海上风机与VSC–HVDC协同调频控制策略

由于海上风电场惯性低,影响系统安全稳定运行,通过类比同步电机的转子运动方程,在受端换流站控制策略中设计了直流电容惯性控制;又由于风机侧与电网侧距离甚远,无法及时对电网频率波动做出响应,通过寻找电网频率与受端换流站直流电压的数学关系,将海上风机与电网耦合,在风机的控制中引入一次调频控制,使风电场能够及时对电网频率的变化做出响应和调节,增强海上风力发电场并网时的有功功率和频率稳定性。

含经VSC-HVDC并网海上风电场的交直流系统概率最优潮流

由于海上风速的不确定性,海上风电场并网会对电力系统最优潮流(OPF)产生影响,提出含基于电压源换流器的高压直流输电(VSC-HVDC)并网海上风电场的交直流系统概率最优潮流计算模型。首先,利用非参数核密度估计拟合海上风速分布,建立海上风电场和VSC-HVDC的稳态模型;然后,基于拉丁超立方采样得到标准正态分布样本,利用等概率变换理论和Nataf变换技术得到具有相关性的输入变量样本;最后,采用原对偶内点法进行OPF计算,得到输出变量的样本,利用统计学方法得到输出变量的数字特征和概率分布。IEEE 14节点和IEEE 118节点系统仿真结果验证了算法的准确性和高效性。

德国海上风电VSC-HVDC技术分析

系统地总结和梳理了德国海上风电并网情况及发展特点,分析阐述了德国海上风电场群集中并网的技术特征和经验,比较分析了高压交流输电和VSC-HVDC技术在海上风电并网应用的优缺点。最后,结合德国经验和中国发展需要,提出了海上风电并网分析模型。

提升海上风电经VSC-MTDC接入的低惯量系统频率稳定综合控制策略

规模化海上风电经多端柔性直流输电(VSC-MTDC)接入的低惯量系统存在同步发电机(SG)占比小、惯量水平低、功率互济能力弱等问题,为此提出一种VSC-MTDC与海上风电协调配合的低惯量系统频率稳定综合控制策略。首先将含原动机-调速环节的SG聚合为单机系统频率响应模型,构建换流站的虚拟系统频率响应(VSFR)控制器,并借助劳斯稳定判据分析经典参数下VSFR闭环控制的稳定性。然后针对海上风电并网系统功率支援能力不足导致的VSC-MTDC电压越限问题,设计适用于多风速场景的双馈风机附加桨距角与转速控制,通过调整海上风电出力对低惯量系统进行支援,提高海上风电并网系统功率互济能力,保障VSC-MTDC安全运行。最后在海上风电经三端柔性直流输电接入的低惯量系统中对所提控制策略进行分析验证。结果表明:所提控制策略的频率响应和功率支援能力强,可提高低惯量系统的频率稳定性。

海上风电VSC-HVDC系统的直接功率控制

为了解决传统直接功率控制存在开关频率不恒定问题,该文提出了一种适用于海上风电场并网的电压源型高压直流输电系统的改进直接功率控制。该方法在推导电压源型高压直流输电系统αβ坐标系下离散化数学模型的基础上,结合虚拟磁链定向、瞬时功率理论和空间矢量脉冲宽度调制,针对电压源型高压直流输电系统设计了相关的离散化控制器。风电场侧采用定有功功率和无功功率,电网侧采用定直流电压和无功功率,实现直流电压稳定以及有功、无功功率的解耦。在Matlab/Simulink构建的离散模型基础上,对有功、无功等工况进行了仿真分析。仿真结果验证了该方法的有效性和可行性,为海上风电场电压源型高压直流输电系统提供一种可行的控制方案。

基于改进粒子群算法的PIDNN控制器在VSC-HVDC中的应用

针对海上风电场并网柔性直流输电(voltage sourceconverter based high-voltage direct-current,VSC-HVDC)系统比例–积分–微分神经网络(PID neural network,PIDNN)控制器参数寻优过程中存在的问题,提出一种基于限制竞争小生境混沌变异的改进粒子群算法(improved niche chaoticparticle swarm optimization,INCPSO)。该算法中小生境技术引入限制竞争淘汰机制,使其具有良好的全局寻优能力(探索),配合改进的帐篷映射混沌变异算法,可获得局部精细遍历性能(发现)。在解决粒子群算法早熟收敛和搜索精度低等问题的同时,最大程度地平衡了粒子群算法在解空间内的探索和发现能力。给出了VSC-HVDC系统中PIDNN控制器参数寻优INCPSO算法步骤,并进行算例分析验证。仿真结果表明,该算法寻优效率和搜索精度高,鲁棒性好,INCPSO-PIDNN控制器可用于海上风电场柔性直流输电变流器。

含经VSC-HVDC并网海上风电场的电网可用输电能力计算

为研究海上风电场经VSC-HVDC接入电网后对所求断面输电能力的影响,提出了含海上风电场(经VSC-HVDC并网)的电网输电能力计算模型。该模型考虑了风功率的间歇性与随机性,结合了发电机的日前调度和机组爬坡约束,同时计及了陆上风电场经交流并网的情形。运用连续潮流法(CPF)对该模型进行求解,并用IEEE-14节点系统进行仿真计算。算例中对风电场未接入电网与接入电网时所求断面的输电能力进行了比较,结果表明,合理接入风电场能有效提高系统的可用输电能力,文中所提模型和算法合理准确。

VSC-HVDC技术在海洋风能开发中的应用

海上风电场具有风速高、风力稳定、各种干扰少及发电量大等特点,风电场由陆地向海上延伸,是未来风电发展的大趋势.海上风电是新能源和可再生能源发展的战略重点之一,目前我国海上风电发展已经取得一定成效,而且发展前景广阔.成本、效益、风险制约了海上风电的发展,通过科技进步,风电核心技术掌握和规划建设能力的提高,可以有效解决重大制约发展的因素,确保海上风电健康发展.大型海上风电场并网VSC-HVDC的关键技术主要涉及海上风电柔性直流输电控制策略、调制方法、均压控制策略以及海上风电场建模等.分析、总结和研究大型海上风电场并网VSC-HVDC变流器关键技术,有助于为大型海上风电场接入电网技术提供理论支撑,提高海上风力发电的开发与规模化利用水平,具有学术意义和重要的实用价值.

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PR控制的海上风电场并网VSC-HVDC系统

提出了一种新的适用于海上风电场并网的新型高压直流输电(Voltage Source Converter based HVDC,VSC-HVDC)系统的比例谐振(Proportional Resonant,PR)控制策略。该方法充分利用PR控制器能够在αβ坐标系下对交流输入信号无静差控制的特点,将矢量控制策略下的有功电流和无功电流分量转换到αβ坐标系下进行调节,实现风电场和电网侧换流器维持直流电压稳定以及有功、无功功率的解耦控制。与常用的双闭环PI控制相比,该策略无需多次坐标变换和前馈解耦控制,且易于实现对系统谐波电流的补偿,降低了实现难度,提高了系统的鲁棒性和并网电能质量,为海上风电场并网VSC-HVDC系统提供了一种优化的控制方案。

基于VSC-HVDC并网的海上风电场无功补偿控制策略

随着规模的扩大和并网距离的增加,海上风电场对电网电压稳定性影响愈加显著。针对经VSC-HVDC并网的双馈型海上风电场,逐一分析双馈机组(Double-fed induction generators,DFIG)特性和VSC-HVDC系统结构特征以及控制模型。在此基础上提出利用风电场侧换流站、风机网侧变流器和转子侧变流器三者相协调的无功控制策略,以提高系统电压稳定性。最后以CIGRE B4-39系统为例,运用DIgSILENT软件进行建模仿真,分析海上风电场出口母线电压发生跌落事故时并网点电压、各无功电源输出功率和风电场有功功率波动曲线,验证该控制策略的有效性。

Power hardware in the loop validation of fault ride through of VSC HVDC connected offshore wind power plants

This paper presents the power hardware in the loop(PHIL)validation of a feed forward DC voltage control scheme for the fault ride through(FRT)of voltage source converter(VSC)high voltage DC(HVDC)connected offshore wind power plants(WPPs).In the proposed FRT scheme,the WPP collector network AC voltage is actively controlled by considering both the DC voltage error and the AC current from the WPP AC collector system which ensures fast and robust FRT of the VSC HVDC connected offshore WPPs.The PHIL tests were carried out in order to verify the efficacy of the proposed feed forward DC voltage control scheme for enhancing the FRT capability of the VSC HVDC connected WPPs.The PHIL test results have demonstrated the proper control coordination between the offshore WPP and the WPP side VSC and the efficient FRT of the VSC HVDC connected WPPs.

应用于海上风电接入的VSC-HVDC系统主网侧交流故障穿越的新型直流耗能装置拓扑

直流耗能装置用于海上风电系统主网侧交流故障时吸收风场注入的盈余功率。该文将现有直流耗能装置拓扑归纳为集中式和分布式电阻技术路线,并总结其电路结构、工作机理和控制策略。在此基础上,提出一种混合式耗能装置拓扑,它将2种现存的主流拓扑结合,兼具二者优点却避免了各自的缺点。新拓扑具有功率控制精度高、系统扰动小、子模块内部集成电阻功率低和开关器件损耗小等优点。其具有良好的EMI特性,并且子模块内分布式电阻的功耗降低了75%。最后,通过PSCAD/EMTDC仿真对比和RT-LAB实验证明了上述内容的正确性,同时也验证了所提控制策略的有效性。

海上风电经VSC-HVDC系统受端电网不对称故障抑制策略

海上风电经柔性直流输电技术(即基于电压源换流器的高压直流输电系统,VSC-HVDC)送出系统中受端电网故障不仅影响受端换流站交直流侧系统的运行状态,严重情况下也会阻碍送端换流站和海上风电机组的正常运行。针对这一实际问题,分析了海上风电经VSC-HVDC送出系统中受端电网发生不对称故障的传播机理,提出了一种基于Lyapunov函数方法的负序分量抑制策略。首先,建立了海上风电机组经VSC-HVDC送出系统的拓扑结构,并分析了受端电网发生不对称故障的传播机理。其次,根据受端换流站的数学模型推导出满足Lyapunov函数全局稳定性的负序开关函数,并求解出开关函数的系数,进一步设计出相应的Lyapunov函数控制器。最后,基于MATLAB/Simulink软件仿真将所提策略与传统PI控制进行对比,验证了所提策略的正确性和有效性。

大规模海上风电经VSC-HVDC并网后电能质量问题分析

由于海上风速的多变性,同时风机组中存在大量电力电子器件等原因,其并网后所产生的电能质量问题不容忽视。对于离岸较远的大规模海上风电场,基于电压源换流器的高压直流输电(VSC-HVDC)凭借其独特的技术优势未来将成为不可或缺的输电技术。为保证电能质量符合标准,需在并网前对电能质量作出分析。根据风电场等值原理,运用PSACD/EMTDC仿真软件搭建由双馈异步风机组成的大规模海上风电场经VSC-HVDC并网模型,研究其在风速波动下闪变、谐波电压与电流、电压偏差等电能质量问题。结果表明,在风速波动时谐波问题比较严重,实际工程中应充分考虑当地风资源的状况,制定合理的滤波方案,为今后海上风电并网的电能质量分析工作提供借鉴与参考。

基于综合效益评估的远海风电柔直并网拓扑方案优选

为解决远海风电柔直并网拓扑方案优选时缺乏对多方面性能定量分析与重要性衡量的现状,文中基于综合效益评估的角度对其展开研究。构建涵盖经济性、利用率、可靠性三个因素的多指标评估体系并给出各指标的计算模型,定量表征拓扑间的各项性能差异;基于改进AHP-熵权-NASH均衡法确定多指标权重,合理衡量各方面性能的重要程度;利用TOPSIS法联合指标数据与权重信息对各拓扑方案进行优选;算例中对如东海上风电柔直工程的点对点、环形、星形三种典型拓扑类型进行了综合效益评估与方案博弈,结果表明,所提改进AHP能够有效降低一致性检验误差,决策过程具备性能与权重的定量化、可视化,验证了文中方法的有效性与合理性。

海上风电柔性直流技术研究进展与展望

本文概述了全球海上风电发展情况,从政策、规划、资源、技术角度分析了我国海上风电发展的宏观基本面。详细介绍了国内外海上风电柔性直流送出的主流技术路线和技术发展现状。针对几类新型海上风电柔直系统拓扑结构,从技术、经济性方面进行了综合比较分析,并对其工程应用潜力进行了研判。最后提出了我国海上风电柔性直流技术研究与创新发展的战略思考和建议。

考虑送端影响的海上风电经柔直并网系统电压支撑强度量化分析

为弥补当前海上风电经柔直并网系统电压支撑强度评价指标的受端电压支撑因素考虑不足和忽略送端对受端影响等问题,提出考虑送端影响的海上风电经柔直馈入短路比。首先,分析海上风电经柔直并网系统结构与控制方式,明晰柔性直流输电系统中送端大容量海上风电有功出力对受端交流电网的电压稳定影响;其次,提出受端交流电网影响因子,将受端电网中各有功、无功源对并网点电压的影响进行等效量化;然后基于影响因子,提出海上风电经柔直馈入短路比,不仅能反映送端对受端的影响,还兼顾换流站对并网点电压的支撑作用,使指标具有较高适用性;最后,通过实际电网仿真验证了所提指标的有效性,并获得临界短路比以完善电压支撑强度评价指标,研究结论可用于海上风电经柔直并网系统的规划和运行。

海上风电用±550 kV直流GIS过电压与绝缘配合研究

海上风电经柔性直流送出已成为风电消纳的重要途径。直流气体绝缘开关设备(gas insulated switchgear,GIS)用于海上风电换流平台,可以降低整体海上换流站平台体积及设备造价,降低了海上设备的运维成本。围绕海上风电用±550 kV直流GIS的过电压与绝缘配合进行研究,首先确定柔直系统的结构与参数、控制保护策略和避雷器配置方案,进而通过仿真获得最大过电压水平,对于不同运行方式下故障极与非故障极的直流极线过电压进行分析,最后明确±550 kV直流GIS中避雷器参数与±550 kV直流GIS设备的绝缘水平要求。

面向低成本轻型化直流耗能装置的滞环控制策略

直流耗能装置是海上风电经柔直并网系统中的重要装备,用于受端电网故障时吸收风场馈入的盈余功率防止系统过压。该文针对模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)型和混合型两种工程主流耗能装置技术路线,提出一种通用的直流母线电压滞环控制策略,可显著降低耗能阀内部电容、电阻及绝缘栅双极晶体管(insulated-gate bipolar transistor,IGBT)的电气应力与选型规格参数,实现装备低成本和轻型化设计。建立融合耗能装置的柔直系统直流侧等效数学模型,揭示控制参数对系统暂态过电压和耗能装置热应力的影响机理,给出控制参数的详细设计方法。最后,搭建±250 kV/1 500 MW海上风电并网系统模型验证上述内容的正确性,仿真结果表明,所提控制策略具有良好系统特性,MMC型耗能装置无需额外配置37%的全桥子模块,电容值降低75%;混合型耗能装置内部电阻发热降低97.7%,不再需要水冷散热装置。