,以配备双馈风电机组的风电场经柔性直流输电系统接入电网进行仿真分析,针对风电场在噪声风引起的输电功率波动、受端换流站侧交流系统短路故障等情况进行仿真验证,结果表明该控制方案有效可行。

UPFC提高异步风电机组故障穿越能力的分析

针对并网风电场故障期间无功不足的问题,采用新型动态无功补偿装置是必然趋势。根据异步风力发电机模型、统一潮流控制器(UPFC)的工作原理与控制策略,建立了含UPFC装置的风电场并网系统仿真模型。仿真对比分析了异步风电场安装SVC和安装UPFC装置时发生短路故障后的故障穿越能力;分析了暂态过程风电机组超速的原因,并研究了异步风力电机组成的风电场故障前后电压、功率和转速变化情况。仿真结果表明,与SVC相比,新型无功补偿装置UPFC作为风电场无功电源,其响应速度更快,风电场暂态稳定性得到更好地改善。

基于PSASP的并网风电场潮流分析

一般风电场系统潮流计算是在常规PQ模型的基础上设功率因数恒定。通过建立风电场稳态分析模型,结合常规PQ模型,提出采用异步发电机等值电路计算滑差和无功功率的新方法。在电力系统分析综合程序PSASP 6.28环境下,利用两种方法对包含风电场的电力系统潮流进行计算。仿真结果的比较表明了新方法计算量较小、收敛性较好,是可行的。其他新能源发电形式也可以通过这种方式融入PASAP的潮流计算中进行分析,具有很大的实用性。

基于VSC-HVDC技术的风力发电系统并网研究

分析了基于电压源换流器的高压直流输电系统(VSC-HVDC)和双馈异步风电机组的数学模型及控制策略。针对并网风电场暂态过程稳定裕度偏低的问题,提出了采用VSC-HVDC技术提高并网系统的稳定性。在电力系统仿真软件DIgSILENT/PowerFactory中建立了包含风电场的交直流混合输电系统模型,研究了VSC-HVDC输电系统改善双馈异步发电机风电场暂态稳定裕度的贡献。仿真表明VSC-HVDC采用改进的无功功率控制器的并网系统能够在系统遭受大扰动后快速恢复稳定,并且可以避免由风电机组转矩不平衡引起的风力发电机超速问题,交直流混合输电系统的动态稳定性得到较大的提高。

基于模糊PI控制器的风电机组动态稳定性分析

并网风电场会对电网的安全稳定运行造成一定影响。当风电机组并网接入点发生短路故障时,双馈风电机组必须通过控制才能获得较好的动态特性并具备低电压穿越(Low Voltage RideThrough,LVRT)能力。为提高并网风电机组的故障穿越能力,设计了模糊PI控制器,建立了双馈风电机组并网仿真模型。仿真结果表明,较传统的PI控制器,模糊PI控制器可以抑制故障时双馈风电机组的有功功率、机端电压以及换流器直流母线电压的振荡,提高并网系统的故障穿越能力。

风电并网系统中无功电源优化配置方案分析

分析了风电场无功电源的优化配置,针对实际运行状况,给出一种基于无功优化理论的静止同步补偿器(STATCOM)控制策略。利用风电场并网系统的无功优化数学模型和非线性原对偶内点法解决非线性规划问题的方法,实现了无功电源STATCOM的优化控制,并通过有功网损/灵敏度分析法确定并网系统的无功补偿点。在电力系统仿真软件DIgSILENT/PowerFactory中对某地区部分风电场并网系统进行无功电源配置。仿真结果表明,STATCOM配置方案对提高并网系统电压稳定性、有功网损和电压偏差有更好的改善作用,控制策略有效、可行。

基于统一潮流控制器的并网风电场潮流分析

风电场因风速变化的不规律性将导致并网系统电压失稳。统一潮流控制器(UPFC)是柔性交流输电系统(FACTS)中功能最为全面的器件,能够维持风电场电压及并网系统的稳定运行。根据异步风力发电机的数学模型,以及UPFC的工作原理和控制策略,在DIgSILENT/PowerFactory中搭建了安装UPFC的风电并网系统模型,通过仿真风速突变时风电场的电压和功率情况。仿真结果表明,UPFC能够控制线路潮流,并能维持风电机组和系统的稳定。

110kV线路零序电流方向保护校验及事故分析

我国中性点直接接地系统都装设的零序电流方向保护是反应线路发生接地故障时零序电流分量大小和方向的多段式保护。简要介绍微机零序电流方向保护基本原理,根据继电保护现场调试工作,对现场调试中南瑞RCS-941装置的零序方向保护进行校验。最后结合实例,对继电保护反事故措施中TV两点接地对110kV线路零序电流保护影响进行简要分析。

基于柔性直流输电技术的风电场暂态稳定性

研究了风电场分别通过电压源型高压直流输电(VSC-HVDC)和交流输电(HVAC)2种方式并网的问题;基于dq同步旋转轴变换的VSC-HVDC的数学模型,设计了两端换流站的控制策略;在电力仿真软件DIg SILENT/Power Factory中建立了风电场的2种(AC、DC)并网接入方式模型,针对受端换流站交流母线短路故障工况进行了仿真验证,分析了风电场母线电压、输出功率、风力机转速以及风电场当地负荷的功率等电气量响应情况。结果表明:在故障扰动情况下,VSC-HVDC对提高风电场当地负荷用电可靠性、风电场母线电压、抑制风电机组输出功率波动以及避免风电机组转矩不平衡引起的发电机超速效果最佳,设计的控制方案有效可行。

风电、火电打捆直流并网系统拓扑结构设计及稳定性分析

当前实际工程中的小规模风电场大多采用交流输电方式并入配电网,但对于大规模、大容量风电基地的风能外送,采用直流输电并网方式优势更大。研究了适用于风电场的直流系统换流站控制策略,设计了风电、火电打捆直流外送系统的拓扑结构,对风功率波动、负荷扰动等情况进行了仿真验证。结果表明,联网直流系统具备较强的抗扰动性,拓扑结构有效可行。

变速变桨距风力发电机组的智能控制

针对传统PI控制技术难以兼顾风力发电机组转速与输出功率之间的平衡,提出变速变桨运行控制方法。将风力发电机组的功率误差和功率误差变化率作为判断依据和控制策略,再结合模糊控制器,弥补了传统PI控制器的不足。通过Matlab仿真,结果表明:风速持续变化和瞬变时,模糊控制器都能够稳定风力发电机组的输出功率,降低电机的运行速度,同时缩短调节时间和加快变桨距执行机构的运行速度。

UPFC提高双馈风电机组稳定性的动态仿真分析

提高风电场的低电压穿越能力LVRT(Low Voltage Ride Through)以及维持并网系统暂态稳定具有重大意义。针对双馈风电机组利用自身背靠背变流器控制电磁转矩和无功功率这一方案的不足以及撬棒保护电路(Crowbar)在故障期间频繁投入与退出可能引起电磁转矩波动的问题。分析了UPFC和双馈风电机组的数学模型与控制策略,在DIgSILENT/PowerFactory中建立了含UPFC的风电并网系统仿真模型,通过研究故障前后风电场PCC节点电压,风电场发出功率状况以及风电机组的转速稳定性,验证了UPFC对风电场电压稳定的支撑作用,并能维持风电并网系统的暂态稳定。

基于PSASP/UPI的含风电场电力系统短路故障分析

风电场机组装机容量正逐年增加,而大规模风电接入系统对电力系统影响较大,因此研究系统故障以及风电保护配置对电网稳定运行很重要。通过对双馈异步风力发电机进行动态建模,在电力系统分析综合程序PSASP/UPI6.28环境下,实现了风电系统的短路故障仿真,在此基础上分析了不同短路点对称和不对称故障状态下风电系统的电压、电流以及短路容量对风电并网暂态稳定性的影响等。研究结果表明风电场继电保护整定时应考虑这些影响因素,以提高风电场继电保护动作的有效性和可靠性。

基于最小化多变量的独立变桨距控制研究

针对大型风力机桨叶承受载荷不均匀的问题,在研究传统的统一变桨距控制策略的基础上,提出了一种基于最小化多变量的优化独立变桨距控制策略。以将风力机桨叶桨距角与发电机转速为控制变量,同时实现多变量最小化,再结合独立变桨距控制,利用bladed软件对该控制策略进行仿真。通过仿真结果验证可知,在风力发电机组获得最大功率情况下,相比传统的变桨距控制策略,该控制策略具有很好的鲁棒性和更好的减载效果,弥补了统一变桨距控制的不足,完全符合大型风力发电机组对桨叶载荷控制的目的。

基于双目标时变交集的电池储能改善风电场出力控制

为了抑制风电随机波动和提高风电超短期预测精度,提出了一种基于此双目标时变交集的电池储能控制方法。首先,分别制定了抑制风电波动、提高风电预测精度的单一控制域及此双目标的交集联合控制域,并在考虑两种单一控制目标的时间尺度不同后,制定了随时间变化的双目标交集联合控制域。在此基础之上,结合储能运行约束条件确定了最终的电池储能改善风电场出力控制策略。其次,首次建立了基于越限比和越限相对均值的波动与预测精度评估指标并形成了双目标综合评估体系。最后,应用某风电场实际出力数据,分别在采用神经网络时间序列和差分自回归滑动平均(ARIMA)两种预测模型的前提下,考虑电网对风电波动忍受度和超短期预测误差忍受度的三种大小关系,通过计算波动量总和与均方根误差验证了所建立评估指标的有效性,同时证实了应用该控制策略的电池储能系统能够同时达到抑制风电随机波动和提高风电超短期预测精度两个目标。

基于DIgSILENT的风电场并网无功补偿策略研究

由于单独的风电机组直接接入电网会导致电网电压稳定性降低,国内风电场一般会在并网点低压侧加装动态无功补偿装置来控制并网点处的电压水平。基于DIgSILENT软件分别建立鼠笼式和双馈式风电场并网模型以及静止同步补偿器模型,通过在并网点低压侧和高压侧分别配置静止同步补偿器后进行电网故障仿真,并与风电场不配置无功补偿装置时的仿真结果进行对比分析,结果表明:风电场在配置静止同步补偿器后,电网电压稳定性大幅提升;在并网点高压侧配置较低压侧在电网发生故障时并网点处电压波动范围更小,恢复至正常水平所需时间更短。

酒泉—湖南±800kV特高压直流入湘对湖南电网安全稳定性影响浅析

落实国家大气污染防治行动计划,优化能源结构,"十二五"期间开工建设的酒泉—湖南±800kV特高压起于甘肃酒泉地区,落点在湖南湘潭地区。特高压直流入湘在缓解用电紧张局面,同时也使得湖南电网结构变成更为复杂的交直流混联系统。确保湖南电网安全稳定运行,就直流入湘后的电网控制、调峰、稳控方案以及直流偏磁等问题进行简要讨论。

大能源背景下湖南电力市场主体红利与风险评价探讨

针对酒湖特高压入湘后大量富余能源协调消纳变得困难,区外电源(包括酒泉特高压、三峡、葛洲坝)与本地电源,以及本地火电、水电、风电之间都会不同程度地出现新矛盾,探讨新时期电力市场各多元主体红利与风险。通过建立电力市场化条件下科学经济消纳能源体制机制,可保障各主体稳定运营效益、效率,以期为湖南地区经济发展转型提供绿色支持。

湖南风电并网管理体系构建分析

湖南省发电过程的部分用煤,全部用油、气均需从外省引入,能源资源紧张。目前湖南风电项目的核准与建设周期短,配套电网送出工程无论是核准还是建设进度都难以与风电场建设保持一致。从调峰电源建设、风电机组并网门槛、电网结构、风功率预测系统以及风电行业协调沟通机制等五个方面对湖南省境内风电建设与并网管理体系构建进行探讨,提出了湖南风电并网问题的综合解决方案,以促进"十三五"期间湖南风电安全、高效、优质发展转型。

基于磷酸铁锂电池的站用直流备电系统工程设计研究

目前铅酸电池作为站用直流系统备电被广泛使用,但其本身存在一定固有缺陷,研究设计基于磷酸铁锂电池的站用直流备电系统,对全面提升直流系统可靠性与安全性具有十分重要意义。基于220 kV变电站用220 V直流备电系统提出了磷酸铁锂电池型直流电源系统设计包括基本功能和参数设计以及小容量多路并联的电气拓扑结构设计,进一步分析锂电池成组方式和电池管理系统(BMS)参数设计。最后,基于磷酸铁锂电池的特殊充放电特性,研究适用磷酸铁锂电池的充放电策略、核容与检修策略、BMS系统告警保护策略,为站用铅酸电池的锂电化替代改造实施提供设计依据和研究基础。