一种风电场经VSC-HVDC并网的VSG变参数负荷频率控制策略

风电的大规模并网导致系统等效惯量下降、不确定性增加,给电力系统的负荷频率控制(loadfrequency control,LFC)带来新的挑战。考虑到柔性直流输电系统(voltage source converter based high voltage DC,VSC-HVDC)具有的潜在调频能力,对此展开研究,针对风电场经VSC-HVDC并网的情形提出了一种虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)变参数负荷频率控制策略。首先,在风电场经VSC-HVDC并网的LFC模型及拓扑结构分析基础上,为了提高VSC-HVDC的可控性,对换流器的控制环节进行了VSG控制方法的设计;然后,对VSG控制参数与频率变化的关联性进行分析,并基于分数阶梯度下降法(fractional-order gradient descent method,FOGDM),利用频率的分数阶导数提取频率深层变化特征,以优化VSG控制参数;在此基础上,考虑到系统的不确定性,设计触发机制对VSG变参数优化模式进行调整,以降低VSG参数的变换频次,提高系统频率控制的针对性。仿真结果表明:所提控制方法能有效改善电网负荷频率控制效果,具有良好的适应性。

基于虚拟同步机的风-光-储并网系统自适应功频控制策略

风-光-储系统通过虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)并网时,其运行工况变化将引起系统功频波动。针对这一问题,提出一种VSG自适应惯量阻尼功频控制策略。首先,建立VSG的数学模型及功率小信号模型,分析虚拟参数变化对系统稳定性的影响;然后,依据系统受扰时的功角曲线分析惯量阻尼的动态特性,设计了一种分段线性调整函数,并给出参数选取原则;最后,在Matlab/simulink平台中搭建仿真模型验证。结果表明,在工况变化情况下,采用VSG自适应控制的风光储并网系统功频响应得到了改善,相比传统VSG控制具有更好的动态调节性能。

储能虚拟惯量主动支撑与调频状态转移控制

释放储能装置的频率支撑潜力,将是提升风、光高占比系统并网稳定性的关键。该文首先对比分析常规发电机组的固有惯量、风电机组的虚拟惯量及储能的惯性支撑特性。其次,根据系统中的储能容量配置,约束量化储能的虚拟惯量,为系统惯量需求提供评估依据,以保障频率安全。在此基础上,利用储能独特的功率支撑特性,提出恒频控制与调频状态转移控制结合的储能并网频率主动支撑控制策略,突破虚拟惯量及一次调频的传统控制模式。最后,搭建风电高渗透电网仿真系统,验证储能装置在所提控制策略下能够显著提升系统的频率稳定性,改善其对电网的主动支撑性能。

考虑可再生能源接入的多端MMC交直流混合系统协调控制

模块化多电平变换器的零转动惯量特性,使其无法对交流电网的频率波动提供支撑,导致交直流混合系统的整体惯性下降,影响并网系统的动态性能与稳定性。文章将改进功率-电压下垂控制与虚拟同步机技术相结合,提出一种新型功率协调控制策略。在系统直流电压稳定的情况下,对交流电网进行频率调节,同时对各变换器间的功率进行合理分配,无需通讯系统即可建立有效的能量管理体系。与传统双闭环控制进行对比试验,结果表明,所提控制策略有效解决了系统由低惯量、欠阻尼引起的动态性能与稳定性的问题。

虚拟惯量控制对直驱风电机组载荷影响的分析及评估

针对虚拟惯量控制诱发风电机组机械载荷的问题,开展虚拟惯量控制对采用直驱永磁同步发电机(D-PMSG)的风电机组载荷影响的理论分析和仿真评估研究。从叶片、塔筒等机械结构低阶模态出发,建立虚拟惯量控制下D-PMSG线性化多体动力学模型,并通过线性化多体动力学模型分析虚拟惯量控制对机组载荷的影响机理。采用软件联合建模方法,构建涵盖永磁同步电机及其控制、电网、机械和气动特性等的D-PMSG非线性机电耦合模型。依据冲击载荷最大值、最大变化幅度百分比及等值疲劳载荷等指标,通过所建立的非线性机电耦合模型仿真分析并量化评估虚拟惯量控制对机组冲击载荷和动态疲劳载荷的影响。结果表明,D-PMSG附加虚拟惯量控制后,电网侧频率突变会使得传动轴和塔底侧向出现显著冲击载荷,且其随虚拟惯量时间常数增大而增大,在湍流风运行工况下机组传动轴和塔底侧向等值疲劳载荷较无附加虚拟惯量控制均有所减小。

基于虚拟现实技术的“电力电子”课程教学策略研究

电力电子是一门专业化、技术密集型学科,新时代,学生的学习需求相对较高,传统的教学方法很难满足他们的学习要求。因此,虚拟现实技术逐渐进入“电力电子”课程教学,为传统的教学模式注入了新活力。基于虚拟现实技术的“电力电子”课程教学策略研究,有望为教育工作者的教学实践提供一种新的思路。通过创建沉浸式的学习环境和实时互动性强的虚拟平台,可以有效增强学生的兴趣和实践能力,使复杂的电力电子概念更加生动易懂,激发了学生的创新思维,提高了整体教学效果。

双馈虚拟同步机快速励磁控制和功角补偿策略

针对以激磁电势为目标控制电压的双馈虚拟同步发电机策略下运行功角大而带来的功率耦合问题,提出采用快速励磁控制消除功角扰动对无功控制的影响,采用功角补偿消除激磁电势扰动对功角有功控制的影响的功率解耦方案。在分析双馈电机数学模型及双馈虚拟同步机整体控制策略的基础上,构建计及无功控制环节的双馈虚拟同步机小信号模型。通过分析无功环节PI控制器参数对功角稳定性的影响,设计快速励磁控制策略。通过分析无功扰动与功角变化的关系,确定功角补偿传递函数。设定风速扰动、电网频率扰动和电网电压扰动3种不同工况进行验证。结果表明:所提控制策略可有效避免双馈虚拟同步机大功角运行时有功功率控制和无功功率控制间的相互影响,实现功率解耦。

融合数字孪生的风电机组故障检测ASL-CatBoost方法

针对当前风电场状态监控可视化程度低、运维实时性不足的问题,基于数字孪生五维模型概念,构建风电场数字孪生五维模型框架;针对传统算法故障检测能力不足、风机故障数据集存在正负样本不平衡的问题,提出使用改进的ASL-CatBoost算法实现风机故障状态的精准检测。以数字孪生平台为基础,结合MATLAB/Simulink建立叶片质量不平衡状态下的双馈风力发电机仿真数学模型,模拟多种风速、温度条件下不同原因导致的风机故障状况数据,辅助故障检测算法进行训练,增强算法的泛化能力;设计实现风电场数字孪生运维管控一体化平台案例,在实时数据的驱动下,实现风电机组运行状态的实时监视与精准管控,验证所提框架和改进算法的可行性。

考虑电动汽车出行规律的虚拟电厂鲁棒优化调度

风电的不确定性和电动汽车出行的随机性会影响虚拟电厂的安全和经济运行。根据风速的概率分布利用区间运算生成风电出力的不确定集合,基于电动汽车出行规律提出了蒙特卡洛抽样流程,模拟电动汽车的出行状态。建立放电补贴和充电补偿的引导措施调度电动汽车进行有序充放电,计及各单元运行和电动汽车出行规律的约束,构建以虚拟电厂运行成本最低为目标函数的鲁棒优化模型。考虑不同场景下的最劣情况进行对等模型转换,调用Gurobi求解模型。算例结果分析证明,调度策略可以显著提高虚拟电厂运行的经济性和安全性,模型发挥电动汽车缓冲作用,对抑制风电出力的波动具有可靠性。

基于虚拟仿真实验平台的课程教学改革探索--以“风能与风力发电技术”课程为例

“风能与风力发电技术”课程是新能源科学与工程专业的专业必修课,目前的教学方式以理论讲授为主,相关实验教学受到场地及设备的限制,对学生实践能力的培养不足。为加强学生的工程实践能力,满足工程教育认证及新工科对人才培养的需求,实现教育数字化目标,该文以“MW级风力发电机组设计安装与运维虚拟仿真实验”建设为例,从建立虚拟仿真实验平台的必要性、实验平台的构成和实验方法等方面展开,为“风能与风力发电技术”课程教学改革提供新思路。

高风电渗透率下考虑系统风电备用容量的储能配置

风电的高比例渗透削弱了电力系统的惯性与调频容量,储能凭借响应迅速、出力稳定等特点被广泛应用于电网的惯量支撑及频率调节工作。首先以双馈风机额定转速与有功出力为约束条件,基于转子超速控制设置最适功率预留系数,划分风机参与系统调频的风速范围。在此基础上,考虑系统频率支撑能力,提出一种风电机组与储能协调配合的调频方法。通过对储能有功出力与系统稳态恢复过程的分析,刻画了虚拟同步机控制策略下储能系统的动态频率调节特性,由此实现储能在应对系统不同工况与不同支撑需求下控制参数的最优配置。仿真结果表明,所提方法能够在保证系统调频需求的同时充分利用风电自身的调频容量,优化储能系统参数的配置结果,实现储能出力的平滑输出,提高系统的频率支撑能力。

非线性弹性耦合下双馈风电机组的暂态能量转移与振荡特性分析

新能源与同步发电机组间高效暂态能量转移是新型电力系统抑制功率振荡的关键。该文首先分析同步发电机组和双馈风电机组间处于虚拟同步运行时的虚拟轴系耦合关系;其次,通过非线性功率耦合,引入立方刚度,建立非线性弹性耦合下含风电的两自由度系统动态模型;再次,基于哈密顿原理,分析引入立方刚度后风电并网系统的暂态能量转移过程,推导机组间能量完全转移的必要条件,并提出双馈风电机组的非线性弹性耦合控制策略,依据所得必要条件完成控制器参数优化设计;最后,搭建风电高比例仿真系统,验证了双馈风电机组在所提控制方法下能够高效转移暂态能量,显著提升其功率振荡抑制和频率支撑能力。

基于虚拟同步机控制参数自适应调节的储能系统调频方法

【目的】风电的大规模渗透一定程度上降低了电力系统的调频能力,储能作为一种相对成熟、行之有效的技术手段,被广泛用于电网调频。为此,研究了储能系统在虚拟同步机控制下参与电网调频的响应过程及优化配置。【方法】基于DIgSILENT/PowerFactory仿真软件搭建储能控制模型与电力系统,对系统投入储能前后的频率响应特性进行分析。进一步,考虑风电机组在不同出力模式下的备用容量,通过风速区间的划分与风电机组功率预留系数的确定,优化储能系统的配置结果,实现储能系统调频系数的自适应调整。【结果】储能的投入能够有效改善系统频率响应、减少弃风。通过合理预留风电机组自身调频容量,储能系统可以为电网提供可靠的功率支撑。【结论】基于风机风速与输出功率的储能系统调频系数自适应调整方法,能够在满足系统调频需求的同时有效减小储能系统的超调量和输出功率,延长储能工作时间。

考虑构网型风电频率响应的电力系统低频减载策略研究

大规模构网型风电机组并网会改变电力系统频率响应特性,而传统低频减载策略尚未计及构网型风电机组的影响,可能导致大功率缺额后的系统减载量不合理。文章提出一种考虑构网型风电频率响应的电力系统低频减载策略。首先,基于构网型风电虚拟惯量和一次调频控制模型,建立计及构网型风电频率响应的系统频率响应简化模型;其次,分析构网型风电的有功响应特性对系统不平衡功率量的影响,进而精细化估算用于指导电网多轮次减载的不平衡功率量,从而提出自适应低频减载实施策略;最后,通过算例分析,验证了文章所提低频减载策略的可行性和有效性。

含海上风电的虚拟电厂参与日前电能量市场及日内调度的两阶段协同优化

海上风电的开发与利用对中国实现能源转型和“双碳”目标具有重要意义,但其发电具有高间歇性、强波动性等特征,大规模并网会给电力系统安全稳定运行带来巨大挑战。为了缓解接入大规模海上风电对电网造成冲击,提出一种将海上风电、燃气电站和储能设备聚合为虚拟电厂协同调控的资源管理模式和运营策略,聚合后的虚拟电厂作为一个新型市场主体参与日前电能量市场交易。首先,针对其交易决策和设备调度过程,在考虑海上风电出力和负荷不确定性的基础上,建立虚拟电厂日前-日内两阶段鲁棒优化调度模型。然后,采用列与约束生成算法对模型进行迭代求解。最后,通过算例仿真对所提策略和模型的有效性进行分析和验证。结果表明:在计及不确定因素影响并保证海上风电消纳的情况下,虚拟电厂在日前市场中的交易策略与模型中鲁棒调节参数的设置密切相关,需要结合风电历史数据、预测精度及决策者的风险偏好对鲁棒调节参数进行合理设置,以平衡系统运行的经济性和鲁棒性,为含海上风电的虚拟电厂参与电力市场交易提供了思路和参考。

Initial Exploration of Wind Farm Cluster Hierarchical Coordinated Dispatch Based on Virtual Power Generator Concept

China has made many strides in large-scale development and centralized integration of wind power in recent years.The wind power penetration of some regions has reached a high level,which brings significant challenges for power system dispatch due to the inherent variability and uncertainty of wind resources.To increase the dispatch capabilities of wind power generation,the spatial smoothing effect among adjacent wind farms needs to be fully utilized.This paper presents the concept of hierarchical coordinated dispatch for wind power based on a new concept of a virtual power generator.The spatial smoothing effect of wind power is analyzed first.Next,the virtual power generator method of a wind farm cluster is defined and established.Then,the hierarchical coordinated dispatch mode is compared with an existing wind power dispatch mode for individual wind farms.Finally,the proposed concept is implemented on a simulation case to demonstrate applicability and effectiveness.

基于混合电解槽自适应控制的光伏制绿氢系统研究

构建光伏阵列与混合电解槽耦合于交流母线的制氢系统。为提高光伏发电系统在环境变化下的能效,采用基于自适应步长扰动观测式的最大功率点追踪技术,光伏直流侧利用超级电容的快速响应和电荷平滑的特性稳定母线电压,网侧变流器采用虚拟同步机控制策略,实现快速响应电网变化需求,提供电网惯性和频率支撑,增强系统稳定性和可靠性;并针对传统单一电解槽制氢系统在固定工作模式下面临的能源浪费、适应性不足等问题,结合碱性电解槽和质子交换膜电解槽的优势,引入一种电解槽自适应控制系统,根据光伏输出功率和电解槽的状态实时调整工作模式,使系统在不同场景下保持较高的灵活性和稳定性。最后通过仿真验证所搭建模型与控制策略的正确性与有效性。

一种基于虚拟阻尼绕组的双馈电机灭磁方法

针对电网故障引发的双馈电机磁链阻尼振荡问题,提出一种基于虚拟阻尼绕组的灭磁控制方法。首先根据双馈电机的电磁关系分析了在电网故障下定子磁链的动态变化过程。在此基础上建立了双馈电机矢量控制的数学模型。通过MATLAB软件进行仿真实验,对比分析了改进与常规控制策略下,电压跌落和电压骤升后定子磁链d轴分量与定子磁链q轴分量的变化波形。改进的灭磁方法可有效对抗磁链的振荡冲击,提升了双馈风力发电机在电网故障下的运行性能。

海上风电M3C换流器虚拟同步发电机控制

文中在分频海上风电送出的场景下,针对模块化多电平矩阵式换流器(modular multilevel matrix converter,M3C)的控制策略展开研究,将M3C系统与传统旋转同步发电机系统在结构参数和运动方程上进行对比,分析M3C变频器模拟同步发电机外特性的可行性。以换流器参与系统频率调节和稳定系统电压为目标,基于虚拟同步发电机控制理论,设计M3C换流器虚拟同步发电机控制方案,建立一种适用于分频海上风电M3C换流器的控制策略。最后利用PSCAD/EMTDC仿真平台,验证了该控制策略的正确性,并在相同系统结构和参数下,将该控制策略同双dq变换的解耦控制策略进行对比仿真研究。结果表明,虚拟同步发电机控制策略能够使变频器具有惯性和阻尼特性,可以参与系统频率调节,并且具有良好的控制响应特性。