基于MSSA的PSS与UPFC-POD参数和UPFC位置协调优化

针对风火打捆(wind-thermal-bundled,WTB)系统在受到干扰时可能由于阻尼不足而出现的低频振荡现象以及较高的网损会导致运行成本的增加和阻碍“双碳”目标实现的问题,提出了一种电力系统稳定器(power system stabilizer,PSS)与统一潮流控制器(unified power flow controller,UPFC)附加功率振荡阻尼控制器(power oscillation damping,POD)参数和UPFC安装位置协调优化策略方法。首先,基于Matlab构建了风火打捆外送系统和控制器模型。然后,利用多目标樽海鞘优化算法(multi-objective salp swarm algorithm,MSSA),将协调优化问题转化为多目标优化问题。目标函数设计中考虑了UPFC装置的调节特性。最后,采用IEEE 4机2区系统和16机5区系统进行多种工况下的仿真。仿真结果显示,协调优化后的控制器可以提高系统阻尼,维持发电机转速的稳定,抑制低频振荡引起的系统有功、电压等的波动,同时降低了系统的有功网损,提高了系统稳定性和运行经济性。MSSA在工程问题上的应用得到了补充。

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。

风火打捆经LCC-HVDC送出系统的次同步扭振分析

近年来,风能资源大力发展,风火打捆经直流送出成为中国目前及未来开发和利用的主要方式,风电机群和高压直流输电(high voltage direct current,HVDC)对同步发电机组(synchronous generator,SG)轴系扭振各模态电气阻尼的影响规律有待深入研究。针对直驱风电机群、火电机组和直流输电,建立了系统的线性化模型,分析了接入设备对火电机组电气阻尼的交互耦合关系和风火打捆经直流送出系统中火电机组轴系扭振的机理。基于复转矩系数法,研究了风电机群运行风速、控制参数和直流输电输送功率、控制参数等因素对同步发电机组电气阻尼系数的影响。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建风火打捆经直流送出系统的时域仿真模型,通过时域仿真和时频分析,验证了电气阻尼系数分析结果的有效性。

BESS-STATCOM提高风火打捆直流并网稳定性

为有效提高风电并网运行能力,提出在受端配置蓄电池型静止无功补偿器(BESS-STATCOM)的风火打捆经直流输电并网拓扑结构。设计以维持受端母线电压稳定为首要目的的控制策略。送端发生风速频繁波动扰动时,通过火电厂可以消弱风速波动带来的不利影响,保证输入至受端电网的电压稳定。受端电网负荷突变/三相短路时,蓄电池型静止无功补偿器能保证电网受到干扰后快速恢复,在向系统补偿无功功率的同时提供一定有功支撑,克服负荷突变带给系统的不利影响。仿真结果表明所提控制方案的有效性,蓄电池型静止无功补偿器能够使得风电场"穿越"故障,运行状况基本不受电网受端故障影响。

基于D-PMSG的风火打捆直流外送系统送端功角暂态稳定性研究

风火打捆直流外送是解决能源丰富基地电力消纳问题及负荷中心能源短缺问题的主要方案。随着直驱永磁风电机组并网容量的不断增大,研究基于直驱永磁风力发电机(D-PMSG)的风火打捆系统送端功角暂态稳定性的意义重大。文章通过扩展等面积准则(EEAC)研究了由D-PMSG构成的风电场与附近火电厂打捆并经直流线路外送系统的送端功角暂态稳定性。当风火打捆系统中D-PMSG输入的功率由受扰严重群减机械功率来平衡的情况下,系统遭受大扰动时,其功角暂态稳定性比纯火电系统的好,且输电方式为直流线路时系统送端功角暂态稳定性比交流输电方式的好。仿真结果与理论分析结果一致,由此可知,由D-PMSG构成的风电场与附近火电厂打捆,经直流线路外送的方案可以提高系统的功角暂态稳定性。

风光火打捆外送系统STATCOM-POD协调优化设计

风电和光伏与火电打捆外送是我国大型新能源基地电力外送的重要途径。针对风光火打捆外送系统低频振荡问题,提出一种基于静止同步补偿器附加功率振荡阻尼控制协调优化设计策略。首先,搭建了风光火打捆外送系统模型,设计了STATCOM-POD控制器,并采用联络线有功功率作为控制器输入量。然后,基于李雅普诺夫稳定法则构建了计及系统所有低频振荡模式最小阻尼比的目标函数。最后,采用遗传算法对多控制器参数进行协调优化,改善了系统低频振荡特性。以IEEE四机二区域系统为例,验证所提方法的正确性和有效性。结果表明:协调优化参数的STACOM-POD控制器能够维持发电机转速的稳定,增加系统的阻尼,抑制低频振荡引起的电网参数波动,改善风光火打捆外送系统的低频振荡特性。

直驱风电场并网对火电机组次同步谐振影响

直驱风电场(D-DWF)接入火电经串补外送系统后,其对火电机组的次同步谐振(SSR)影响机理尚不明确。针对风火打捆经串补点对网型系统,采用适用于模块化建模的状态变量消去方法,建立模块化的耦合小信号模型;利用特征值分析法研究D-DWF接入后系统的SSR情况;结合特征值分析结果阐释SSR机理,并针对D-DWF及串补线路参数进行阻尼分析。研究结果表明:D-DWF会引入与SSR频率相近并引起“共振”的一个新模态,使得“机电谐振”与“模态频率接近”的振荡机理耦合共存。在跟网型风机的控制策略及参数下,D-DWF并入会导致SSR模态阻尼大幅降低,恶化系统的SSR。随着D-DWF的容量、风速和系统串补度降低,系统阻尼将提高,SSR的风险将降低。基于PSCAD/EMTDC平台的电磁暂态仿真,验证了机理分析的正确性。

风火打捆送出系统稳定特性研究和运行策略优化

为解决粤西海上风电集群与火电打捆送出的同步稳定问题,首先研究了风火打捆送出系统的同步稳定特性和影响因素,然后提出了提高风火打捆送出系统风电渗透率和同步稳定特性好的风电机组优先发电的运行方式优化策略。最后构建了风电场集群整体硬件在环接入的实时仿真系统进行验证,仿真结果表明所提出的同步稳定性提升策略可以提高风火打捆送出系统稳定极限,有力提升了风电并网消纳率和电网安全稳定水平。

考虑轴系特性的汽轮发电机阻抗模型

与状态空间法和复转矩系数法相比,基于阻抗的分析方法更便于拓扑扩展和黑盒系统建模。然而,现有的汽轮发电机阻抗模型,如RL串联阻抗模型或同步发电机等效电路阻抗模型,仅关注汽轮发电机的电气特性。上述简化的阻抗模型无法考虑汽轮发电机轴系特性的影响,甚至导致错误的分析结果。针对这一问题,该文建立了考虑轴系特性的汽轮发电机阻抗模型,并以风火打捆外送系统为研究对象,对比了基于RL等效阻抗模型和所建立阻抗模型的振荡分析结果。验证了所建立模型在含有新能源以及电力电子设备的电力系统中进行稳定性分析的适用性与准确性。研究结果可为含汽轮发电机的复杂结构电力系统的稳定性分析提供模型。

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。

直驱风电场并网对直流输电引起的火电机组轴系扭振影响机理分析

火电机组与电网换相换流器高压直流输电(LCC-HVDC)间的次同步交互作用会引发火电机组轴系扭振(SSTI),而直驱风电场(DDWF)接入LCC-HVDC送端对SSTI阻尼特性的影响与机理尚未明确,相关研究有待开展。针对上述问题,该文基于DDWF与火电打捆经LCCHVDC送出系统,采用模块化建模法建立了小信号模型,使用特征值法分析了DDWF的接入与参数变化对LCC-HVDC引起的火电机组SSTI阻尼的影响;同时,针对特征值分析结果进行了机理分析。研究结果表明,DDWF会与火电机组共同承担LCC-HVDC的功率波动,削弱火电机组与LCC-HVDC间的次同步交互作用,从而增大SSTI阻尼,降低SSTI风险;当DDWF的容量增大、风速提升时,SSTI阻尼增大;当DDWF与LCC-HVDC整流站间电气距离增大时,SSTI阻尼降低;当LCC-HVDC整流侧由定电流控制转为定功率控制,或逆变侧由定电压控制转为定关断角控制时,SSTI阻尼降低。基于PSCAD/EMTDC平台进行了时域仿真,验证了特征值分析与机理分析的正确性。

换相失败场景下虚拟惯性控制对风火打捆送端系统暂态过电压的影响分析

在直流系统换相失败期间,虚拟惯性控制在响应直驱风机并网点频率的同时,风机有功出力的改变将影响送端暂态过电压。为了分析虚拟惯性控制对送端暂态过电压的影响并指导虚拟惯性参数的选取,该文结合送端有功偏差量与无功偏差量的暂态变化特点,分析了风火打捆经直流送出系统场景下,换相失败期间整流侧换流母线暂态电压变化全过程。换相失败期间直流有功传输减小引起送端频率突增,虚拟惯性控制将减小风机发出的有功功率。通过分析表明,风机有功出力的减小将增大送端火电机组所在线路的有功偏差量,从而恶化送端暂态过电压。最后通过PSCAD平台,对上述内容进行了仿真验证,并分析了虚拟惯性控制比例、微分系数对过电压峰值的影响。得出虚拟惯性比例系数越大,火电机组所在线路的有功偏差量将越大,进而恶化送端暂态过电压的结论。

基于导纳频响特性的次同步振荡特征值的快速估算

次同步振荡(sub-synchronous oscillation,SSO)一直是电力系统广泛关注的稳定性问题。目前已存在特征根分析法、频域分析法(如阻抗分析法)等多种次同步振荡分析方法,但每种方法均有其优缺点。结合特征根分析易量化与频域分析易建模的优点,提出了一种基于导纳频响特性来直接估算次同步振荡特征根的新方法。该方法仅根据系统聚合导纳和导纳积分频响曲线的极值特征(包括极值点频率和斜率信息)便可直接估算出次同步振荡的特征根,计算简便、快捷。通过与MATLAB特征值分析工具的结果对比,验证了估算方法的有效性。该方法适用于常规发电的次同步扭振、新能源发电的次/超同步振荡以及新能源、常规发电打捆送出的复合次同步振荡等不同类型次同步振荡的定量分析,分析结果均得到EMTDC仿真验证。

风光火打捆系统无功配置与电压控制策略研究

针对新能源和火电打捆送出系统的无功配置和电压控制问题,提出一种新能源汇集区抑制无功环流的控制策略。该策略能够有效抑制火电机组与各新能源之间无功的不合理流动,特别是在新能源场群采用高压侧并网点电压作为自动电压控制(AVC)指令时,出现的新能源场站之间无功的不合理流动。依据实际建设案例搭建仿真模型,仿真了新能源的多种运行场景与不同有功工况,计算了打捆系统的无功补偿边界。进一步地,通过仿真验证了当并网点电压跌落时,采取所提技术手段的控制效果。结果表明,该策略能够有效地提升新能源场站电压环节的支撑及调压能力,避免电压越限。

风光火打捆交直流混联外送系统交互影响及稳定性研究

风电或光伏与火电打捆通过交直流系统外送是我国大型新能源基地电力外送的重要途径。文章基于建立的风光火打捆交直流混联外送系统模型,研究了配套火电对直流、风电和光伏以及联网交流系统的影响机理。分析了直流运行异常对风电和光伏的影响,通过理论分析和仿真计算,研究了风电和光伏的脱网时序,定性并定量分析了新能源脱网对联网交流系统重要交流断面的影响。针对风光火打捆外送系统存在的问题提出了运行控制建议。

风火打捆交直流外送系统功角暂态稳定研究

风火打捆交直流外送是未来千万千瓦级风电能源基地电力外送的重要方式之一,亟需掌握风火打捆交直流外送系统的稳定特性及其机理。文章分析了不同风电比例和不同直流控制方式下系统的暂态功角稳定特性,探讨了风电、火电和直流系统间的交互作用,并基于扩展等面积(extendedequal-area criterion,EEAC)理论分析了送受端机组惯量对系统功角暂态稳定性的影响机理。结果表明:在受端电网为无穷大系统的场景下,系统暂态功角稳定性随风电比例增加而改善;在送受端机组惯量可比场景下,存在最优风电与火电配置比例,使得系统暂态功角稳定性最好。

风火打捆外送系统暂态稳定切机控制

风火打捆能源基地的投入运行,在带来巨大经济效益的同时也引起电网安全稳定性发生变化。某些严重故障后,仅切除常规火电机组难以保证系统稳定运行或代价过大。首先分析了风电机组和火电机组暂态特性的差异性以及各自对系统暂态稳定的影响。然后指出了严重故障后导致系统失稳的2个主要原因:一是故障过程中产生了加速能量;二是由于故障后,外送通道被削弱,外送系统输电能力急剧下降。因此,提出了严重故障后火电机组和风电机组的优化切机方案。西北某电网的仿真结果表明:该优化切机方案在保证故障后系统安全稳定运行的基础上,能显著降低系统稳定恢复所需切机量,改善故障后系统恢复特性,大大提高系统运行的安全性和经济性。

“风火打捆”交直流外送系统的暂态稳定控制研究

"风火打捆"交直流外送是未来千万千瓦级风电能源基地电力外送的重要方式之一,亟需掌握"风火打捆"交直流外送系统的稳定特性及其机理。功角是反映系统暂态稳定性的主要标志,分析了双馈电机的功角快变特性和"风火打捆"系统等值机械转动惯量对火电机组功角暂态稳定性的影响。针对系统的暂态稳定性问题,提出了一种附加控制策略,并设计出控制装置样机,可提高"风火打捆"系统的暂态稳定性。基于所提附加控制策略的试验样机通过了实时数字仿真器(Real Time Digital Simulator,RTDS)的闭环验证,结果表明:该附加控制策略通过改变直流输送功率和调节风机的有功输出,消除或减小了系统在暂态过程中的瞬时不平衡功率,增强了直流系统和风机对火电机组的等效阻尼作用,有效抑制了火电机组的功角摇摆幅度,提高了"风火打捆"系统的暂态稳定性。

风火联运源端系统有功优化运行分层协调思路

中国风资源与负荷中心逆向分布的特点客观上形成了含集群风电的多电源联运源端系统,其中最典型的是风火联运源端系统,提高其发电的控制灵活性对于促进风电消纳十分重要。针对"三北"地区风火联运源端系统特点,提出在调度中心和源端发电单元之间建立有功优化运行层,对局部分散的风电场和火电机组进行协调控制,从而提高源端电力的控制灵活性,充分利用消纳空间以提高风电利用率;其中,异特性多类型机组联运的控制复杂性问题、强刚性风火联运源端系统应对可再生能源发电波动性难题是实现源端系统有功优化运行的关键难题。文中从区域风电场群协调模式、多空间尺度分层协调模式以及多时间尺度逐级精细化策略3个方面提出了相应的解决思路;在此基础上,提出多时空尺度分层协调有功优化运行体系,并梳理相应的运行性能评价指标;最后,着重从体系中风火协调层、集群风电协调层两个角度阐述关键技术问题。

面向风火打捆的特高压直流输电工程弱送端强直弱交耦合特性研究

哈郑特高压直流是我国首个大容量风火打捆直流外送工程,送端电网存在多种安全稳定问题。分析了直流运行特性,提出了过渡期联网运行和孤岛运行的条件。研究了弱送端电网不平衡功率分配特性,为故障后保障重要交流通道安全稳定控制策略的制定奠定了基础。研究了特高压直流输电系统与750 k V交流电网耦合特性,指出配套火电的投运将使吐哈断面稳定问题由动态稳定转变为暂态稳定,二通道同时存在电压大幅波动和暂态稳定问题,给出了故障约束下特高压直流与二通道输电能力。分析了直流对青藏直流及藏中电网频率稳定的影响规律,研究了风火不同比例下直流故障引起的电压波动问题,为西北电网的运行控制提供了参考依据。