接入换流站的新能源交流汇集系统低电压穿越方法

当接入换流站的新能源交流汇集系统发生故障时,线路双端电力电子装置交互影响可能导致设备低电压穿越失败。为解决上述问题,针对线路两端为不同类型电力电子装置的汇集系统,在考虑不同线路控制环节耦合及其输出功率叠加特性的基础上,对系统故障特性进行了分析,剖析了换流站的过流机理,进而提出基于分段降压控制的低电压穿越方法;通过对换流站故障后的输出电流进行分区划分,利用区间阈值构成判据,实现降压幅度的动态自适应选取,同时整定了以交流电流为特征的低穿边界条件,最终解决了低穿期间换流站过流闭锁的问题。在PSCAD中搭建了接入换流站的新能源交流汇集系统的精细化模型,仿真验证了所提控制方法的有效性。

基于介质碳化通道电阻与温度映射关系的光伏直流汇集系统早期故障判别

光伏中压直流汇集系统中,极间短路故障过流很可能迫使换流器在几毫秒内闭锁,保护来不及动作,引发整个系统停运。该问题可通过提前识别并隔离直流线路中的早期故障来解决。然而在直流线路上,早期故障与绝缘缺陷尚缺乏明确的边界,故障检测判据的阈值难以给定。为此,该文提出了基于碳化通道电阻与温度映射关系的早期故障边界给定原则。基于早期故障发展机理,建立了电缆早期故障实验拟合模型,选取介质碳化通道电阻为故障特征量。在计及系统电压控制约束条件下,解析电缆层间温差与碳化通道电阻的映射关系,进而确定早期故障边界。在此基础上提出了基于故障介质碳化通道电阻值的早期故障判据。仿真结果证明了早期故障边界的合理性以及早期故障判据的有效性,能够为光伏中压直流汇集系统的持续安全运行提供保障。

考虑相关性与平滑效应的海上风电场集群汇集系统拓扑优化

海上风力发电在时间尺度上具有间歇性和不确定性,空间尺度上具有互补性。传统规划方法线路容量利用不足,风力发电成本高。文章结合大规模风力发电出力特性,考虑风电平滑效应、输电工程建设成本、风力弃电成本、输送风力发电收益,建立了海上风电场汇集系统的经济性评估模型,采用改进的遗传算法对模型进行求解。基于动态变权最小生成树对遗传算法进行改进。最后,以江苏某海上风电场集群为例,对风机拓扑结构和风电场汇集连接方式进行了优化求解。结果表明,所提算法具有较好的寻优性和收敛性,所建立的海上风电场及内部风机拓扑优化模型能有效减少工程投资。

陆上风电直流汇集系统拓扑结构优化设计方法

陆上风电全直流发电系统可有效解决大规模风电交流汇集、传输产生的谐波谐振等问题,而经济、可靠的风电直流汇集系统拓扑结构是其良好发展的基础。文中首先给出基于风机分组串并联的风电直流汇集系统拓扑结构;其次,对该拓扑结构中的不同风机分组方案进行可靠性及经济性评估;然后,综合考虑系统经济性与可靠性问题带来的缺电损失成本,以总成本最低为目标,提出风电直流汇集系统拓扑结构优化模型;最后,以中国西北某50 MW风电场为例,对所提风电直流汇集系统拓扑结构优化模型进行仿真验证。结果表明,所提风电直流汇集系统拓扑结构优化方案可以统筹考虑系统经济性和可靠性,获得最优风机分组方案,将优选后的拓扑结构与典型风电交流汇集系统结构对比,验证了所提拓扑结构优化方案的可行性及优势。

新能源汇集系统短路故障清除后的暂态过电压机理

新能源汇集系统交流短路故障后产生的非工频暂态过电压可能导致新能源机组大规模脱网甚至损毁,这已成为制约新能源汇集系统送电极限的决定性因素.基于华北地区典型新能源汇集系统构建算例系统,分析短路故障下的暂态过电压形态特征,阐明易产生暂态过电压的系统参数条件,建立数学模型进行定量研究,利用RLC电路的全响应理论解释产生暂态过电压的本质原因.分析结果表明,短路故障清除后新能源汇集系统的电路固有谐振过程是导致暂态过电压的主要原因之一.

新能源柔直汇集系统的分层多目标优化控制策略研究

大规模新能源发电装置经交流母线汇集后接入电压源型换流站(VSC)构成了新能源柔直汇集系统。针对新能源柔直汇集系统中VSC控制参数难以整定,无法获得最优暂态和稳态控制性能的问题,文章提出用粒子群优化算法对VSC的控制参数进行优化整定,实现了对VSC内环和外环控制器参数的同时优化,得到了分层多目标优化控制策略。并以一个典型新能源柔直汇集系统为例,对传统控制和粒子群算法优化控制进行仿真对比。结果表明,相较于传统控制,粒子群算法优化控制具有更好的稳态和动态控制性能。

新能源场站汇集系统保护回路改造方案分析

针对接地变压器及相关设备的继电保护回路改造问题,阐述了新能源场站汇集系统接地变压器综合保护测控装置出口跳闸回路不能满足相关标准的要求,提出了两个保护回路改造方案,同时进行了两个改造方案的比较。结果表明,方案2在提高继电保护装置性能、改造资金、工作量方面优于方案1。

集中式光伏电站汇集系统故障及保护方案研究

集中式光伏电站汇集系统运行期间,经常会受到诸多因素的影响,进而引发故障,并且集中式光伏电站汇集系统故障产生以后,还会导致能源的消耗,成本增加,对于电网的也会造成一定的影响。其实,集中式光伏电站汇集系统故障的产生,大致可以总结为机械损伤、绝缘受潮、电压过大等方面,所以为了保证其运行的稳定性和安全性。基于此,本文通过集中式光伏电站汇集系统的了解,对故障机理以及保护方案进行了研究和分析,以供参考。

大规模风电汇集系统静态电压稳定实用判据与控制

大规模风电汇集系统的静态电压稳定特性不同于常规负荷中心的静态电压稳定。基于PV曲线,分析研究了大规模风电汇集系统的静态电压失稳表现形式。基于灵敏度方法,推导了预防风电汇集系统静态电压失稳的传输极限计算公式。提出了利用有效短路比作为评价风电汇集系统静态电压稳定性的辅助判据。结合实际系统的典型案例与调度应用对方法与结论进行了验证。

改善风电汇集系统静态电压稳定性的无功电压协调控制策略

针对风电场集群作为弱联接送端系统所面临的无功电压问题,研究了可应用于大规模风电汇集系统的静态电压稳定评价指标,并在此基础上提出了一种改善风电汇集系统静态电压稳定性的无功电压协调控制策略。该策略采用基于过滤集合的原对偶内点法求解多目标优化控制模型,通过协调控制风电场和汇集站内的多种无功电压调节设备,能够在满足中枢节点电压控制指令的同时均衡汇集系统的电压分布,提高动态设备的无功裕度,从而改善风电汇集系统的静态电压稳定性。对中国北方某实际风电汇集地区的仿真计算验证了所提控制策略的有效性。

风电汇集系统暂态电压安全分析及其控制策略

保障风电汇集系统(WPCS)的暂态电压安全对于风能资源的大规模集群式有效开发利用具有重要意义。首先,以"三北"地区某实际风电场群为研究对象,通过分析暂态故障运行状态下风电机组和无功补偿设备的动态响应特性,详细探讨了风电汇集系统暂态电压安全事故的主要成因和发展过程;在此基础上,提出了一种风电汇集系统暂态电压安全控制策略。仿真结果表明:通过协调双馈风电机组和静止无功补偿设备在暂态过程中的控制配合,能够减缓系统遭受大扰动后的电压波动,从而抑制由于无功过剩所引发的风电机组连锁脱网事故。通过采取文中所提的电压安全控制策略,可以有效提高大规模风电并网系统的安全稳定运行能力。

不同拓扑结构风电汇集系统的电压稳定性分析

针对大规模风电场汇集并网后引起的电压稳定性问题,研究了适用于大容量风电汇集系统的电压稳定性分析方法和指标;并在该基础上考虑链形、混联形和辐射形典型拓扑结构对汇集系统电压稳定性的不同影响。利用Q-V曲线法从机理上分析出各汇集拓扑并网点的无功电压特性,并分别计算出其电压稳定裕度。最后对西北某实际风电汇集系统的仿真计算表明,辐射形汇集拓扑具有更好的静态电压稳定性和暂态电压响应特性,混联形次之,链形最差;可为实际工程中分析大规模风电并网的电压稳定性问题提供参考。

新能源汇集系统单瞬故障清除后的非全相运行过程工频过电压

电网运行部门的试验和仿真结果表明,在单相瞬时性接地故障后的非全相运行过程中,系统会出现工频过电压,且这类过电压是目前电网运行部门确定新能源汇集系统送出极限需考虑的制约条件之一。为分析非全相运行过程中的工频过电压问题,基于典型新能源汇集系统参数,建立了非全相运行过程关键节点三相电压的数学模型,研究了新能源汇集系统功率水平、送出线路长度等因素对工频过电压幅值的影响规律;然后分析了非全相运行期间工频过电压的严重性,并通过控制器硬件在环仿真验证了理论分析结果。研究结果表明:新能源有功/无功输出水平是影响工频过电压幅值的关键因素,有功输出增加会使得三相电压中最高相电压升高,最低相电压降低;容性无功输出增加会同时抬升三相电压;若新能源汇集地区有功输出水平未达到静态电压稳定极限,且新能源机组/无功补偿装置未增发容性无功电流,则非全相运行过程中的工频过电压水平不会达到触发系统线路保护动作的水平。

风电汇集系统连锁脱网事故影响因素分析

我国风电以集中接入、远距离输送为主要开发方式,随着风电并网容量快速增长,风电运行事故也呈现上升的态势,特别是近年,已发生多起连锁脱网事故。以某典型风电汇集系统发生的连锁脱网事故为研究案例,从系统网架结构、设备性能、运行方式、无功电压控制等因素着手,系统地分析它们对连锁脱网事故的影响,及相互递进关系,分析结果对于风电汇集系统连锁脱网研究和防范具有参考意义。

大规模海上风电场内部电气汇集系统设计方案经济性优化

为解决大规模远距离海上风力发电技术的汇集送出时成本过高等经济性的问题,通过对海上风电场汇集系统的组成和特征以及汇集系统的经济性组成因素进行分析,以投资成本最低为目标,建立汇集系统经济性数学模型。在此模型基础上,提出了一种经济性优化组合算法。对风机排布采用放射型模糊聚类算法进行模糊聚类分片,并将聚类片区得出的风电机群的海底电缆分布路径采用Prim最小生成树算法进行优化找出电缆连接最小路径,得出最经济性的分布拓扑。结果表明,此组合算法解决了穷举法优化拓扑结构的维数灾问题,为简洁快速地解决大型海上风电场汇集系统经济性优化问题提供了支撑。最后对山东半岛北风电场实例进行该组合优化算法的算例分析,证明该组合优化算法的有效性。

考虑损耗约束的百万千瓦级海上风电汇集系统分析与设计

针对大规模远距离的海上风力发电技术而言,风电场的造价十分昂贵,投资成本很高昂。每个风机发出的能量如何汇集送出能使全局成本达到最优受到关注,因此优化海上风电场汇集系统的经济性是一个研究重点问题。从海上风电场内部电气汇集系统的特征出发,根据海上风电汇集系统的经济性组成因素对各个经济性因素建立数学模型,以全局投资成本最低为目标,同时考虑损耗约束条件对汇集系统设计,并在此基础上优化海底电缆拓扑。对风机排布采用放射型模糊聚类算法RFCM(Radial Fuzzy C-Means)与最小生成树算法相结合。对风机进行模糊聚类分片后将聚类片区得出的风电机群的海底电缆分布路径采用Prim最小生成树算法进行优化找出电缆连接最小路径,得出最经济性的分布拓扑,此组合算法能够解决穷举法维数过多的问题,为海上风电汇集系统优化问题的提供了一种快速简洁的方法。在此算法的基础上考虑电缆损耗大小因素的约束,得出经济性优良且电缆线路损耗更小的设计方案。最后算例分析一个规划中的海上风电场,证明该组合优化算法与联合优化的有效性。

大规模风电汇集系统电压不平衡机理、因素及影响规律

我国风电集中并网地区往往呈现电网结构薄弱、就地负荷小、当地缺乏无功支撑等特点,容易出现电压不平衡现象,严重时导致大量风机脱网,给电网的安全运行带来极大影响。为了分析风电汇集系统电压不平衡产生机理,首先,建立了计及网侧变流器(GSC)、机侧变流器(RSC)及锁相环(PLL)控制环节的双馈风力发电机(DFIG)的基频负序阻抗模型,并由单机模型推广至风电场集群基频负序阻抗模型;然后,基于实际风电汇集系统,构建风电汇集地区负序等效电路,剖析风电汇集地区电压不平衡机理,分析源、网侧主要因素对汇集母线电压不平衡的影响规律;最后,基于Matlab/Simulink仿真平台,验证机理分析及影响规律的正确性。

大规模风电汇集系统小干扰稳定性研究综述

大规模风电汇集系统网架结构复杂、风机数量众多、控制环节多样,既可能与外部电网的串补装置、直流输电、弱交流线路、火电机组发生动态交互,亦可能存在内部风电机群之间、风机不同控制环节之间的动态交互,深入探究其小干扰振荡的产生机理、振荡特性、影响因素对电力系统的安全稳定运行至关重要。文章从大规模风电汇集系统与外部电网动态交互引发的小干扰振荡、大规模风电汇集系统内部小干扰振荡2个方面梳理回顾了风电汇集系统小干扰稳定性研究的历程和主要研究成果,评析了目前主要研究方法的优势及缺陷,并探讨展望了大规模风电汇集系统小干扰稳定性领域未来的研究方向。

基于单端暂态信号量测的柔性直流汇集系统主动保护

可切断直流故障电流的换流器拓扑解决了柔性直流系统短路时冲击电流大的问题,但其闭锁时间短、故障信息少,且难以解析,给系统保护带来了很大挑战。提出一种基于单端暂态信号模糊数学处理的光伏直流接入系统主动保护,通过建立非故障模糊集和故障模糊集,解决了暂态瞬时值采样噪声高和误差大,故障信息无法线性解析的问题。同时,利用换流器主动闭锁控制后保护区内外窗长数据截集值的不同,在保证快速性的情况下,实现了故障区域区分。通过仿真验证,所提算法能在强噪声干扰和量测误差较大的情况下准确动作,具有一定的工程应用价值。

基于边界谐振识别的光伏直流升压汇集系统的故障处理

光伏直流升压汇集系统的多分支短线结构使得传统用于高压直流输电的保护方法难以适用。为此,该文针对现有直流保护方法中存在的问题,提出一种基于边界谐振识别的故障处理方法,它利用直流故障极间电压的阶跃特征和矢量加法性质,比较通过连续小波变换算法提取出的特定频率电流幅值大小,识别并切除故障支路,完成故障隔离;同时,利用直流变压器出口等效并联电容与限流电抗器构成的边界串联谐振,分析故障分量回路,得出谐振电流与故障距离的关系,完成故障测距,并清除故障,实现光伏直流升压汇集系统的快速故障处理。与传统故障处理方法相比,该方法只需要提取特定频率故障电流量就可完成故障处理,对数据存储与传输要求低,无需考虑通信延时带来的误差问题。PSCAD仿真结果表明该方法只需要故障前后2.5ms的电流数据就可以完成故障处理,所需数据窗较短,且具有较高的耐受过渡电阻、噪声和分布电容能力,为现有直流系统保护设计提供新的可选方法。