风力发电低电压穿越技术综述

近年来风力发电占供电比重增长迅速。在电网出现故障导致电压跌落后,风力机组如果纷纷解列会带来系统暂态不稳定,并可能造成局部甚至是系统全面瘫痪,故人们开始关注风机并网并相应提出了低电压穿越(LVRT)要求。文中详细分析了定速异步风机(FSIG)、同步直驱式风机(PMSG)和双馈式风机(DFIG)三种主要机型在电网电压跌落时的暂态特性,并综述了国内外提出的主要LVRT方案。重点分析了最难实现穿越的双馈风机的LVRT方案。

风电接入对继电保护的影响(一)——鼠笼式风电场电磁暂态等值建模

提出建立鼠笼式风电场多机等值方案。提出以故障初始时刻的鼠笼式风机的标幺值功率作为分群指标。采用K-means算法,以准则函数收敛后得到的值最小为分类标准,实现对机组的分群。针对单个机群中可能存在多种型号鼠笼式风机的情况,采用基于容量加权的参数聚合方法,分别计算等值风电机组转子运动方程参数、阻抗参数和箱式变压器参数。最后在PSCAD/EMTDC软件平台上建立鼠笼式风电场详细模型及其等值模型,仿真结果表明在相同故障条件下,风电场等值模型的故障电流能很好地拟合详细模型,验证了所提等值方案的有效性。

通过串联制动电阻改善恒速异步发电机风电场的暂态稳定性

研究了用串联制动电阻(series dynamic braking resistors,SDBR)改善恒速异步风机(fixed speed induction generator,FSIG)风电场的暂态稳定性。在Matlab/Simulink中搭建了风电场及相关电网模型;从不同故障形式和负荷功率因数出发,讨论了SDBR在促进风电场故障后电压恢复和抑制风机转速上升方面的作用;探讨了SDBR的投切控制策略,比较了母线电压和转子转速2种控制信号对投切效果的影响。仿真结果表明,SDBR能有效帮助风电机组在电网故障后恢复机端电压,提升风电场的故障穿越能力,可用于对现有恒速异步风电场的改进升级。

PSS/E中风电机组的低电压穿越模拟方法

为了更加精确地研究接入电网的大型风电场与主网之间的相互影响,在PSS/E风电机组模型中低电压穿越的模拟已经成为不可或缺的环节。由于PSS/E中风电机组模型不包含低电压穿越模块,需要通过用户自定义的方法实现:用户输入风电机组机端电压启动值作为低电压穿越模块的启动标识,并输入其他几个低电压穿越曲线的形状定义参数,然后通过记录仿真时间决定风电机组是否在超出低电压穿越曲线时被切除。进而具体介绍了PSS/E中双馈变速感应风电机组和笼型定速感应风电机组的模型,并以此为基础进行实际算例仿真,通过在典型临界电压点施加不同持续时间的故障,验证了PSS/E中风电机组低电压穿越模拟方法的有效性,具有一定的工程意义。

基于改进型K-means算法的笼式异步风电场等值研究

国外风电场采用分布式,我国大多是大规模集群风电接入电网。由于风的随机性、波动性等特点,在研究风电场并网对电网的影响时,提高风电场模型运行状态的精度就显得尤为重要了。文中对于笼式异步风电场提出一种以故障发生前的输出功率为分群指标,采用改进型K-means算法实现风电场多机等值建模的方法。针对同一机群风电机组,运用基于容量加权的等值方法计算相关等值参数。最后,以软件PSCAD/EMTDC为仿真平台,搭建了笼式异步风电场详细模型及其等值模型。仿真研究了在稳定运行及故障条件下风电场出口有功、无功动态变化轨线,验证了所提出的等值方法的快速性及有效性。

风电机组一次调频特性研究

针对目前流行的风力发电机组(定速风电机组和变速风电机组)的一次调频特性进行比较分析,并与常规火力同步发电机组进行比较,从而更全面地分析风电机组的一次频率控制特性。基于以上分析,设计出变速风电机组(主要针对双馈风电机组)一次调频辅助频率控制器,从而提高了变速风电机组的频率控制能力。基于PSCAD/EMTDC平台搭建仿真系统模型,对常规火电机组、定速风电机组、以及变速风电机组的调频特性进行了仿真验证和比较,证明了所设计的变速风电机组一次调频辅助频率控制器的有效性。

基于MMBN分群算法和容量加权参数聚合方法的风电场等值模型研究

为提高风速分布不均匀时风电场等值模型的精度,提出了一种适用于双馈式风电场和鼠笼式风电场动态等值的方法。提出基于谱聚类的改进最大最小距离算法对风电场进行分群,该算法可以自动确定风电场最恰当的分群数量,避免传统算法分群数量的设置对仿真时间和精度的影响,提出一种可以无需改变变流器控制器参数的参数聚合方法,避免繁琐PI调整过程。通过PSCAD算例仿真及结果对比,表明该方法所建立的双馈式风电场和鼠笼式风电场等值模型的输出在稳态和故障情况下都能很好地表示详细模型。