Electromechanical Transient Modeling Analysis of Large-Scale New Energy Grid Connection

The synchronous virtual machine uses inverter power to imitate the performance of the conventional synchronous machine.It also has the same inertia,damping,frequency,voltage regulation,and other external performance as the generator.It is the key technology to realize new energy grid connections’stable and reliable operation.This project studies a dynamic simulation model of an extensive new energy power system based on the virtual synchronous motor.A new energy storage method is proposed.The mathematical energy storage model is established by combining the fixed rotor model of a synchronous virtual machine with the charge-discharge power,state of charge,operation efficiency,dead zone,and inverter constraint.The rapid conversion of energy storage devices absorbs the excess instantaneous kinetic energy caused by interference.The branch transient of the critical cut set in the system can be confined to a limited area.Thus,the virtual synchronizer’s kinetic and potential energy can be efficiently converted into an instantaneous state.The simulation of power system analysis software package(PSASP)verifies the correctness of the theory and algorithm in this paper.This paper provides a theoretical basis for improving the transient stability of new energy-connected power grids.

Steady-State Analysis of Grid-Connected New Energy Power Plants

In order to ease the fossil energy crunch,new energy sources need to be fully utilized.Clean energy sources such as wind,light,and nuclear energy are important tools to solve environmental and energy problems.However,in the process of researching new energy farms,there are some problems when they are integrated into the power system.In order to ensure the stability of new energy power plants,it is necessary to conduct an in-depth analysis of the grid connection technology of new energy farms.In the study,it is necessary to learn about the specific problems of the stability of the grid connection of new energy power plants,and to clarify the specific application of the grid connection technology of new energy power plants from the application principle and advantages of the grid connection technology of new energy power plants.Through simulation experiments,the positive effect of grid connection technology of new energy power plants in improving the stability of power systems was determined.

新型电力系统主动构网机理与技术路径

随着新一代“双高”电力系统的发展,新能源并网变换系统逐渐由随网型向构网型演变,当新能源机组集群运行时,并网情况将更加复杂。变换器的构网能力需亟待研究,同时也是电力能源转型需承担的重要使命。该文立足并网系统内外形态的全局性和传统并网变换系统性能分析的局限性,对并网变换器的主动构网支撑机理进行再揭示。首先,对虚拟同步技术与构网机理进行简要评述;其次,就集群并网系统的建模问题、多机集群并网运行时的耦合交互问题、支撑构网能力的储能配置和运行边界等3个关键技术问题,进行深入研究;最后,针对上述3个关键技术问题,进行技术路径探索和研判。该文的思路为形成适用于未来新能源集群并网运行的系统化理论和实用化方法奠定一定基础。

新能源并网系统引发的复杂振荡问题及其对策研究

受电力电子变流器的交互作用等因素影响,新能源并网系统存在复杂的振荡问题,因此分析了新能源并网系统引发的复杂振荡问题,并进行对策研究。结合振荡机制,分析了新能源并网系统引发的振荡问题主要表现形式,结合分析结果,将保持新能源并网系统稳定的前提——具有稳定的流形作为核心,构建合理的阻尼控制器,实现对振荡的抑制。在测试结果中,设计抑制对策下对应的有功功率振荡幅度最小,发生振荡的次数也最少,与对照组相比具有明显优势。

含多电解槽的新能源制氢能量管理优化

新能源制氢系统是提升风能、太阳能等新能源消纳的有效途径。目前国内外关于电解槽能量管理的研究以单电解槽为主。单电解槽能量管理未考虑电解槽非线性的工作特性,难以兼顾多个电解槽制氢效率,影响系统经济性。文中针对含有多电解槽的新能源制氢系统的能量管理问题进行了研究,以新能源消纳率、经济收益、制氢率为目标,考虑单个电解槽运行特性以及生产约束条件,建立包含风电、光伏、蓄电池、多电解槽的能量管理优化模型,并采用强度Pareto进化算法2(strength Pareto evolutionary algorithm 2,SPEA2)求解多目标优化问题。仿真研究表明,文中所提能量管理策略能够实现新能源发电的100%消纳,单位制氢收益可提升5.15%。因此,对多电解槽制氢系统进行有效的能量管理有助于提高制氢效率,可有效克服单电解槽运行及能量管理的不足。

新能源大规模并网环境下变电站防孤岛技术研究

针对新能源规模化并网给变电站带来的孤岛运行风险,研究基于电网拓扑和纵向通信的全站孤岛识别技术及相关切机策略。针对现有变电站新能源联切回路错综复杂的现状,基于电网拓扑模型,设计以联切矩阵为主的回路优化策略,建立联切间隔与新能源间隔之间的映射关系,大幅降低新能源间隔扩建时电网在运设备配合传动频率及后期运维难度。针对区域孤岛问题,提出基于多站信息融合的孤岛广域判别技术。采集并分析开关量、功率突变等关键信息,结合就地电气量变化得出可靠判别结果,避免新能源出力与孤岛负荷大体平衡时因无法快速识别孤岛带来的备自投及重合闸误动风险。研究表明,以联切矩阵为主的回路优化策略能大幅降低现场新能源联切回路数量,基于多站信息融合的孤岛广域判别技术可解决新能源出力与孤岛负荷大体平衡时孤岛识别问题。结合电网侧过/欠压及过/欠频等判据,形成完备的电网侧变电站反孤岛解决方案。

新能源并网对配电网电压的影响

新能源并网有效缓解了我国能源短缺与环境污染问题,但新能源发电存在间歇性、波动性和不确定性,在并网时对配电网的电压影响较大,使得配电网的结构及控制更复杂。针对新能源并入10 kV配电网,重点讨论了配电网的无功电压与潮流分布特性。分析新能源并网对电压波动的影响机理,研究发现,在配电网末端并网不仅能降低新能源并网对配电网的不利影响,还能对配电网整体电压分布起一定的支撑作用,提升配电网电压合格率,保障配电网供电质量。

基于自启动系统的海上风电并网技术

针对目前海上风电项目建设存在并网周期长的问题,提出了一种自启动的风机并网方法,并基于该方法开发了一套风机并网调试自启动装置。该装置可以安装在海上升压站平台上,在大电网电源送达海上升压站前,通过海缆为风机提供稳定电源,在此期间提前完成风机各项调试与并网工作。待正式电源送达海上升压站后,风机直接并网,大幅缩短海上风电项目建设工期,帮助风机提前并网发电,创造可观的经济价值,并能够加速清洁能源并网,助力“碳达峰,碳中和”的能源环境战略目标实现。目前,该技术已在江苏如东多个海上风电场落地应用,现场试验数据验证了研制系统和所提方法的先进性与有效性。

构网型储能系统并网测试要求及测试实例分析

以某次构网型储能系统并网性能现场测试为例,阐述了构网型储能系统的频率适应性、电压适应性、电能质量适应性、低电压穿越性能、高电压穿越性能、充放电响应、充放电调节及充放电转换性能测试方法,并对构网型储能系统并网性能测试结果进行了分析。开展构网型储能系统并网性能现场测试可全面检测与评估储能系统调频、调压性能以及其对电网的主动支撑能力,测试成果可为构网型储能系统并网性能评价提供数据支撑。

抑制新能源并网系统谐振的逆变器阻抗适配支路参数设计方法

随着高比例新能源并网成为发展趋势,新能源并网系统谐振成为影响新型电力系统安全稳定的潜在因素。由于风光资源在时间尺度上存在互补特性,可以通过调整逆变器并网特性实现系统阻尼的分时互济。针对逆变器阻抗适配支路的参数设计问题,提出阻尼系数的优化设计方法。首先,推导了阻尼互济控制逆变器的输出阻抗表达式,结合阻抗的幅值和相位分析阻尼系数对输出阻抗的影响,提出阻尼系数的初选设计方法。随后,从系统稳定性角度分析电网阻抗与阻尼系数之间的关系,为阻尼系数的优化提供了依据。为解决固定阻尼给控制带来的限制问题,提出了一种阻尼系数自适应的阻尼互济控制,使得控制更加灵活有效。最后,通过仿真和实验验证了阻抗适配支路参数设计方法的准确性以及阻尼系数自适应算法的有效性。

基于LQR的新能源虚拟惯量自适应控制策略

为提升基于直流电容能量虚拟惯量控制的新能源并网变流器对电力系统的惯量支撑能力,提出了一种基于线性二次调节器(LQR)的自适应虚拟惯量控制方法。在分析虚拟同步机(VSG)动力学特性的基础上,获得惯量参数和系统频率响应特性的数学关系,并建立了基于LQR的自适应惯量控制模型,通过LQR代价函数寻找最优反馈矩阵,使状态变量快速趋近于零且以最少的输入能量来满足控制需求。仿真结果表明,该方法能够使得新能源并网变流器根据系统频率波动情况对有限直流电容能量进行优化分配,快速阻尼频率变化,改善了系统频率响应特性,提升了新能源并网变流器对电力系统的惯量支撑能力,保障了电力系统的稳定性。

基于大型光伏直流升压汇集系统的限流控制研究

针对大型光伏直流并网汇集系统双极故障后短路电流上升快、幅值高,在系统中附加限流设备或改进换流器拓扑限制直流短路电流,又会额外增加建设成本的问题,提出一种模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)两阶段限流控制,首阶段保障限流控制快速性,次阶段增加MMC限流程度,同时结合光伏直流汇集系统结构提出相应的控制和保护协调方案。首先分析了短路电流影响因素,进一步提出两阶段限流控制实现方法,探讨了限流控制对系统影响并给出系统的限流控制与保护系统协调流程,最后在±30 kV/30 MW的光伏直流并网汇集系统中对限流控制进行仿真验证。仿真结果表明,所提两级式限流控制能迅速投入并显著降低故障电流及桥臂电流,控制直流断路器设计成本,降低换流器闭锁风险。

高比例风电电力系统储能运行及配置分析

针对新能源随机性及波动性对电力系统安全稳定运行带来的不确定影响,为提高系统的经济性安全性,对高比例风电电力系统储能运行及配置进行了研究分析。通过研究分析“供给侧”低碳化转型对电力系统运行经济性、可靠性影响,以及风电渗透率(最大风电功率与最大负荷功率之比)递增对系统功率平衡的影响,建立了高比例风电电力系统的结构,并建立了高比例风电电力系统容量优化配置模型,构建了4种对比方案。利用CPLEX求解器对模型进行了求解,结果表明“供给侧”低碳化转型对电力系统运行经济性及可靠性的影响很小,增大风电渗透率及考虑储能能够提升系统的运行经济性及可靠性,有助于新型电力系统的构建,促进“碳中和”的实现。

新能源发电并网时谐波对配电设备的影响与抑制措施

随着新能源发电技术的快速发展,风力发电和太阳能发电等间歇性电源构建形式在电网中的占比不断增加,但新能源发电并网时伴生的谐波严重影响着配电设备的运行。文章通过分析新能源发电并网时伴生谐波的原因,探讨谐波对变压器、电容器、开关设备等配电设备造成的影响,并提出相应的抑制措施。

新能源并网系统的稳定性分析与控制策略

新能源并网系统的稳定性是电力系统研究的热点。文章深入探讨新能源并网系统在新能源波动和复杂工况下的可靠性和安全性及控制策略,引入先进的控制算法和储能系统策略,通过实时监测和响应机制,实现对系统状态的准确感知和迅速调整,确保稳定运行。

光伏并网系统稳定性分析及优化分析

随着世界工业规模的不断扩大,能源的消耗也越来越高,传统的不可再生的化石能源的大量开采已导致能源危机日益严重,而太阳能作为地球来源最广泛的绿色、无污染可再生能源,正得到越来越多的研究和快速发展,光伏并网在大力推进,相信不久的将来将得到极大的普及。但光伏系统存在一些问题急需解决,否则将给电网造成极大的干扰。由于光伏发电系统中应用到大量的变换器、开关等元器件,给并网系统的运行带来了很大的谐波干扰,而传统并网控制策略有效阻尼区局限问题难以消除该干扰,为了解决此问题,建立了一种新的控制策略模型以提高并网控制效果,提升光伏并网系统的稳定性。

考虑新能源并网影响的零序过电压解列策略

目前新能源并网故障零序过压解列判据按躲过中性点直接接地系统正常运行时的不平衡电压整定,解列时间与新能源场站的变压器间隙零序过压保护配合。然而当线路发生高阻接地短路或者线路的保护Ⅱ段范围内发生故障时,该策略存在新能源大面积误解列问题。为此文章提出一种可靠防止新能源大面积误解列的零序过压解列策略的改进方法,并设计了解列判据,通过仿真以及实际故障验证了策略的有效性。结果表明,该解列策略具有高可靠性和实用性。

“双碳”背景下新能源并网储能容量优化配置方法

为改善新能源并网储能容量配置输出功率与荷电状态波动大、蓄电池使用寿命短的问题,基于“双碳”背景,提出了一种新能源并网储能容量优化配置方法。选取新能源典型历史样本作为出力样本,计算全数据样本周期中每个连续时间周期的功率波动率;根据功率波动情况,通过平滑处理的方式,得到蓄电池和超级电容的输出功率参考值;利用超前控制方法改进传统储能控制,通过维持当前状态、提前放电、提前充电3种方式,合理把控储能容量,并在保证平抑波动效果的基础上优化储能成本;从功率和成本两个角度,完成对新能源并网储能容量的优化配置。实验结果表明:该方法能够稳定输出功率和荷电状态、延长蓄电池使用寿命。说明该方法有效实现了设计预期。

新型配电系统国际标准化现状与展望

新型配电系统标准是新型配电系统技术发展总体战略的重要内容,对整个行业的发展起着有效的规范和引导作用,然而新型配电系统国际标准化工作还处于起步阶段,迫切需要我国根据国内新型配电系统标准发展与国际化现状,开展新型配电系统标准国际化战略研究。本文首先对新型配电系统的关键特征和面临的技术挑战进行了梳理和分析,然后对目前主要的国际标准组织在新型配电系统领域相关国际标准的现状进行了分析和总结,最后对相关领域的国际标准化发展趋势进行了展望,为后续新型配电系统国际标准的制修订提供参考。

新能源接入配电并网融合最大功率控制系统

大规模分布式新能源的接入会增加配电网的不确定性和功率控制复杂性,为确保新能源接入配电并网的安全稳定运行,设计新能源接入配电并网融合最大功率控制系统。建立配电并网负荷等值模型,根据发电端运行状态,计算原动机端做功功率,分析改变功率的影响因素,建立调节系统幅度的等值模型。计算蓄能量最大值,检测电荷数据,根据充电效率计算结果实现最大功率控制。实验结果表明,所设计系统具有较好的控制效果,损耗率低于0.2%,能够有效保证系统的安全稳定运行。