电网故障下含直驱风电机组的电力系统频率动态响应分析

电网受扰后基于模型解析的频率响应分析对电力系统安全评估与紧急控制具有重要意义。电网发生故障时,直驱风电机组(DDWT)并网点电压幅值跌落引发控制器暂态响应,同时电压相位突变引发锁相暂态响应,锁相暂态响应又通过变流器控制传导产生功率控制误差,可能导致现有以负荷突变场景为对象的频率特性分析产生较大偏差。为此,提出了电网故障下DDWT锁相偏差的量化方法;解析了锁相偏差经DDWT变流器控制的传导路径,提出了锁相暂态响应导致DDWT功率控制误差的机理及其计算方法;建立了电网故障下含DDWT的电力系统频率响应模型,提出了锁相暂态响应影响下系统频率变化率和最大频率偏差的计算方法,解析了电网故障下考虑DDWT功率控制误差的电力系统频率动态响应特性,并通过算例分析验证了所提方法的有效性。

双馈风力发电机参与系统频率调节新方法

系统频率控制能力随着电力系统风力发电渗透率的增加而降低,为了扩大风能比率,讨论了双馈风力发电机对系统惯性响应和频率控制的影响,分析了增加辅助惯性控制回路参数的作用。在此基础上,提出了一种利用双馈感应发电机更有效参与系统频率调节的新方法,该方法利用双馈感应发电机的快速功率控制能力,瞬时释放转子的部分动能,提供早期频率支持。仿真计算表明,新方法可以更有效地改善系统频率响应。

基于无源性理论的风电联合控制器设计

为了提高风电变流器的动态响应速度,本文提出了一种基于无源性理论的联合控制器设计方案。将机侧、网侧变流器统一考虑,建立了风电变流器系统的整体模型。应用无源性理论对误差系统的跟踪问题进行了控制器的设计,通过采用无源电流控制器与转速、直流电压PI调节器构成的联合控制器结构,可以实现状态量的无静差跟踪、并提高系统的鲁棒性。在此基础上,基于对系统动态的分析,对状态平衡点的选取进行了优化设计,从而提高了控制系统的动态响应速度。硬件在环实验结果验证了该方法具有良好的稳态与动态性能。

海上风力发电结构动力研究进展

海上风力发电场的建设正在向大型化和规模化发展,以海上风力发电结构的动力响应特性研究为出发点,分别从荷载组合模型、结构耦合和耗能减震措施等几个方面展开,总结了国内外目前对海上风力发电结构进行动力研究的现状,并对未来有待于进一步研究的问题进行介绍。旨在提高海上风力发电结构的设计理论,增强其抵抗灾害性破坏的能力。

基于多能源需求响应的综合能源系统动态优化控制研究

需求响应(Demand Response,DR)是需求侧参与电网灵活互动的重要途径,其在能源互联网中衍生为综合需求响应(Integrated Demand Response,IDR),利用冷、热、电、气等不同形式能源间的耦合互补关系,在需求侧进行多能源协同优化。文中基于综合能源系统(Integrated Energy System,IES)框架结构和IDR的基本理论,提出考虑多能源需求响应下的综合能源系统动态优化控制方法。依据电力需求和价格弹性理论,综合考虑了能源价格对电力、热力、天然气等能源消耗量的影响,构建了多元化用能价格需求响应模型;以经济和环境成本最小为目标,建立了基于DR机制的IES多目标动态运行优化模型,并采用基于超平面投影方法的改进非劣性遗传算法(HP-NSGA-Ⅱ)进行求解,以典型园区为例进行实例仿真分析,验证了多能源需求响应对促进综合能源系统优化运行的有效性。

考虑变桨机组动态响应的风电场闭环有功控制方法

受参数与工况差异影响,风电场多机组间响应特性存在差异,难以同时完成功率参考值给定,降低了控制系统的稳态精度和动态特性。文中提出一种考虑变桨机组动态响应的风电场闭环有功控制方法,使得其能够在外部控制特性上达到或接近常规机组的水平。该方法从单机定功率控制响应特性出发,建立能反映外特性的降阶模型并验证模型精度;以风电场闭环最优动态响应为目标,综合考虑含多种不同类型风电机组的风电场运行状态与动态风速信息,并且基于降阶模型等效时间常数协调。最后,通过仿真验证了所提方法的正确性和有效性。

基于DFIG风电机系统频率波动特征的惯性动态响应控制策略

现有双控风电机组在发电时的频率往往与电网频率解耦,致使风电机组本身缺乏自主参与电网调频的能力,对此提出一种基于DFIG风电机系统频率波动特征的惯性动态响应控制策略。该策略通过在风电机组控制环节添加频率-功率控制模块,使风电机组能有效针对电力系统频率的波动输出功率,达到控制风机功率的目的,在一定程度上避免了电力系统内部频率突变使电网能量传输失衡的现象。仿真结果验证了所提控制策略的可行性和有效性。

碳达峰背景下抽水蓄能-风电联合系统建模及有功功率控制特性研究

随着“碳达峰,碳中和”目标的提出,风电并网规模日益扩大,抽水蓄能电站在风电出力消纳上将发挥越来越重要的作用。建立抽水蓄能-风电联合系统仿真模型是研究抽水蓄能电站消纳风电波动出力的重要手段。针对现有多能互补模型中的抽水蓄能机组模型通常只适用于小波动过渡过程、且通常简化风电机组动态发电过程的问题,为了进一步揭示联合运行过程中抽水蓄能机组和风电机组的动态调节特性,介绍了抽水蓄能-风电联合系统数值仿真模型架构,建立了一种能模拟抽水蓄能机组全工况范围和反映风电机组发电特性的水风互补联合运行系统仿真模型,重点研究了联合系统在有功功率控制下的动态响应特性。仿真结果表明系统在功率跟踪模式和功率平滑模式下均能较好平抑风电出力波动,并显示出水流惯性限制了抽水蓄能机组的响应速度,可为风电大规模并网下的抽水蓄能机组控制提供技术支持。

基于预测控制的储能系统多时间尺度动态响应优化研究

风电固有的随机性使其难以在长时间尺度上被准确预测,且预测误差随预测时间的延长而增大,导致用于抑制风电随机性的储能控制策略往往与实际需求偏差较大。为了有效应对风电的动态随机性,应用由不同响应能力及容量的储能单元组成的混合储能系统,提出一种基于多时间级分层思想与模型预测控制(model predictive control,MPC)理论相结合的混合储能分层MPC优化策略,实现对风电和储能的精准控制。在对风电进行周期预测的基础上构建储能分层动态响应优化模型,上层优化利用大功率慢速响应储能单元在长时间尺度上对风电进行能量转移,下层优化利用小功率快速响应储能单元在短时间尺度上平滑风电波动,且上层优化结果作为下层优化的状态变量。通过分层MPC,不同时间级的风电周期预测信息不断滚动更新,各层间的储能优化控制也可得到有效协调。针对微网中的风储联合发电系统,通过改变分层MPC的滚动时域及步长,得到适用于算例的最优参数。仿真结果验证了该策略可以动态响应风电变化,并有效改善风储系统输出的峰谷特性和波动性。

微电网中飞轮储能系统储能优化设计研究

飞轮储能系统广泛应用于微电网,优化飞轮的可控性可以增强微电网中储能系统的动态响应能力,是提高飞轮效率的关键。通过飞轮转动惯量和控制器增益之间的量化关系,建立可控性最佳的飞轮模型。微电网的配置主要包括飞轮储能系统、风力发电机、柴油发电机和负载。在PSCAD中搭建模型来分析当分布式电源发生扰动时微电网的动态响应特性。对微电网中风力发电机的输出功率骤降和单相短路两种情况进行仿真,并分别研究了带与不带飞轮时微电网的响应行为。实验结果表明该飞轮系统模型明显增强了微电网的稳定运行能力,论证了该模型对飞轮储能的优化设计的正确性。

大规模风电汇集系统动态无功补偿装置运行现状及提升措施

目前国内大规模风电汇集系统均配置了容量充足的动态无功补偿装置,但大部分装置实际运行性能并不理想,在风电脱网等故障期间无法充分发挥无功快速调节及稳定系统电压的作用。为解决风电场动态无功补偿装置存在的问题,研究相应的改进措施以提高风电汇集地区无功电压控制能力至关重要。依据某大规模风电基地2011—2014年风电运行数据,对动态无功补偿装置在典型故障期间的响应特性进行了详细分析,将风电场动态无功补偿装置存在的问题归纳为投运率低、运行可靠性低、动态响应速度慢、装置实际容量与额定容量不符、控制策略不当以及动态无功裕度不足等,并针对上述问题提出了提升动态无功补偿装置技术性能及运行管理水平的措施。

风火?需求侧响应协调频率控制方法

风电场通过电力电子装置接入电网,使风电场所发功率无法对系统频率进行响应。因此,大规模风电接入电网后会使系统总惯性减小,系统调频能力下降,进而影响系统稳定性。为提高系统频率稳定性,研究了风火、需求侧响应参与系统调频的调节方法。考虑调频参数对系统频率稳定性的影响,以及系统频率偏差、频率变化率与火电、风电机组备用容量间的关系,提出一种参数动态整定的风火、需求侧响应参与系统调频的协调控制方法。最后,以内蒙古某地实际系统为例,通过准稳态仿真方法验证了所提协调频率控制方法的有效性。结果表明,所提方法既保证了系统频率稳定性,且使需求侧参与调频的功率较少,提高了系统运行效率。

结合矢量和直接功率控制的双馈风电机组研究

介绍了一种新型的结合矢量和直接功率控制的双馈风电机组控制策略,该控制策略实施在双馈风电机组的转子侧,控制器设计的目标是同时获取矢量控制和直接功率控制的优势。首先对双馈风电机组的矢量控制和直接功率控制进行分析,建立了两者之间的数学联系,然后对两者控制架构进行融合设计了新型控制器。新型控制器相对于矢量控制器具有响应快速、鲁棒性高和易于实施的优势,而相对于直接功率控制,具有较小的谐波输出、功率波动等优点。最后,基于MATLAB/Simulink平台对新型控制方法进行了仿真研究。仿真结果表明,在新型控制下机组具有较好的稳态和动态性能,优于传统的矢量控制和直接功率控制。