大规模近海风电场VSC-HVDC并网拓扑及其控制

针对大规模近海风电场地理分布上高度分散以及主要采用双馈式或直驱/半直驱式风电机组的特点,提出了相应的电压源型变流器的高压直流(voltage source converter based HVDC,VSC-HVDC)并网传输拓扑结构,并设计了相应的控制策略。为验证所提方案的可行性,利用Matlab/Simulink构建了一个近海风电场的5端口VSC-HVDC并网传输系统,并进行了系列仿真。仿真结果表明,所提VSC-HVDC方案可为大规模近海风电场的并网传输提供优化的解决方案。

近海风电场并网用多端口VSC-HVDC系统的无差拍协同控制策略

探讨了近海风电场用基于电压源换流器的高压直流输电系统(VSC-HVDC)的几种并网拓扑,针对多端口VSC-HVDC系统提出了基于无差拍控制方法的协同控制策略,该控制策略具有原理简明、算法简单、参数定义明确、跟踪精度高及动态响应速度快等优点。为了验证本文所提出方案的可行性,利用Matlab/Simulink构建了一个近海风电场的四端口VSC-HVDC并网传输系统,并进行了系列仿真研究。仿真结果表明,本文所提出的多端口VSC-HVDC并网传输协同控制方案可为近海大规模风电场的并网传输提供优化灵活的解决方案。

基于RT-LAB的双馈风电场动态建模

风电场动态等值模型需要与风电场动态详细模型进行比较,以评估其等值效果。RT-LAB仿真平台具有强大的计算能力,能保证大规模风电场模型的仿真计算。在RT-LAB仿真平台上建立了包含48台2 MW双馈机组的风电场动态详细模型,研究了双馈机组空载并网前后控制策略、电机模型及其切换。对风电场按最大功率跟踪控制发电和按调度指令发电以及机组并网、解列的工况进行了仿真分析。结果表明该模型能较好地反映风电场动态特性,对风电场动态等值模型的评估以及风电场控制器的开发具有重要意义。

考虑并网灵活性的大规模海上风电场集群接入系统规划研究

为了提升大规模海上风电场集群接入系统的并网灵活性,提出了一种考虑并网灵活性的大规模海上风电场集群接入系统规划方法。首先,通过构建综合考虑并网灵活性及经济性的大规模海上风电场集群接入系统规划的多目标优化模型,挖掘大规模海上风电集群输电系统的灵活性;其次,采用运用改进的非支配排序遗传算法与基于图论的拓扑修复策略,对多目标优化模型进行求解,再次,基于模糊隶属度分析,从求出的帕累托前沿解中提取得到经济性、灵活性最优的风电场集群接入方案;最后以实际海上风电场群并网的算例为例进行分析,验证所提方法的有效性和可行性。

采用NSGA-Ⅱ混合智能算法的风电场多目标电网规划

风电并网在实现节约化石能源和减少有害气体排放等效益的同时,也将对电力系统的可靠性造成一定的负面影响。为达到投资经济性、系统可靠性、环保效果的整体最优,构建了多目标风电场接入的输电线路与电网的联合优化规划模型;针对目标权重未知、人工神经网络(artificial neuralnetwork,ANN)收敛困难、无法合理决策等问题,采用方差最大化决策和分类逼近理想解的排序方法(technique fororder preference by similarity to an ideal solution,TOPSIS)缩小最优解的范围,并在此基础上提出了随机模拟、神经元网络和非劣排序遗传算法II(non-dominated sorting geneticalgorithm II,NSGA-Ⅱ)相结合的混合智能算法;对增加风电场的改进IEEE Garver-6系统进行计算分析,结果表明该方法具有较高的决策效率和计算精度,从而验证了所提出模型和方法的合理性和有效性。

双馈风电机组锁相环动态主导的小干扰稳定极限

针对锁相环动态主导的并网双馈风电场小干扰稳定性问题,提出了一种双馈风电场小干扰失稳的判定方法。首先建立了单台双馈风机二阶线性化模型,其次根据单机等值模型将推导的二阶线性化模型推广至并网双馈风电场。最后依据劳斯-赫尔维茨定理(the Rausch-Hurwitz theorem)推导出锁相环动态主导的并网双馈风电场小干扰稳定极限,解释了风机有功出力、电网连接强度、锁相环控制参数及风机数量对锁相环动态主导的并网双馈风电场小干扰稳定的影响规律及内在机理。结果表明,有功出力增加、系统连接强度变弱及控制参数设置不当会对系统小干扰稳定性产生不利影响。以15台双馈风机构成的并网双馈风电场为例验证了所提小干扰稳定性极限的正确性和有效性,并且不需要建立风电场的全阶模型,减小了计算量。

台风条件下含混合电氢储能的海上风电场并网运行智能控制方法

随着我国海上风电装机容量不断增加,经济发达、电力负荷大的沿海地区越来越依赖和关注海上风电的安全运行。在系统常规火电机组容量下降、系统惯量较低的情况下,海上风电场的友好接入问题变得尤为突出。特别是在台风期间,海上风电场在达到截止风速之前可能会与受端电网迅速断开,导致主网出现大量功率缺额、电压频率恶化等不利影响。为了解决风电固有波动性和台风引起的大扰动问题,提出了一种含混合电氢储能的海上风电场并网运行控制方法。该方法在海上风电场正常运行期间,通过合理安排储能和充放能,有效平抑了风电波动性;而在台风过境期间,通过合理使用混合电氢储能,缓解了海上风电输出骤降,减少对受端电网的不利影响。通过对广东某海上风电场的真实数据进行仿真研究,验证了所提方法的有效性。

风电场并网技术及其对电力系统的影响

风电场并网技术作为将大规模风力发电引入电力系统的关键环节,其应用对电力系统的稳定性、可靠性和运行效率提出了新的挑战和机遇。文章综述了风电场并网技术的主要特点,以及其对电力系统的多方面影响。风电场并网技术的不断发展为清洁能源的大规模利用提供了可能,但也需要对电力系统的各个方面进行深入的研究和优化。通过综合应用高级电力电子技术、智能化控制系统和先进的规划管理手段,可以更好地实现风电场与电力系统的协同运行,推动清洁能源在电力领域的可持续发展。

风电场并网对电网电能质量的影响及治理措施

电网作为电力供给的主要媒介,在电力输送中具有重要作用。如何降低其他电力因素对电网电能的不良影响、提升电网整体供电质量是当前电力行业急需解决的关键问题之一。文章简要分析了风电场运行的特点,并总结了风电场并网对电网电能质量的影响。同时,从应用改善无功补偿技术、做好风电场发电预测工作和轻型直流输电连接电网的使用等方面入手,探讨了完善风电场并网和提升电网电能质量的可行策略。此外,总结了降低风电并网对电能质量影响的实践策略,旨在提高风电场并网的运行水平,避免发生电网安全事故。

基于VSC-MTDC的大规模海上风电并网系统协调下垂控制方法

提升电压源型换流器的多端直流输电(VSC-MTDC)系统的传输功率和传输效率对于大规模风电并网而言至关重要。提出VSC-MTDC系统协调下垂控制方法,并制定3种典型的控制模式,从而实现风电场最优功率输送与VSC-MTDC系统效率的最大化。建立用于海上风电场并网的四端直流输电系统仿真模型,结果表明,所提协调下垂控制方法不仅能实现有功功率在VSC-MTDC系统中的最优分配,而且能稳定直流电压,增强VSC-MTDC系统的运行稳定性。

基于VSC-HVDC的风电场并网系统潮流算法研究

柔性直流输电系统非常适合海上风电场并网,但传统交/直流混联系统潮流算法在计算基于VSC-HVDC的风电场并网系统潮流时存在缺陷:直流系统移开后,风电场交流节点变为孤立节点,剩余交流系统的雅可比矩阵不可逆,迭代过程无法进行。针对这一缺陷提出了一种含VSC-HVDC的混联系统(AC/VSC-HVDC)潮流解耦算法:该算法将交、直流系统进行解耦,分别迭代计算。所提算法克服了目前交/直流混联系统潮流计算方法存在的对交流潮流计算程序继承性差、扩展变量多、计算速度慢等缺点;也解决了风电场VSC-HVDC并网系统潮流算法中存在的问题。通过标准算例的计算验证了所提方法的有效性,可以用来对风电场直流并网系统进行稳态潮流分析。

VSC-HVDC风电并网的自抗扰无源控制策略

针对风电并网的轻型高压直流(VSC-HVDC)输电系统的变流器具有非线性强耦合的特点,单一的控制策略难以满足并网的需求。首先将VSC-HVDC的换流站模型等效成一个具有耗散性质的无源系统,采用端口受控耗散哈密顿系统(PCHD)模型,设计了一种基于互联与阻尼配置的无源控制器来追踪参考电流,同时,为增强系统的鲁棒性,采用自抗扰控制来确定相应的外环电流参考值,最终实现风电的可靠并网。仿真结果表明了自抗扰无源控制为基于VSC-HVDC的风电并网控制提供了一种新的解决方案。

基于蒙特卡洛模拟的含风电-储能发电系统可靠性评估

以含风电-储能系统的发电系统可靠性评估为研究内容,对风电场出力和储能系统出力的随机特性进行了研究,同时建立了风电机组功率时序模型和含风电场-储能发电系统可靠性评估模型。在此基础上,根据风速预测的自回归滑动平均模型,得到风电机组输出功率,随后结合常规机组的状态模型,建立基于序贯蒙特卡洛仿真的含风电-储能发电系统可靠性模型,提出了风电和储能对供电中断期望值贡献系数,量化储能系统接入含有风电场的发电系统的可靠性影响。采用所提出的模型和算法对IEEE-RBTS改进系统进行评估,同时讨论了风电场对发电系统供电可靠性评估的影响。算例结果表明,风电场和储能系统接入发电系统可以有效提高发电系统的供电可靠性。

基于VSC-HVDC并网风电场的系统调频综合控制

针对采用柔性直流输电并网方式(VSC-HVDC)的风电场两侧交流系统解耦特性,无法采用传统控制方式调频问题,结合风电机组虚拟惯性控制和下垂控制,以及直流电容快速充放电原理,在VSC-HVDC的网侧变流器增加变直流电压控制环节,提出一种改变直流母线电压并以此作为风电机组调频信号的综合调频控制方式。当电网因功率不平衡而发生频率波动时,VSC-HVDC直流电压能随之改变,快速释放或者吸收直流电容中存储部分的电能,再将电压值作为调频信号传递给风电场,使风机释放或者吸收转子动能,对电网频率提供动态支撑。仿真结果验证了提出的综合调频控制的有效性。

基于VSC-HVDC的南汇风电场并网应用研究

风能作为一种绿色的可再生能源,将在取代传统一次能源、调整能源结构和环境保护中发挥重要的作用。在介绍柔性直流输电(VSC-HVDC)的原理和技术特点的基础上,将其与其他风电并网技术作了比较,详细说明了柔性直流输电技术在风电并网上的重大创新及巨大优势,并介绍了该技术在上海南汇风电场并网上的示范应用工程,表明了柔性直流输电技术在风电传输领域的广阔应用前景。

基于内模控制的VSC-HVDC风电并网系统控制策略研究

针对轻型直流输电技术(VSC-HVDC系统)在采用双闭环PI控制时的参数多并且整定复杂的问题,采用内模控制原理对PI参数整定算法进行改进,改进算法只需调节一个参数,使参数整定变得简单快捷,同时可以保留双闭环PI控制系统优良性能。仿真结果表明,基于内模控制原理的一个参数整定的VSC-HVDC系统参数保有双闭环PI控制系统的优良性能,系统鲁棒性好,控制精度高,动态响应快。

海上漂浮式风电场高比例并网一次调频控制策略研究

为了缓解电力系统因漂浮式风电场高比例并网而造成频率波动加剧的问题,建立了含漂浮式风电场的混合电力系统一次调频模型,并基于电池储能设计了一次调频协调控制策略。对负荷基准为1000 MW的漂浮式风力机区域进行数值模拟,区域内含100台5 MW的漂浮式风力机,每台配备1500 kW×60 s电池储能系统,分析对比了转子动能与超速减载联合一次调频控制策略与电池储能参与一次调频控制策略下混合电力系统的频率响应。结果表明:在负荷阶跃变化和随机变化的场景下,电池储能参与一次调频可以降低电力系统频率偏差和稳态误差,加快调频响应速度,使漂浮式风电机组的输出功率更加均匀,有效提高了风电机组运行的稳定性和经济性,改善了电力系统的调频性能。

不对称短路故障下辐射状风电场电压稳定性分析方法

随着风电场规模的不断增大,电网不对称短路故障期间,风电场与电网之间的耦合作用不断增强,电压失稳风险增大。针对现有风电场接入电力系统技术规定,在电网发生不对称短路故障持续阶段,研究辐射状风电场的静态电压稳定性分析方法。建立了考虑多风电场与连接线路的阻抗模型,根据不对称故障时的动态无功支撑要求,对多风电场的电压稳定性进行分析,获得了风电场和电网正负序阻抗之间的电压相互作用关系。分析结果表明,多风电场满足现有风电并网导则时,所提方法可准确判断电网不对称短路故障持续阶段的静态电压是否稳定。最后,通过仿真验证了理论分析的正确性和所提方法的有效性。

计及电气主接线影响的风电场发电风险评估

随着风电渗透率不断增加,其出力的多状态特性以及风电并网系统中的元件故障将对电力系统安全稳定运行带来较大影响。传统的风电场可靠性建模方法对这些因素考虑不够全面。采用状态缩减法形成多状态风电场出力模型,并根据风电并网系统中不同元件的故障形式,将风电场等效为输电系统中一个带不同电源容量的母线元件。使用双层蒙特卡洛抽样技术对等效后的输变电联合系统进行抽样,采用交流潮流模型计算系统风险指标。最后,以改进的IEEE-RTS6系统为例,对所提方法和模型进行了分析和验证,结果表明计及电气主接线影响输变电联合系统等效模型以及双层蒙特卡洛抽样方法的有效性。

大型并网风电场储能容量优化方案

为减少大型并网风电场输出功率不稳定给系统频率造成的较大影响,在Matlab平台中仿真了风电机组输出功率随风速变化的规律,以风电机组输出功率特性函数和风电场风速概率分布函数为基础,提出了一种计算大型风电系统长时间稳定输出所需储能容量的方法,并用实际风电场数据验证了该方法的有效性,以期为风电场设计提供决策参考。