含整体煤气化燃料电池-碳捕集电厂的风火储系统分布鲁棒调度方法

整体煤气化燃料电池(integrated gasification fuel cell,IGFC)是与碳捕集技术高度适配的清洁、高效、稳定的绿色煤电技术,有望克服传统碳捕集技术在低浓度CO_(2)环境下产生的高成本、高能耗问题。该文构建含IGFC碳捕集电厂的风火储发电系统。研究IGFC碳捕集电厂的运行机理,对IGFC内部各环节建立数学模型,提出工况匹配时燃烧利用率和阴极空气利用率需要满足的运行条件,并针对该型碳捕集电厂的电碳特性进行分析。为计及风电出力的不确定性,构建风火储系统的两阶段分布鲁棒经济调度模型,引入k阶适应性理论,提出基于正交支撑子集策略的求解方法来获得鲁棒对等式。最后,在改进IEEE-30节点系统中进行算例分析,结果表明,该型碳捕集电厂可利用阳极碳富集的优势,实现系统低碳经济调度的目标,并验证所提优化方法能为可行解提供可解释性。

考虑碳排放强度约束和负荷转移的风火打捆发电系统经济调度模型

在当前“碳中和、碳达峰”的背景下,风火打捆发电系统将不断提高输送功率,加快构建清洁能源为主体的新型电力系统。为此,本文提出一种考虑碳排放强度约束和负荷转移的风火打捆发电系统经济调度模型。首先,对风火打捆发电系统中灵活性改进后的火电机组,考虑其爬坡能力有了较大提升,采用阶梯式爬坡建模方式来表征其快速爬坡响应能力;其次,考虑改进后的火电机组仍然存在碳排放特性,故将碳排放强度约束加入发电系统的经济调度模型。但是这样可能会限制火电机组的阶梯式爬坡响应能力。为解决这一矛盾,本文将风火打捆发电系统与城市高压配电网进行耦合建模,让城市高压配电网中灵活负荷资源参与风火打捆发电系统经济调度,最终形成计及负荷转移的经济调度模型。最后,本文对某实际地区的多个风火打捆发电系统与当地高压配电网络进行联合仿真分析,验证了所提模型的有效性。

复合型FCL改善风火打捆系统暂态稳定性研究

为改善风火打捆系统的暂态稳定性,提出将具有串补功能的复合型故障限流器(Fault Current Limiter,FCL)接入到风火打捆系统中。将双馈风电机组(Doubly-Fed Induction Generator,DFIG)对系统的影响用等效外特性参数表示,在分析DFIG接入系统对暂态稳定的影响和复合型FCL工作原理的基础上,分析带复合型FCL的风火打捆系统的功率特性方程,通过分析在不同运行状态下复合型FCL对功率特性方程中输入阻抗、转移阻抗的影响,确定其对传输功率极限的作用,分析其提高暂态稳定性的机理。制定了故障发生前、中、后不同阶段,复合型FCL提高风火打捆系统暂态稳定性的控制策略。正常运行及故障切除后发挥复合型FCL的串补功能;故障状态下通过确定目标功率差与触发角之间的关系,通过控制限流电抗,发挥FCL限制短路电流、提高母线电压的作用,达到提高功率输送能力,改善暂态稳定性的目的。仿真分析表明机理分析和所提控制策略的有效性。

风火打捆传统直流外送系统中控制环节对轴系-控制交互模式的影响机理研究

风火打捆直流外送系统中风电场和电网换相换流器高压直流输电(line commutated converter based high voltage direct current,LCC-HVDC)控制系统可能会激发火电机组的轴系扭振。文章首先采用复转矩系数法和特征值分析法识别出LCC-HVDC定电流、风机直流电压外环控制是影响轴系-控制交互模式的关键控制环节。然后,通过推导系统传递函数,提取出反映LCC-HVDC定电流和风机直流电压外环控制对轴系-控制交互模式影响的多条关键控制路径,包括HVDC定电流控制路径、风机直流电压外环控制路径和两者间交互控制路径。进一步,定量计算每条作用路径在轴系-控制交互模式处的阻尼系数,并通过相位补偿在关键控制路径上分别设计附加阻尼控制来提高对应阻尼系数,从而抑制火电机组轴系扭振。最后,基于PSCAD/EMTDC的详细电磁暂态仿真,验证了理论分析的正确性及振荡抑制策略的有效性。

基于鲁棒模型预测控制的风火储联合系统调频优化策略

与传统火电系统参与调频相比,利用风火储联合系统进行调频在风电消纳率、节能减排等方面有天然的优势。然而,风电的不确定性波动对风火储联合系统参与调频的策略制定提出了挑战。因此,文章提出了一种基于鲁棒模型预测控制的风火储联合系统参与频率调节的优化策略。根据风火储联合系统参与一次调频的工作原理,搭建了含RMPC的风火储联合系统调频框架;分别建立风、火、储的响应模型,计及各元件运行限制与系统一次调频功率平衡等多重约束,构建以风电机组出力不确定性最大的情况下使系统调频成本最低的双层鲁棒优化模型;采用强对偶理论实现min-max双层鲁棒优化模型的单层化,同时采用前向差分法对风电出力和负荷波动的不确定性约束进行线性化改进,实现模型求解的加速;在MATLAB/Simulink中对所提的优化策略进行算例求解分析,证明了所提方法的调频效果具有显著提升。

风火打捆系统次同步模式相互作用特性

风电和与其打捆的火电机组的模式相互作用存在诱发次同步振荡的风险。研究了风火打捆系统的模式准强相互作用的规律:随着参数的改变,直驱风机(permanent magnetic synchronous generator,PMSG)锁相环(phase-locked loop,PLL)模式靠近火电轴系模式并发生模式准强相互作用,两个模式的运动方向发生改变,其中的弱阻尼模式穿越虚轴快速变为负阻尼模式,引发次同步振荡,模式相互远离后系统振荡消失。研究表明,火电厂汽轮发电机轴系模式和PLL模式都可能穿越虚轴导致次同步振荡,而系统主要振荡的部分由负阻尼的模式决定。增强发生耦合的模式的阻尼有利于抑制相互作用,增大并网风机数量与线路阻抗都会加剧系统次同步振荡风险和振荡程度。最后基于PSCAD/EMTDC搭建风火打捆系统模型验证了理论分析的正确性,并提出应对措施避免振荡的发生。

考虑风电效益的风火互济系统旋转备用确定方式

风电接入电网的影响具有双重效应,因此,含风电的电力系统的备用容量配置需要综合考虑风电正、负效益才能得到合理的结果。此外,风电作为电源具备提供备用的能力,在确定备用时也需要考虑。文中首先分析了风电接入对电网的影响,然后建立了综合考虑风电节能环保综合效益和风电提供备用可能性的机组组合模型。接着通过一个具有风火互济运行典型特征的仿真算例,对几种不同备用容量确定方案进行了对比分析。最后围绕不同风电消纳原则、风电提供备用容量的可行性等问题,讨论了风火互济系统中的旋转备用确定方式,并提出了适合中国风火互济运行系统的风电消纳模式建议。

限流式SSSC提高DFIG型风火打捆系统暂态稳定分析

为降低风电并入对风火打捆系统暂态稳定的不利影响,提出将电阻型限流式静止同步串联补偿器SSSC(static synchronous series compensator)串联到风火打捆系统的联络线上,以提高风火打捆系统的暂态稳定性。通过借助双馈风电机组DFIG(doubly-fed induction generator)等值外特性参数来构造风火打捆系统暂态稳定数学模型,建立相应功率特性方程。在分析电阻型限流式SSSC工作原理的基础上,建立不同运行状态下含电阻型限流式SSSC的风火打捆系统功率特性方程,并借助功角特性曲线对系统进行暂态稳定的机理研究,最后进行仿真验证。结果表明,限流式SSSC有效地提高了风火打捆系统的暂态稳定性。

风火打捆直流外送系统直流故障引发风机脱网的问题研究

随着风火打捆直流外送系统的出现及不断投运,为保证系统的安全稳定运行,需要对风电、火电、直流在无功电压方面的相互影响和作用机制开展深入研究。为此,首先分析了直流闭锁故障引发风机高压脱网的机制及应对措施,然后分析了直流换相失败引发风机高压脱网的机制及应对措施,最后探讨了风电与直流之间的相互制约关系及火电的支撑作用,采用规划的西北风火打捆直流外送系统算例进行了验证。结果表明,直流故障后的滤波器无功盈余加上风电场无功补偿电压效应是引起风机高压脱网的原因,需要对风电、火电、直流进行协调控制。研究结果可以为风火打捆直流外送系统稳定性的理论研究和工程实际提供参考依据。

故障限流器改善风火打捆系统暂态稳定性研究

风火打捆外送模式解决了风电就地消纳能力不足、单独传输经济性差的问题,但同时风电的并入也给系统暂态稳定性带来了不利影响。在此背景下,基于双馈风电机组(doubly fed induction generator,DFIG)外特性建立风火打捆系统单端送电功率方程,分析了由于风电并入使同步机组功角特性发生改变,导致暂态稳定性降低。考虑在风火打捆系统并网输电线路上串联故障限流器(fault current limiter,FCL)来提高故障期间功率传输能力,在建立的含故障限流器的风火打捆系统等值电路基础上,分析了电抗型和电阻型两种故障限流器在系统故障期间对功率特性的影响和改善系统暂态稳定性的机理,并比较了应用两种故障限流器的差异。最后进行仿真验证,结果表明在线路上串联故障限流器能够显著改善风火打捆系统的暂态稳定性。

分散协调控制在风火混合电力系统中仿真研究

大规模风电接入电网对电力系统的运行和控制提出了更高的要求。提出了一种基于多模型预测控制的分散协调控制策略并应用于风火混合电力系统的仿真研究。该方法融合多模型预测控制和关联测量法的特点。为提高抗风机侧抗随机扰动的能力,一种增广相关测量法被用于混合电力系统的建模。基于贝叶斯概率的迭代方法用于计算各模型切换权值。一个简化的、具有代表性的风火混合电力系统模型用来验证该方法的控制效果,时域仿真和主导特征值分析说明了该方法的有效性。

改善风火打捆系统暂态稳定的限流式SSSC控制策略

为了降低风速引起的风功率变化对风火打捆系统暂态稳定的不利影响,本文采取限流式静止同步补偿器(current-limiting static synchronous series compensator,SSSC)一定的控制策略来提高风火打捆系统的暂态稳定性。通过借助双馈风电机组(doubly fed induction generator,DFIG)等值外特性参数构造含SSSC的风火打捆系统暂态稳定数学模型。通过建立正常运行、故障发生期间及故障切除后的功率特性方程分析在不同运行状态下风速变化对风机等值参数影响,进而对系统暂态稳定性产生的影响。结合不同运行状态下含SSSC的风火打捆系统功率极限与SSSC控制参数之间的关系,提出提高功率极限改善暂态稳定的限流式SSSC的控制策略,仿真结果表明限流式SSSC合理的控制策略可以削弱风功率变化对风火打捆系统暂态稳定的不利影响,有效改善了风火打捆系统的暂态稳定性。

风火打捆外送系统220 kV电网次同步振荡监控策略研究

我国新疆等西北地区采用风火打捆外送系统将电能输送至用电紧缺的地区,但是由于系统网架结构相对薄弱等特点,经常发生无规律的次同步振荡。基于以往对风电场群次同步振荡监控策略的研究,当风电场群次同步振荡发生漏监时,通过对谐波产生原因及传播路径的分析,在最佳监控点220 kV电网处构架了由PMU等装置组建的监视系统,并提出分轮分级次同步振荡安全控制策略。最后,将监控策略应用于新疆麻黄沟地区,通过对振荡前后采样值波形图对比分析,验证了该策略的可行性。

含虚拟惯量控制风火打捆系统静态稳定性研究

风火打捆外送系统是解决风电消纳问题的主要措施之一。大规模风电并网后导致电力系统总转动惯量下降,系统稳定性降低,可以采取附加虚拟惯量控制方法解决风电并网稳定性问题。分析了风火打捆外送系统稳定性机理和双馈风电机组的附加虚拟惯量控制策略。利用DIgSILENT/PowerFactory电力仿真软件绘制哈密地区三个风电场群的P-V、Q-V曲线得到有功裕度与无功裕度,并对比分析了加入虚拟惯量控制前后对系统静态电压稳定极限及灵敏度的的影响。仿真结果表明,附加虚拟惯量控制能提高静态电压稳定极限,降低电力系统有功无功灵敏度,从而提高整个系统静态稳定性。

风火/光火打捆系统中逆变电源调频与惯量控制对低频振荡的影响机理

一次调频与虚拟惯量控制通过改变功率外环结构,可帮助逆变电源克服调频能力弱、惯量小的缺点,近年来备受关注。逆变电源的调频与惯量功能不仅会改变其自身的频率支撑特性,也可能影响系统的低频振荡特性。目前相关研究聚焦在传统逆变电源的阻尼特性,其调频与惯量控制功能对电网机间或区域低频振荡的影响机理研究较少。该文在考虑调频与惯量控制的前提下,构建适用于电网低频振荡特性研究的逆变电源并网系统数学模型,以此为基础,分析逆变电源的调频与惯量功能对系统整体阻尼与惯量的影响,揭示逆变电源影响电网低频振荡模态的机理,并通过RT-LAB平台进行实验对理论分析进行验证。研究表明:逆变电源引入一次调频可提升近区同步机低频振荡阻尼,引入虚拟惯量可降低振荡频率,调频与惯量控制的响应速度将决定逆变电源对低频振荡的影响程度。

风火储联合多通道外送系统直流闭锁后的稳控措施

针对直流闭锁造成的风火储联合多通道外送系统暂态过电压问题,首先分析闭锁后盈余无功功率、送端系统强度对交流系统暂态过电压的影响,其次梳理并分析除闭锁线路外的其余外送通道潮流转移、抽水蓄能和功率型储能对于闭锁故障的调节、调控机理,并根据各调节手段的特点确定动作时序,提出一种综合考虑多调节手段的协调稳控措施。最后基于DIgSILENT搭建哈密电网模型,对所提稳控措施进行仿真验证。仿真结果表明,多手段协调稳控措施可有效缓解暂态过电压问题,减少切机量,规避风电机组连锁脱网的风险,降低控制代价,提升交流系统协调恢复能力。

风火组合外送系统中风火配比对SSO的影响分析

串联电容补偿应用在风火组合外送系统中,可以提高系统的输送能力及系统的暂态稳定性,却极易引发次同步振荡现象。为了研究风电与火电配比对风火组合系统的次同步振荡的影响,以IEEE第一标准模型为原型建立模型,应用PSCAD/EMTDC软件进行仿真分析,通过Prony算法验证了仿真结果。算例表明,在风火组合外送系统中,改变风电与火电有功出力配比可以起到抑制次同步振荡的作用,当风电配比增大时对火电机组次同步振荡有一定的抑制效果,而火电配比的增大对风电机组次同步振荡同样有抑制效果。

计及虚拟惯量与下垂控制的风火耦合系统小扰动稳定分析

风火耦合系统在我国北方电网中普遍存在。为了构建电网友好型风电场,主动频率支撑控制被引入风电功率外环,然而该控制可能会影响耦合系统的稳定特性。已有研究主要关注主动频率支撑控制对火电机组主导的机电振荡特性的影响,对风电机组主导的次同步振荡特性影响的研究不多。基于此,建立考虑主动频率支撑控制的风火耦合系统模型,分析在不同风电渗透率和不同锁相环阻尼系数下主动频率支撑控制对耦合系统中火电机组主导的机电振荡模态以及风电机组中锁相环主导的次同步振荡模态的影响,确定耦合系统中锁相环主导的次同步振荡模态的主要影响因素。为了探究主动频率支撑控制影响锁相环主导的次同步振荡的失稳机理,推导了耦合系统计及主动频率支撑控制时锁相环小扰动等效模型,通过复转矩法分析了主动频率支撑控制对锁相环主导的次同步振荡模态的影响。通过时域仿真验证了主动频率支撑控制参数对耦合系统稳定性的影响。

风火打捆系统暂态稳定性研究

针对风火打捆系统的暂态稳定性,研究了双馈风力发电机(以下简称双馈风机)的基本原理,分析了双馈风机的暂态特性、功率控制方式以及故障穿越过程中风机的故障行为,给出了双馈风机的等效外特性。基于等面积法则详细推导并分析了风火打捆系统的暂态稳定性。为了验证理论分析的正确性,在Matlab/Simulink当中构建风火打捆仿真系统。仿真结果表明,风火打捆后的同步机组的暂态稳定性较纯火电机组有所下降。

基于机会约束规划的风–火–蓄联合系统优化调度

针对由于风电的间歇性和波动性而导致的大量风能成为弃风从而极大地降低风电消纳的问题,首先根据日前调度周期内风电预测功率平均值建立抽水蓄能机组的运行状态模型;其次,利用置信水平分别对风蓄联合机组的并网功率以及抽水蓄能机组的抽水功率和发电功率进行约束,以风蓄联合机组的最大经济效益和风火蓄联合系统的最小成本为目标,构建基于可信性理论机会约束规划的风火蓄经济优化调度模型;然后将改进惯性权重后的粒子群算法和随机模拟技术相结合并应用在模型求解步骤中。仿真结果表明,所构建的优化调度模型能减小风电上网功率的间歇性和波动性,减少弃风量和增加风电上网经济效益,并减小整体系统的投资运行成本。