Wind Farm Coordinated Control for Power Optimization

以降低风电场尾流损失、优化风场出力为目标,设计基于Laguerre函数非线性预测控制（nonlinear modelpredictive control,NLMPC）方案的风场集群控制器。该控制器应用风场动态尾流模型,通过NLMPC统一调整风场内各机组转速以提升风场功率。在控制器设计中,使用有效风速预测误差校正对预测模型失配及超短期风速预测误差进行补偿,引入Laguerre函数降低滚动时域优化计算负担并分析了控制器对风速预测误差的鲁棒性能。仿真研究表明,集群控制器能够在不同风速条件下提升风场功率、降低优化计算负担,且对风速预测模型失配与风场自然风速预测误差具有鲁棒性。

Coordinated control strategy for wind power accommodation based on electric heat storage and pumped storage

To solve the severe problem of wind power curtailment in the winter heating period caused by ＂power determined by heat＂ operation constraint of cogeneration units, this paper analyzes thermoelectric load, wind power output distribution and fluctuation characteristics at different time scales, and finally proposes a two level coordinated control strategy based on electric heat storage and pumped storage. The optimization target of the first level coordinated control is the lowest operation cost and the largest wind power utilization rate. Based on prediction of thermoelectric load and wind power, the operation economy of the system and wind power accommodation level are improved with the cooperation of electric heat storage and pumped storage in regulation capacity. The second level coordinated control stabilizes wind power real time fluctuations by cooperating electric heat storage and pumped storage in control speed. The example results of actual wind farms in Jiuquan, Gansu verifies the feasibility and effectiveness of the proposed coordinated control strategy.

考虑系统频率安全稳定约束的风储联合频率响应控制策略

为提升风-储联合运行系统的动态频率稳定性能,针对目前调频控制策略未充分发挥风电机组频率调节能力、无法适应负荷扰动过大情况以及转子转速恢复阶段存在频率二次跌落的问题,提出一种考虑系统频率安全稳定约束的风储联合频率响应控制策略。在惯量响应阶段结合转速约束和频率指标自适应调整虚拟惯量和下垂控制系数,在转子转速恢复阶段利用负指数函数动态调整转速恢复过程中功率参考值,避免频率的二次跌落。将风电机组与储能电池结合,引入频率稳定域概念,利用储能电池扩展频率稳定域边界,进一步提升风储联合系统的抗负荷扰动能力和频率稳定性。最后对风储联合调频策略进行仿真,结果表明在不同风速和不同负荷扰动下,所提控制策略能充分发挥风电机组频率响应控制能力的同时,避免了频率二次跌落,提升了电网频率安全稳定性。

海上风氢系统与沿海电网能量协同优化调度

为实现海上风电的高效消纳和绿色氢能的制备,提出一种海上风氢系统与沿海电网能量协同优化调度方法。首先,通过评估海上风电场间的风能耦合效应,建立考虑风能异域强化利用的风电场群发电转移模型。其次,量化分析风电场的疲劳载荷与疲劳成本之间的关系,构建考虑检修便利性的风电场群均衡载荷模型。基于此,提出风电场群综合效能调控模型,以协调发电与疲劳寿命之间的关系。然后,考虑海上风流因素对船舶航行时间的影响,建立电氢并举的能量外送模型。最后,以系统运行成本最小为目标,提出考虑主动孤岛、制氢效率特性以及系统旋转备用的海上风氢系统与沿海电网能量协同优化调度模型。算例验证了所提方法的有效性和优越性,为海上风电制氢能量调度提供了一种新的思路。

风洞试验模型姿态精确计算

针对传统姿态角计算存在计算复杂和不准确的问题,根据理论和工程实践方法,建立向量角度坐标系,给出不同飞行姿态坐标系之间的变换与角度定义关系,能够精确计算出对应坐标系姿态角大小,并判定其方向,尤其在通道耦合计算时,使得坐标系间的姿态角计算只跟角度有关系,而跟坐标系变化次序没有关系。结果表明:该方法能简化计算过程,解决风洞实验和飞行器运动过程中姿态角求解复杂、误差大的问题。

避免频率二次跌落的风储联合调频控制策略

风电高渗透电力系统中,风机释放转子动能参与频率响应改善系统频率稳定性,但存在欠响应支撑效果不足或过响应导致系统频率二次跌落现象。储能响应不受时空因素影响,通过整定储能响应参数,可提升风电频率响应的有效性。该文首先基于统一结构模型分析系统频率二次跌落与风机控制策略之间的作用机理。其次,整定充分利用风机频率响应能力及避免系统频率二次跌落的风电机组频率响应系数。然后,引入频率稳定裕度概念,并基于关系矩阵整定的储能最小出力,等效扩展系统频率稳定裕度。基于以上分析,综合考虑时空因素对系统频率响应影响,提出一种多时间尺度下避免频率二次跌落的风储联合调频控制策略。最后,基于DIgSILENT搭建风电高渗透4机4区系统进行仿真验证。结果表明,所提控制策略在不同风速下兼顾风机频率响应能力,同时避免频率二次跌落,提高全网频率安全稳定裕度。

直流微电网风储惯量协调控制策略

针对永磁直驱风机的惯量支撑能力随运行点变化的问题,考虑储能系统惯量的快速灵活支撑能力,提出了一种基于类虚拟同步发电机控制的直流微电网风储惯量协调控制策略。通过电压环控制回路参数的协调解决了当前风储类虚拟同步发电机控制在动态响应初始阶段存在的直流母线电压突变问题,省去了以往的前馈补偿修正环节。引入了2个分别与风电机组的惯量支撑能力和储能系统荷电状态相关的储能惯量支撑系数,实现了全工况下的风储惯量协调控制。针对惯量协调控制中风电机组完成惯量支撑后转子转速恢复过程所导致的电压二次跌落问题,设计了储能辅助转子转速恢复控制,平抑了直流母线电压二次的波动。在MATLAB/Simulink中进行时域仿真,验证了所提风储惯量协调控制策略的有效性。

大规模水风光互补调度模式探析

光伏发电具有昼发夜停的特点,日内出力过程呈“钟型”;风力发电出力随机性强,并呈现反调峰特点。通过水电调节平抑风电和光伏发电的随机波动,水风光互补利用是支撑“双碳”目标实现的有效途径。在此背景下,针对现有水风光电源并网接入场景,分析了我国典型水风光清洁能源互补开发形式,探析了大规模水风光电源依托电网互补和打捆互补调度模式,对比分析了两种调度模式的优缺点,并对大规模水风光互补调度关键技术进行展望,为将来大规模水风光互补利用提供参考。

二代高温超导带材失超特性研究

高温超导带材失超会降低其通流能力,从而影响高温超导装置的运行稳定性。目前,高温超导带材失超仿真模型多为二维计算模型,无法准确模拟其失超过程中的电磁热行为。该文采用有限元方法对二代高温超导带材失超特性进行多物理场耦合分析。在三维直角坐标系下,以磁场强度矢量为求解变量,建立了二代高温超导带材失超演化电磁热仿真模型,研究了二代高温超导带材长度方向与宽度方向在不同热扰动工况下的电磁热特性及其演化过程,分析了高温超导带材过电流失超过程中的各层分流状况与超导层电阻率变化行为,区分了不同类型的过电流失超行为,并提出了高温超导带材过电流冲击失超的电阻率判据。

基于凸包理论的含风电电力系统负荷恢复方案优化

大停电事故后,合理的负荷恢复策略对加快电力系统恢复、减少停电损失具有重要意义。针对标准交流潮流方程的非凸性导致负荷恢复模型求解效率低的问题,提出了基于凸包理论的含风电电力系统负荷恢复方案优化方法。首先,简要介绍了凸包理论以及非线性函数的凸包构建方法。其次,针对风电出力的不确定性,采用条件风险价值理论处理风电波动带来的风险,进而建立了直角坐标系下基于凸包理论的电力系统负荷恢复二阶锥优化模型,其中,交流潮流方程中的非线性项采用凸包表达。针对无法精确确定凸包参数的问题,提出了基于迭代更新的参数优化方法,减少因凸包引入的松弛误差。所提出的模型为混合整数二阶锥规划模型,可采用商业求解器高效求解。最后,采用IEEE 39节点系统和改进的广东电力系统验证了所提出模型的有效性。

基于改进无模型自适应控制的漂浮式海上风机转矩-变桨协调控制策略研究

针对漂浮式海上风机建模困难、频繁变桨造成的严重疲劳损伤等问题,提出一种基于改进无模型自适应控制的转矩-变桨协调控制策略。该策略不依赖漂浮式海上风机的数学模型,通过集成迭代学习控制策略改进无模型自适应控制方法,设计发电机电磁转矩和桨距角作为控制变量的多输入多输出控制器进行协调控制,允许非零度桨距角下风机用做动能缓冲,在平滑输出功率的同时减少变桨动作量。为证明所提出控制策略的有效性,在多种风场景下,与增益调度PI控制等方法进行了对比实验。结果表明:所提出的控制策略使漂浮式海上风机在满足发电功率平稳性的同时减缓了漂浮平台的俯仰运动,可有效降低漂浮式海上风机的疲劳载荷。

新能源大基地风光储容量协调优化配置

大型新能源基地需要协调配置风光火储容量以满足外送要求,其中火电容量及外送通道的容量通常预先确定,从而风电、光伏、储能的容量配置成为影响新能源外送效果的重要因素。为此,针对大型新能源基地,研究了风光储容量优化配置问题,提出了基于新能源外送可靠性的容量配置方法。基于需求侧的负荷曲线,提出了一种聚类方法来优化直流通道的计划传输功率;基于直流计划功率,提出了衡量新能源外送可靠性的送电置信概率指标;基于送电置信概率等约束,构建了风光储容量优化配置的基本规划模型。为了进一步保证在不同的场景下新能源能可靠外送,在基本规划模型的基础上加入场景分布不确定性,提出了风光储容量配置的分布鲁棒规划模型。考虑到分布鲁棒约束包含整数变量,提出了一种迭代算法用于该分布鲁棒规划模型的求解。实际算例验证了所提方法的有效性。

面向两个细则考核的风-储场站日前-日内两阶段功率优化上报策略

针对两个细则考核风功率上报准确率的问题,提出一种可有效降低风-储场站风险考核电量的日前-日内两阶段功率优化上报策略。首先,提出面向两个细则的风-储场站日前-日内功率协同上报框架;然后,以期望考核电量最小化为目标,建立计及储能调节的日前-日内两阶段风-储功率优化上报模型,模型中,日前、日内风功率场景集通过基于预测误差分箱的Cornish-Fisher级数与Cholesky分解法生成;最后,针对模型的多重非线性特征与不同时间尺度的求解效率要求,制定基于小步长线性化迭代的求解算法。算例仿真结果表明,相较其余上报策略与求解算法,该文提出的日前-日内协同上报策略及相应算法有效地提升了上报准确率及求解性能。

计及静态电压稳定性的风光电站选址定容协同规划方法

为了降低风光电站并网给电力系统电压稳定性带来的负面影响,提出了计及静态电压稳定性的风光电站选址定容协同规划方法。分析了风光电站的发电特性,并对其建立数学模型;考虑并网等值阻抗和静态电压稳定性的内在制约关系,进一步综合风光电站及其汇集站选址定容、并网点位置等优化目标,建立了风光电站选址定容协同规划模型;基于地图栅格化和分段线性化方法,将所提规划模型转换为混合整数线性规划模型;在此基础上,利用K-means算法提取典型场景,并给出了所提模型的求解流程。基于西南某地区的实际数据进行算例验证,结果表明所提规划方法能够充分发挥规划区域内自然资源的禀赋特性和风光发电互补性,有效提高了风光电站并网后的静态电压稳定性。

集群化发展模式下风电场预测、规划及控制关键技术综述

随着我国风电行业的快速发展,规模化发展风电对能源转型的推进至关重要。然而,由于风电场所处的复杂环境和高昂的建设运营成本等因素,集群化发展模式下的风电场面临着一系列技术难点和挑战。因此,文中针对集群化发展模式下风电场的建设和运营,重点总结了相关的预测、规划及控制关键技术。文中围绕风电场集群的关键技术与研究思路进行了归纳总结;针对风电场集群的特点,包括风资源量化表征与预测技术、多风电场协同优化规划技术以及多风电场控制与运行技术进行了详细探讨,对于每个技术领域,分析了当前的研究现状和取得的成果;最后,阐明了风电场集群建设和运营关键技术领域的发展趋势,并指出了待解决的技术难点,通过总结这些技术的研究成果为我国风电的规模化、集群化开发提供参考。

风储联合系统主动参与电网一次调频的协调控制策略

通过风储联合系统的协调控制增强风电并网系统的转动惯量水平是增强系统频率稳定的重要手段。现有风储联合系统协调控制中风电与储能的控制相对独立,两者的耦合集成度较低,难以充分发挥风电和储能对频率扰动的响应和调节能力。对此,本文提出基于线性二次型调节器(LQR)的风储联合系统协调控制策略。该策略以双馈风机输出频率和风储联合系统总输出功率为储能的控制输入,以提升系统的阻尼和稳定性,并增强系统的频率响应调节能力。首先,根据系统的状态方程建立双馈风机和风储联合系统的小信号稳定模型,分析协调控制对风储联合系统的阻尼比的提升作用;其次,由具有扰动抑制能力的LQR方法确定协调控制的控制参数;在此基础上,根据转子动能确定储能功率容量;最后在Matlab/Simulink仿真平台搭建风储联合系统并网模型,验证了本文所提策略的有效性和优越性。

考虑制氢效率优化的氢-储-风直流微网功率协调控制

利用风电等新能源制氢是提高新能源消纳能力的一种有效技术手段。为适应风电及负荷功率的波动性并确保制氢电解槽高效运行,提出一种考虑制氢效率优化运行需求的氢-储-风直流微网功率协调控制方法。根据制氢电解槽优化运行区间和直流母线电压波动范围,将直流微网划分为正常运行模式(即制氢电解槽优化运行)和极端运行模式(即制氢电解槽非优化运行)。在正常运行模式下,通过电解槽的自适应下垂控制和电池储能含虚拟电容的变系数下垂控制,将电解槽运行点维持在优化运行区间内,保证电解槽高效安全运行;在极端运行模式下,通过氢/储控制策略灵活切换以确保直流微网电压安全。所提协调控制方法不但可快速抑制风电及负荷功率波动所引发的直流母线电压波动,而且可维持制氢效率处于较高水平。最后,通过PSCAD/EMTDC的仿真算例分析验证了所提方法的有效性和优越性。

基于储能SOC和风光功率裕度调节的风光储联合调频策略

利用储能主动参与风光储场站内部调频控制方法,及风电机组和光伏机组配合储能参与风光储场站内部联合控制,以解决风电机组和光伏机组单独控制时带来的电压和频率稳定问题。对风光储各单元采用虚拟同步机(virtual synchronous generator,VSG)控制技术,基于储能的荷电状态(state of charge,SOC)实时调整储能的p-f下垂系数,同时根据风/光机组的功率裕度配合储能调整各自的p-f下垂系数,通过风/光/储联合控制实现系统频率调整。此外,为实现风光储场站系统的二次调频,对VSG技术中的频率-有功控制部分进行了修正,通过实时检测系统频率,对有功功率参考值进行自适应调整;最后,通过阶跃负荷扰动下对比储能单一调频、光储联合调频、风储联合调频及风光储联合调频4种场景来验证所提控制方法的有效性。

考虑风电运行轨迹与场景划分的场级主动调压优化控制策略

传统风电场跟随主站电压指令调节的方式容易导致站内无功源频繁波动、站内无功裕度不足,影响风电场的调压能力。为此提出了一种考虑风电运行轨迹与场景划分的场级主动调压优化控制策略。首先,基于风电场功率预测数据和有功–电压灵敏度曲线,绘制并网点电压波动轨迹,结合AVC子站接收到的电压指令,协调风机和SVG的无功输出,有效降低了无功设备的调节频次。其次,根据电压跌落幅度划分详细运行场景,通过调整SVG的控制模式,有效抑制了电网电压的大幅波动。最后,构建了包含AVC功率控制器的仿真测试平台,验证对比了所提方法相对于传统风电场AVC控制策略在降低无功调节频次、提升无功裕度、主动电压支撑方面的效果,为实现风电场主动调压提供了新的解决思路。