基于VSC-HVDC技术的风力发电系统并网研究

分析了基于电压源换流器的高压直流输电系统(VSC-HVDC)和双馈异步风电机组的数学模型及控制策略。针对并网风电场暂态过程稳定裕度偏低的问题,提出了采用VSC-HVDC技术提高并网系统的稳定性。在电力系统仿真软件DIgSILENT/PowerFactory中建立了包含风电场的交直流混合输电系统模型,研究了VSC-HVDC输电系统改善双馈异步发电机风电场暂态稳定裕度的贡献。仿真表明VSC-HVDC采用改进的无功功率控制器的并网系统能够在系统遭受大扰动后快速恢复稳定,并且可以避免由风电机组转矩不平衡引起的风力发电机超速问题,交直流混合输电系统的动态稳定性得到较大的提高。

虚拟电厂参与下含高渗透可再生能源系统的运行策略

为电力系统能够规模化灵活控制分布式可再生能源与可控负荷参与系统市场交易和优化调度。文中提出一种虚拟电厂(Virtual Power Plant,VPP)参与下含高渗透可再生能源的双层优化调度模型,将虚拟电厂作为独立市场主体参与系统调度,两层之间交替求解,实现协同优化;同时利用威布尔分布、贝塔分布模拟风电、光伏的随机性,计及可再生能源出力不确定性带来的高估与低估成本。针对双层优化模型,混合整数、非凸、非线性、多目标的特点提出一种新颖的多目标飞蛾扑火算法(Multi-Objective Moth-Flame Optimization,MOMFO)。最后通过修改后的IEEE 39节点为算例验证文中提出的模型可均衡各层收益主体,在维持安全稳定运行的前提下,系统运营利润最大化,有效实现了电力系统的可持续性发展;同时也验证了多目标飞蛾扑火算法的有效性与竞争性。

面向多运行模式的并网逆变器改进控制策略

为了改善新能源并网逆变器的性能并同时满足多运行模式(并网模式和孤岛模式)调节需求,设计了双重自适应系数,并基于下垂控制和虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)控制提出了新颖的改进控制策略。该控制策略可灵活地调节惯量和阻尼以满足不同运行模式的需求。设计的双重自适应系数包括自适应协调系数和自适应惯量系数,前者可提高系统动态特性并增强适用性,后者可进一步改善功率超调和振荡问题以完全消除功率超调。所提出的改进控制策略的功率响应无超调和振荡,能够提供接近于VSG控制的惯量和阻尼特性且具有更快的响应速度,可同时满足并网模式下的功率调节需求和孤岛模式下的频率调节需求,具有更大的适用性和更优异的动态特性。最后,通过硬件在环实验验证了所提出的改进控制策略的有效性和可行性。

基于可再生能源的冷热电联供系统优化

基于边防哨所地区气候、用电特点以及现有技术条件,分析含可再生能源的冷热电联供系统在边防哨所应用的可行性并建立含可再生能源预测的系统经济模型;针对冷热电联供求解模型往往维度高、变量多,传统的灰狼算法(GWO)易陷入局部最优且寻优速度慢不能满足高纬度冷热电联供优化问题,改进GWO中α参数并引入权重因子ω。以某边防哨所为例并以机组容量配置作为控制变量,运用Matlab仿真对比4种算法,分析不同渗透率对系统运行成本的影响。研究结果可为含可再生能源的冷热电联供系统应用到边防哨所的运行与优化提供借鉴。

故障限流器在新能源并网中最佳安装位置和参数配置研究

当电力系统发生短路故障时,为了防止并网容量逐年增加的分布式电源提供过大的短路电流,该文提出安装故障限流器(FCL)来限制短路电流突增的问题。FCL的安装主要考虑安装位置和参数配置,利用PSCAD/EMTDC搭建典型仿真模型,分别进行有/无新能源情况下,不同故障点的短路电流变化情况,对比得出新能源并网端变化最大,即FCL最佳安装位置;根据系统模型设定FCL参数目标函数,利用改进粒子群优化算法得到目标函数的最佳值,即FCL最佳参数。通过控制变量法,该文设计3种对比方案,验证了该方法的可行性和准确性。

光储直流微电网系统协调控制策略研究

为了更好地控制、管理和使用随机性较大的分布式可再生能源和需求波动较大的负载,文章对光储直流微电网系统内不同的变换器提出不同控制策略,通过不同控制策略控制变换器协调运行来保证系统的稳定运行,同时利用基于超级电容和蓄电池的互补特性设计了级联的拓扑结构组成混合储能系统,使系统稳定性进一步提高;并将系统分为多个运行模式,在所提控制策略下系统在多个模式间实现平滑稳定切换。最后对运行中出现的分布式光伏电源输出波动和负载变化情况在MATLAB/Simulink进行了仿真实验。结果表明,所提策略能有效抑制系统直流母线电压波动和优化混合储能的运行,提高了系统的可靠性和稳定性,验证了控制策略的有效性和可行性。

基于模糊辅助控制的虚拟同步发电机并网研究

为了提高新能源并网抗扰动性能和频率动态调节能力,解决其并网过程中惯性缺失问题,研究发现虚拟同步发电机(VSG)控制策略在一定程度上可改善系统的功频特性,但缺乏对系统各暂态性能的共同调节。基于此,提出一种基于虚拟惯量与阻尼的新型模糊辅助控制策略。首先,建立虚拟同步发电机数学模型,分析虚拟惯量与虚拟阻尼对VSG输出功率的影响;设计相对应模糊控制规则,以降低系统的频率与功率偏差,提高电网的稳定性;最后,利用Matlab/Simulink仿真软件,对比自适应VSG控制和VSG模糊虚拟惯量控制两种控制策略,验证了所提策略可减小功率与频率的超调量,并有效改善了系统在并网过程中的暂态特性。

双馈风力发电机多种短路故障电磁场仿真研究

为准确分析双馈风力发电机多种故障发生时的电磁特性,为故障预测、结构优化和保护提供方法和数据,针对双馈发电机,给出一种用于多工况运行时多种短路故障发生的分析方法。先利用有限元方法建立发电机全区域模型,计算电磁场,然后用得到的数据编程进行傅里叶级数分解得出磁密分布频谱。利用该方法对1.5 MW发电机建模,对超同步、亚同步及同步正常运行状态及典型的定子部分绕组匝间及单相短路故障的电磁场计算,并进行了分析对比。仿真结果表明,该方法能够根据磁密云图的波形以及频谱图中高次谐波分量等特征量对多种短路故障进行判别,与正常运行状态进行区分。

双馈风力发电机多种故障状态温度场仿真研究

研究双馈风力发电机温度场优化测量问题。针对温度场不便测量和故障的多样性,为改善多工况运行时发生多种短路故障的温度场测量精度。提出利用有限元法建立全区域模型,在电磁场计算基础上耦合进行温度场计算。计算了1.5MW发电机正常运行及多种故障发生时的温度场,并把仿真数据和现场温升实验测量数据进行对比。结果表明,可确定发电机最高温度值及部位、绝缘材料性能改进对温度的影响,对单相短路故障判定良好,匝间短路故障较难判别。经实验证明,改善了目前温度场不便全面直接测量的问题,仿真分析对温度场优化、故障预测、结构优化有较大意义。

风电场变速恒频风力发电机之间谐波扰动研究

变速恒频风力发电机在工作过程中会产生谐波,当双馈异步风力发电机风速达到切入风速时,并入电网的双馈异步风力发电机与其他直驱永磁风力发电机之间会因为功率传递产生谐波扰动,文章研究分析了此问题,并根据瞬时无功理论和其他风力发电有关理论在Matlab中进行建模和仿真,仿真结果表明亚同步发电状态双馈异步风力发电机会因为功率传递受到正常工作直驱风力发电机的谐波扰动,扰动会随着风力发电机数量的增多而加剧。

转差率变化时并网双馈风力发电机之间的功率传递及谐波干扰

检修维护完毕的双馈风力发电机并网后,当工作在亚同步发电状态时,其转子会吸收工作在超同步发电状态的双馈风力发电机产生的有功功率,伴随着功率传递而产生的谐波干扰会影响风力发电机的正常工作。而在亚同步发电状态下,双馈电机的转差率和转子侧吸收的有功功率有着直接的联系。通过双馈电机的等效电路对转差率变化时亚同步发电状态下双馈电机转子吸收的有功功率进行了理论分析,推导出了转差率、定子电流矢量与转子侧吸收有功功率的实时关系公式,之后通过算例分析了转差率减小时转子吸收有功功率的变化规律。在Matlab/Simulink中建立模型进行谐波干扰仿真,计算出了总谐波含量均方根值的变化情况,并分析出了伴随功率传递所产生谐波干扰的变化规律。

基于辅助服务费用分摊的新能源电厂并网价格动态计算方法

"标杆电价"计价方式难以准确反映新能源发电出力的随机性与波动性给其并网系统运行带来的辅助服务费用激增影响。为此,综合分析电网辅助服务机理,建立区域电网新能源发电导致的辅助服务费用计算模型;考虑各新能源电厂出力波动与区域电网新能源发电综合出力波动之间的关系,建立新能源电厂导致的辅助服务费用分摊模型;进而建立一种基于辅助服务费用分摊的新能源电厂并网价格动态计算模型,给电力市场环境下拟并网新能源电厂的选择及调度计划的制定提供依据。最后,以我国西北某新能源高渗透电网运行数据为例,仿真验证了所提方法的可行性。

基于风电功率预测与储能技术的风电消纳预测研究

针对风电出力的间歇性、波动性导致的消纳、并网难等问题,提出一种基于风电功率预测与储能技术的风电消纳预测方法。首先,以弃风量最小为目标,构建基于含风电系统各类常规机组的启停状态的组合优化模型,并采用新型离散粒子群算法求解;其次,探寻系统次日24 h全时段可消纳风电的上、下限,并对其加以校核;最后,兼顾系统安全稳定运行与风电调度计划允许误差两个因素,对某实际39节点10机系统分析并引入储能,以实际风电出力为测试对象,并以不同方案调度储能来验证所提方法的有效性与实用性。

新能源汇集地区次同步谐波检测方法的研究

快速傅里叶变换(fast Fourier transform,FFT)在非同步采样和非整数周期截断时难以高精度检测谐波各参数,加窗和插值算法可提高FFT的精确度。在对纳托尔窗(Nuttall)频谱特性分析的基础上,提出以4项5阶Nuttall窗通过自卷积运算得到Nuttall自卷积窗函数,推导基于Nuttall自卷积窗四谱线校正公式。仿真结果表明,该算法能较精确地检测次同步谐波的频率特征值并抑制谱间干扰。最后,将Nuttall自卷积窗和四谱线插值FFT算法应用于新疆哈密地区次同步谐波检测,验证了该算法的有效性。

全直流海上风电场建设的机组用电方案研究

因各种故障导致海上风电场与大电网彻底断开联系时,为避免海上风机因停机失电而可能造成的各类机械部件疲劳损伤,以及保证全直流海上风电场孤岛模式下的安全稳定运行,风机需配置合适的应急电源,同时还面临着设备配置选择、运行操作方式等问题。因此提出基于光柴储微电网技术的海上风电机组应急用电方案,并通过仿真计算分析验证了方案的可行性。结果表明该方案更适用于易受环境和能源约束的全直流海上风电场,使海上风机具备孤岛运行的能力,极大地提高了海上风电场的安全性和稳定性,较大程度地利用清洁能源,进一步推动海上风电低碳经济发展。该方案也为今后全直流海上风电场孤岛模式下的机组用电问题研究提供了新思路。

基于能量算子和最大旁瓣衰减自卷积窗函数频谱校正的电压闪变参数识别技术及其在风电场的应用研究

风力发电并网和电力电子技术的广泛发展与应用,造成的电压波动与闪变已成为当前智能电网不容忽视的问题。针对人眼更为敏感的矩形波调制下的电压闪变模型,该文提出改进能量算子和加截断窗谱线插值快速傅里叶变换(FFT)的闪变包络参数识别法。通过优化能量算子采样间隔实现电压波动分量准确提取,以改进的最大旁瓣衰减速率(MSLD)6项组合余弦窗为母窗构建频域性能优良的MSLD自卷积窗(MSLD-SCW)函数,推导基于新型2阶MSLD-SCW函数谱线插值校正公式,据此实现矩形方波调制的闪变参数识别与分析。仿真结果表明,优化改进算法在单频矩形方波调制、多频方波调幅波调制、含有谐波与次/超同步间谐波干扰、基频变动及含有噪声等干扰源背景下,相较于传统检测算法均保持较高准确性。最后,将优化算法应用于新疆某地区电网电压闪变识别,验证其有效性。

基于SVM-CS算法的风力发电机定位力矩优化研究

永磁风力发电机的结构参数与定位力矩之间存在复杂关系,难以迅速建立起准确通用的数学模型。针对上述问题,提出了一种新的定位力矩优化方法。首先,通过拉丁超立方抽样(LHS)与有限元分析(FEA)相结合的方法获取支持向量机(SVM)回归的训练样本;其次,利用训练样本构建定子槽口宽度、极弧系数、偏心距、气隙长度以及永磁体厚度等结构参数与定位力矩之间的回归模型;最后,基于此模型,应用布谷鸟搜索(CS)算法对永磁风力发电机的结构参数进行寻优,将优化后的参数输入ANSYS进行仿真分析。仿真结果表明,定位力矩得到了有效削弱,验证了该方法的正确性和优越性。

直驱永磁风力发电机绕组短路保护研究

随着风电机组单机容量越来越大,对其配置有效的保护具有重要的意义。笔者以1.5 MW直驱永磁风力发电机绕组为研究对象,重点研究了其匝间及单相接地短路故障,并基于ANSOFT MAXWELL暂态仿真得到故障前后绕组电流的波形,分析其特征。对不同匝数的绕组短路故障进行了仿真,对比分析得出故障前后电流变化趋势,为永磁发电机绕组短路故障设计有效的保护方案,提出了夯实依据。

清洁能源与自备电厂多空间协调替代优化模式研究

针对目前清洁能源与自备电厂发电权交易以报价撮合未考虑综合效益、交易前不计网损对交易次序影响、交易空间仅限省内等问题,提出了一种清洁能源与自备电厂多空间协调替代优化模式。基于交易原则构建了替代交易主体评估指标,采用G1法和改进熵权法确定了各指标权重;基于联系度改进理想解法建立了替代交易主体评估模型,并据此提出一种交易前考虑网损的评估模型改进方法;基于改进评估模型提出断面、省内、跨省多空间协调的替代交易模式及组织流程。最后以IEEE31节点系统为例进行仿真,结果验证了该优化模式的有效性和正确性。

综合能源系统多时间尺度优化调度模型研究

考虑到风光出力的随机性与各能源负荷的波动性对综合能源系统(integrated energy system,IES)的影响,构建出在基于多时间尺度下的IES能量优化调度模型。该模型以平抑系统功率波动为主要目标,建立起日前与日内两种时间尺度的优化调度模型,通过所建立的多时间尺度上层与下层约束条件确定系统的能量流动与功率平衡,同时根据运行方式完成在不同时间尺度下对IES系统的优化调度。仿真结果表明:多时间尺度下的优化调度有助于减轻IES的功率负担,降低外界不确定性对系统运行的干扰,提高系统稳定性。