基于STATCOM-BESS有功无功控制的风电机组并网稳定性研究

为提升含高渗透率的由不同类型风电机组汇集的风电场接入系统后大电网的动态频率及电压稳定性,具备在二维空间功率运行调节能力的基于直流环储能装置的链式分级电平型静止无功发生器(STATCOM-BESS)现已广泛布局在风电场内,同时,基于STATCOM-BESS储能后备兼功率控制的双环结构附加阻尼控制可以平抑系统的功率振荡。在此背景下,研究采用布局于风电场的STATCOM-BESS附加鲁棒性优越的自抗扰控制器(ADRC)提高并网大系统的稳定性。首先分析了非线性自辨识扰动因子原理的控制器,然后结合阻尼转矩法推导分析了STATCOM-BESS附加控制增强系统动态稳定的控制策略并设计附加阻尼控制器,Digsilent平台完成风电并网的4机2区域系统搭建,仿真验证了附加控制在直流环储能装置的链式分级电平的STATCOM-BESS阻尼振荡作用。

基于STATCOM-BESS的风电场功率协调控制策略研究

为有效地提高风电场并网运行能力,改善传统静止无功发生器只能补偿无功功率而且会消耗一定有功功率的不足,将静止无功发生器与蓄电池储能系统相结合作为整体补偿装置用于风电并网系统进行研究,并提出一种功率协调控制策略对有功无功功率进行协调控制。首先介绍了STATCOM-BESS工作原理并建立整体数学模型,采用旋转坐标系解耦控制方法实现了电流解耦。然后在Matlab/Simulink中搭建风力发电系统仿真模型进行仿真,仿真结果表明装置具有快速功率调节能力,在风速渐变、电网扰动和频率波动情况下对风电场都具有较好的动态支撑能力,因此验证了理论分析的正确性和所提出的控制方法的有效性。

基于SVPWM控制的STATCOM-BESS特性分析与仿真

针对传统静止无功补偿器(static synchronous compensator-STATCOM)只能补充无功功率的不足,对直流侧并联蓄电池储能系统(battery energy storage system-BESS)的改进装置进行了研究,从而实现有功无功功率的双重控制。首先对STATCOM-BESS工作原理和数学模型进行简要介绍,之后对四象限模式的运行特性进行重点分析,并研究了基于电压空间矢量(SVPWM)有功功率无功功率独立控制的电流解耦控制技术。最后在MATLAB/Simulink中搭建STATCOM-BESS模型进行仿真分析,仿真结果显示装置在快速实现无功功率补偿的同时也可以实现有功功率的控制,并具有良好的动稳态特性,因此验证了理论分析的正确性和控制方法的有效性。

基于静止同步补偿器的主动支撑型控制及其限流方法

随着新能源发电渗透率不断提高,并网系统的电压稳定性和惯量降低,需配置一定储能的静止同步补偿器(Static synchronous compensator,STATCOM)参与电网进行电压和惯量主动支撑。首先,基于储能型STATCOM的拓扑结构和数学模型,利用同步控制建立虚拟内电势的三相电压,以实现自主惯量响应和电压主动支撑,提升新能源场站的友好并网能力;接着针对该控制容易过流的问题,提出了一种自适应的限流方法,并在电压外环增加虚拟阻抗环节,最后提出电流检测方法;在MATLAB/Simulink仿真平台上搭建了仿真模型验证了主动支撑策略及限流方法的有效性。

利用含储能装置的STATCOM阻尼电力系统多模态振荡

研究了多机系统中使用储能装置与静止无功发生器(STATCOM)的集成抑制电力系统多模态振荡的可行性。推导了集成电池储能系统(BESS)的STATCOM的非线性动态模型和线性化Phillips-Heffron模型。利用STATC0M/BESS能够和系统自由交换有功功率和无功功率的特点,在每个控制回路上设计附加阻尼控制器阻尼多模态振荡。基于可控性指标确定STATCOM/BESS的安装地点并为各模态选择控制回路,使用人工鱼群算法进行多个阻尼控制器间的协调优化。仿真结果表明,单个STATCOM/BESS能够成功实现电力系统多模态振荡的抑制;阻尼效果受容量限制的影响,容量大时阻尼效果好。

基于改进比例控制的STATCOM/BESS直流侧功率动态分配方法

在静止无功补偿器的直流侧并联蓄电池储能系统,可以解决微电网中因可再生能源发电波动性引起的供电质量降低的问题,当静止同步补偿器直流侧并联多个蓄电池储能系统时,为了均衡直流侧各个蓄电池储能系统的功率,提出了一种基于改进比例控制的直流侧功率动态分配方法。该方法以各个储能单元的荷电状态平均数为控制目标,对各个储能单元实时的So C采用一种可变比例系数控制,其控制量决定各个储能单元功率分配,可以实现So C较高的模块在放电时输出较多功率。同时So C较低的模块在充电时吸收较多功率,还可以在系统只输出无功功率时实现So C较高的模块给So C较低的模块充电。结果表明:在动态功率均衡控制中通过在线改变比例系数,可以有效地提高模块的利用率,快速完成模块之间的功率均衡。最后,仿真和实验结果验证了所提控制方法的正确性。

STATCOM预测直接功率控制中参数自适应辨识方法

预测直接功率控制技术可以在静止坐标系下,实现有功功率和无功功率的解耦控制,将预测直接功率控制应用到带蓄电池储能系统的静止同步补偿系统(static synchronous compensator/battery energy storage system,STATCOM/BESS)的STATCOM侧,可以实现对有功功率和无功功率的解耦控制,但预测直接功率控制方法依赖于准确的数学模型,而实际系统中STATCOM的数学模型参数容易发生改变,为实现对STATCOM侧等效电路参数的在线辨识,在静止坐标系下建立了STATCOM的最小二乘格式的数学模型,采用带遗忘因子的递推最小二乘法对参数进行在线辨识,自适应修正控制模型的参数,降低输出电流的畸变率,提高补偿精度。最后通过仿真和实验,验证所提的自适应参数辨识方法,可以有效的辨识STATCOM侧的等效电路参数。

基于STATCOM/BESS强化风机VSG虚拟惯性的协同控制方法

为了解决风电并网系统在频率波动时缺乏足够的频率支撑能力这一问题,在风电机组主控引入虚拟同步发电机(VSG)算法,采用储能型静止同步补偿器(STATCOM/BESS)为风电机组的旋转动能提供能量来源以强化系统的虚拟惯性。根据频率偏差与频率变化率,在考虑蓄电池(BESS)荷电状态的情况下,调整STATCOM/BESS工作模式,以实现虚拟转动惯量的自适应变化。通过对风机VSG构造的小信号模型进行分析,确定了虚拟转动惯量的整定原则,进一步给出了BESS容量配置的合理范围,并结合经济性说明BESS容量配置的优化方法。利用PSCAD/EMTDC得到的仿真结果表明,所提的方法能有效改善频率的动态响应,提高风电并网系统的频率支撑能力。

提高STATCOM/BESS风电系统频率与电压支撑的智能联调优化控制方法

针对风电并网系统运行中负荷突变引起的频率波动和并网点电压的骤升/骤降问题,提出一种基于储能型静止同步补偿器(STATCOM/BESS)的频率与电压智能联调优化控制方法,该方法在具体实施过程中分为实时监测层、动态决策层和执行控制层3层,各层之间紧密联系,形成可靠闭环。首先,在实时监测层,基于风速分区与模糊控制判断风机的调频能力、系统有功需求及无功需求;其次,在动态决策层,综合考虑惯性常数和并网点电压,结合风机无功可调范围,动态优化有功、无功分配策略;最后,在执行控制层,风电机组与STATCOM/BESS对功率指令进行控制执行,STATCOM/BESS强化虚拟惯性时,考虑蓄电池(BESS)荷电状态,基于反馈动态调整其工作模式,控制结束后将相关参数及时反馈。仿真结果表明,基于STATCOM/BESS的风电系统智能联调优化控制可有效改善频率与电压的动态响应,提高频率与电压支撑能力。

电池储能系统-静止同步补偿器集成单元模型在风电场并网计算中的应用

为有效提高风电场的并网运行能力,将电池储能系统(battery energy storage system,BESS)-静止同步补偿器(static compensator,STATCOM)串联集成单元与风力发电单元相结合,建立基于Park变换的BESS-STATCOM集成单元和基于异步发电机风力发电系统的整体动态数学模型,通过理论推导和基于仿真平台PSCAD对不同风速时风电场的出力及并网点的电压进行计算,结果表明,BESS-STATCOM集成单元具有快速功率调节能力,使风力发电单元可作为调度机组单元运行;在求解包含风电场的电力系统潮流时,可以将其视为PV节点,而且能够显著提高电网的运行稳定性和供电可靠性。

基于解耦自抗扰控制的光伏并网稳定研究及应用

碳中和背景下构建新型能源系统,电网将消纳更多的光伏等可再生能源。为提升分布式光伏电站并网系统的动态频率支撑能力及暂态电压稳定性,静止无功发生器(STATCOM-BESS)因具备快速响应能力现已规模化布局于光伏电站内。STATCOM-BESS附加阻尼控制可以平抑系统功率振荡。在此背景下,研究布局于光伏电站的STATCOM-BESS附加基于粒子群算法的自抗扰控制器(PSO-ADRC),以提高并网大系统的稳定性。分析了自抗扰控制器原理,推导了STATCOM-BESS附加控制器增强动态稳定性的策略,设计了基于粒子群算法的自抗扰控制器,仿真验证了STATCOM-BESS附加控制器的阻尼振荡作用。

基于STATCOM/BESS的风火打捆系统次同步振荡抑制研究

基于高压直流输电(HVDC)技术将风电与火电打捆运行已成为解决远距离输电需求的一种可行方案。为解决风火打捆经直流送出系统的次同步振荡问题,提出了一种基于储能型静止同步补偿器(STATCOM/BESS)的抑制方法。首先对 STATCOM/BESS 抑制次同步振荡的机理进行了分析;其次,基于广域测量系统(wide area measurement system,WAMS)设计出 STATCOM/BESS 关于风火打捆系统的次同步振荡抑制方法,在 STATCOM/BESS 电流内环控制回路上附加阻尼控制抑制多模态振荡,并采用改进粒子群算法(particle swarm optimization,PSO)对附加阻尼控制器参数进行协调优化。最后,基于 PSCAD/EMTDC 平台搭建了含 STATCOM/BESS 接入的风火打捆经直流送出系统仿真模型,对所提抑制方法的有效性进行仿真验证,结果表明该方法能有效抑制风火打捆系统中的次同步振荡问题,提高系统的稳定性。

基于STATCOM/BESS的DFIG并网风电场无功控制策略

针对新能源大规模并网存在的系统稳定性问题,分析DFIG机组的无功补偿能力,在DFIG并网系统中引入了蓄电池储能型静止同步补偿器(STATCOM/BESS),提出一种利用STATCOM/BESS维持DFIG风电并网系统功率及电压稳定性的方法。该方法在传统STATCOM无功补偿的基础上,将蓄电池储能并联在其直流侧,可以快速、平滑地调节风电场输入并网点的有功功率并支撑系统电压稳定,能够达到削峰平谷的作用。对DFIG、STATCOM、STATCOM/BESS在系统发生三相接地故障时的无功补偿能力进行试验对比,结果表明装设STATCOM/BESS的系统电压跌落最小,且恢复速度最快、补偿效果最好。

基于P-DPC的STATCOM/BESS微电网协同控制策略改进

带蓄电池储能装置的静止同步补偿器(简称STATCOM/BESS)因其具有无功补偿和有功调节的协同控制作用而在分布式微电网中得到了广泛应用.传统上所采用的将功率预测和直接功率控制相结合(P-DPC)的控制策略通常是将无功功率置零从而简化控制算法,结果会对STATCOM/BESS装置的无功输出影响较大.为了改善STATCOM/BESS装置的无功功率输出,在考虑无功功率这一变量的基础上重新推导了P-DPC控制算法,并且采用二阶拉格朗日插值算法代替传统的线性插值算法提高参考功率预测精度.通过仿真验证,结果证明该优化控制算法能使得STATCOM/BESS装置在微电网中能够快速调节功率且具有更好的功率跟踪控制.