考虑机组运行状态的海上风电场无功协调控制

针对由具有无功调节能力的双馈风机DFIG(doubly-fed induction generator)组成的海上风电场,结合海上风电场特点和无功补偿配置情况,在考虑风电场内机组crowbar动作情况、机端电压和因尾流效应导致的风速差异对双馈风机动态无功极限影响的基础上,提出在电网电压跌落期间通过调节转子电流,充分利用场内双馈风机的无功协调控制能力进行最大无功支撑实现低电压穿越;在电网电压恢复阶段,控制场内双馈风机快速输出感性无功抑制电网电压骤升,提高了低穿恢复阶段的过电压抑制能力。基于DIgSILENT/PowerFactory仿真平台,搭建风电场协调控制模型验证所提控制策略的效果。仿真结果表明,所提控制策略在电压低跌落状态下可以充分发挥风电机组的无功出力能力,协助电网电压快速恢复,有效提高故障电网的暂态电压水平。     

电网故障时风电场基于STATCOM的无功协调控制策略

为充分发挥双馈感应风力发电机组(DFIG)在电网故障时的无功功率调节能力,采用静止无功补偿器(STATCOM)进行补偿,建立风电场无功实时协调控制系统(CRRCS)。CRRCS可通过监测电网故障状态、撬棍保护(crowbar)动作状态、风电机组运行状态及公共连接点(PCC)电压水平等信息,实时协调处理风电场各机组、STATCOM及PCC的无功电压控制策略。同时进一步采用故障时刻的极限功率控制模式,以降低crowbar动作概率,保障机组的无功功率调节能力。仿真分析证明,该方法可有效保证电网故障时DFIG的无功调节能力,并控制补偿单元及风电场,为电网提供无功和电压支撑,协助实现风电场的故障穿越运行。     

双馈风力发电机组无功调节机理及无功控制策略

以双馈感应发电机组(doubly fed induction generator,DFIG)等效电路为基础,分析DFIG定子和网侧换流器的无功调节机理。对比两者动态过程和稳态效果,确定两者无功调用的优先级,并根据两者无功调节能力制定DFIG的无功控制策略。当无功需求大于DFIG无功出力极限时,通过减小有功出力来扩大DFIG无功出力范围,并采用基于无功缺额的定子有功功率附加控制器,以机组无功出力极限与电网需求相等和机组出力最大为控制目标,最小限度地降低机组出力,提高机组的无功出力极限。基于PSCAD/EMTDC的数字仿真结果验证了理论分析和控制策略的正确性。     

基于遗传算法的双馈风场分群无功控制策略

现有的双馈风电场无功控制多数采用恒功率因数控制,既没有充分利用风电场内双馈风电机组和无功补偿设备的无功调节能力,也没有考虑风电场集电系统的网损。提出了一种综合考虑集电系统特点和DFIG无功调节能力的无功控制策略,该策略以实时监测的风电场并网点电压数据和DFIG有功出力数据为基础,通过分析双馈风电机组的功率特性和风电场的无功需求,利用遗传算法求解风电场多目标无功优化控制模型,达到降低集电系统网损和改善并网点电压的目的。对某实际风场的仿真算例验证了所提策略的有效性。     

基于超级电容储能的双馈风力发电机一次调节方法

随着风电穿透功率不断增大,系统对于风电出力的控制要求进一步提升,且对无功功率有着更为灵活的要求。双馈感应发电机(double-fed induction generator, DFIG)转速与电网频率解耦,难以在电网的频率、电压波动过程中提供快速、精准的支持。为增强单台双馈风电机组的并网致稳性,将超级电容器储能单元接入DFIG的直流母线处参与电网一次频率调节,针对储能需求讨论阵列配置。并通过增加网侧变流器(grid side converter, GSC)电压下垂控制,实现双馈感应发电机组一次调压功能,挖掘DFIG自身调节能力。通过搭建风电场-同步机系统模型,证明其对于系统稳定性的提高;最后通过10 kW双馈感应发电机实验平台,验证了所提控制策略的有效性与准确性。     

计及风机无功约束的电压稳定性分析

应用PV曲线法对基于双馈感应风力发电机组(doubly-fed induction generator,DFIG)风电场的静态电压稳定问题进行研究,提出基于分岔理论的方法来分析考虑双馈风机无功限制影响的风电场静态电压稳定裕度情况。通过含有双馈风电机组的风电场的IEEE30节点算例进行仿真研究,对比分析了不同无功极限对系统电压稳定裕度的影响,仿真结果表明考虑双馈风机功率极限对电压稳定裕度有一定的影响且影响分岔类型。DFIG的无功极限下系统的分岔类型不同,对风电接入系统的裕度影响不同。考虑DFIG发生的不同分岔可以更真实揭示系统的失稳原因和提供实际裕度。     

考虑机组同调性的风电场无功协调控制

针对具有无功调节能力的双馈感应发电机(double-fed induction generator,DFIG)组成的风电场,提出了一种基于同调分群的无功协调控制策略.该策略充分考虑风电场内风电机组的差异性与同调性,在对风电场进行同调机群划分后,对不同特性的机群分别采用不同的无功控制策略,并采用一种风电场稳定系数指标来综合评价电网电压稳定和无功裕度.仿真算例结果表明,所提出的协调控制策略能有效支持电网电压,还具有相对较大的无功裕度来满足电网无功需求.     

大规模风电并网无功电压协调控制策略研究

本文开展了大容量、集团式风电场接入输电网的协调电压控制方法研究。针对双馈风电机组(DFIG)的无功电压控制方式,提出了考虑运行约束的风电机组及风电场无功调节能力计算方法,并提出了基于电压控制器和控制任务协调分配的风电场电压控制策略,使风电场相对电网整体表现为可控电压源;进一步,基于危险节点等值模型,选择控制节点和构建风电网系统协调电压控制模型,并通过在线求解简单的优化问题确定控制量;基于此提出了风电场并网的电压协调控制系统方案,使并网DFIG风电场参与电力系统电压控制。基于典型系统的仿真结果表明,该方案能充分利用系统中的电压支撑能力,提高系统的电压稳定性,能适应风电并网系统在线电压协调控制的要求。     

双馈风电场新型无功补偿与电压控制方案

为均衡双馈感应发电机感性和容性无功调节能力,改善电压稳定性,提出双馈风电场并联无功补偿方案:在各机组机端装设电容器,其电容值为双馈感应发电机定子电感的倒数;同时在主变的低压侧装设静止无功补偿器(static varcompensator,SVC)进行集中补偿。在此基础上,设计电压协调控制方案:稳态时通过三层无功分配策略充分发挥双馈风电机组无功调节能力,减小风电场内有功损耗;电网故障时则结合送出线路纵联差动保护控制SVC的等效电纳,避免保护动作时发生电压过冲的现象,同时改变机组内部无功分配以提高双馈风电机组故障穿越能力。最后以实际算例仿真表明上述无功补偿与电压控制方案的可行性和有效性。     

基于集电系统无功灵敏度的双馈风电场无功控制策略

针对目前双馈风电场并网点电压水平低、场内集电系统网损大等典型无功控制问题,提出一种基于无功灵敏度指标的新型双馈风电场无功控制策略。在对双馈风电场无功需求及双馈风电机组无功调节能力进行分析的基础上,构建了风电场集电系统无功灵敏度指标,即集电系统网损无功灵敏度及电压无功灵敏度。该策略能够在保证最大有功出力的同时,实现如下目的:1)利用集电系统电压无功灵敏度控制双馈风电机组无功输出,以改善并网点电压水平;2)利用集电系统网损灵敏度控制双馈风电机组无功输出,实现降低集电系统网损的目的。对某实际风电场的仿真算例验证了所提控制策略的有效性。     

超级电容增强双馈风电机组电网低电压耐受能力的研究

为了提高双馈风电机组在电网电压故障过程中的耐受能力,延长机组不脱网时间,提高系统无功输出能力,在双馈风电机组中的变流器直流侧加装超级电容储能设备。分析了超级电容的工作状态,推导了容值的计算公式以及该控制策略下系统的无功功率极限。在PSCAD软件中建立了双馈风电机组以及相关控制系统的模型,并进行了仿真验证。仿真结果显示加装超级电容可以增强系统稳定性,延长机组故障下的不脱网时间,并且提高了无功输出能力。     

风电机组无功动态响应性能评价

风电场无功对电网有较大的影响,目前相关标准对风电场动态无功响应时间、持续时间提出了要求,却未对风机的无功动态响应性能提出要求,因此,提出风机无功功率响应时间、响应能力和支撑能力指标,实现对风电机组无功动态响应性能的定量评价。利用PSD-BPA仿真及实际风电场电压、无功运行监测数据对风机无功功率支撑能力指标的有效性进行验证。该指标值与风机暂态电压稳定极限值正相关,风机电压跌落深度越小,风机发出无功持续时间越长,该值越大,说明风机无功支撑能力越强。     

基于变结构准Z源的双馈风电机组强励变换器

当电网电压发生深度跌落时,需要风力发电系统不脱网且向电网提供动态无功支撑,采用传统励磁变换器的双馈风电机组往往需要通过外加装置才能实现这一要求.外加装置使系统变得复杂,可靠性和效率降低.针对这一问题,文中分析了双馈风电机组低电压穿越的瓶颈,提出了构建坚强励磁系统的思想,并设计了一种基于变结构准Z源的新型双馈风电机组强励变换器.将传统的电容型母线替换为准Z源网络,当电网正常时该变换器运行于可调电压的单电容型母线状态,当电网电压发生深度跌落时,该变换器可以迅速升高直流链电压,从而保证转子侧变换器在故障期间始终可控.搭建了双馈风电机组低电压穿越仿真与实验系统,仿真与实验结果表明所提强励变换器拓扑具有良好的稳态与动态性能,在电压深度跌落时能够有效控制转子电流,实现双馈风电机组的低电压穿越和无功支撑.     

风火打捆直流送出系统电压稳定控制策略

在风火打捆直流外送系统中,风电机组的调压能力、直流系统的无功电压特性及无功补偿设备都会影响系统电压稳定性,分析风火打捆直流外送系统的电压稳定性需要综合考虑风电、直流、交流系统之间的交互作用。随着直流的功率调整或发生故障,直流给风火打捆直流外送系统带来了安全稳定问题。文章分析了直流闭锁后电压暂升原因,研究了直流系统无功调节与风电机组无功电压控制的机理,提出直流、风电协调控制策略,并以黑龙江电网为例进行了仿真验证,对风火打捆直流外送系统电压稳定控制具有一定的指导意义。     

考虑风电机无功调节能力的配电网有功 / 无功联合调度

针对含风电的配电网运行的研究大多只关注风电机输出的有功功率,而忽略其具有的无功输出能力。通过对双馈风电机组功率极限曲线的详细分析,建立考虑风速随机性的配电网有功/无功联合调度模型,该模型同时考虑调度方案的最优性和鲁棒性,并采用基于极限松弛的方法进行求解。仿真结果表明,所提方法可利用风电机的无功调节能力提高配电网电压稳定裕度,同时减少额外无功设备的投入,且所提方法获得的调度方案具有较高鲁棒性。     

并网双馈风电机组低电压穿越能力研究

详细分析了双馈风电机组LVRT功能的实现原理,并在电力系统仿真分析软件PSASP中建立双馈风电机组的LVRT功能模型,采用地理接线图直观地表示风电场外部系统发生短路故障瞬间对风电机组端电压的影响,并以我国某地区电网为例来分析在风电场接入方式不同的情况下系统短路故障对风电机组的影响,根据仿真结果给出风电机组LVRT能力的最低电压限值要求。最后提出了利用串联制动电阻来提高风电机组的LVRT能力的新方法。分析结果表明,串联制动电阻能够可观地提高风电机组的低电压穿越能力,具有较高LVRT能力的风电机组,可以节省一定的投资费用,在一定程度上降低了风电的上网电价。     

改善基于双馈感应发电机的并网风电场暂态电压稳定性研究

提出了改善基于双馈感应发电机的并网风电场暂态电压稳定性的措施以实现风电场的低电压穿越(low voltage ride through, LVRT)功能。目前，大部分基于双馈感应发电机的变速风电机组不具有故障情况下的暂态电压支持能力，当电网侧发生严重短路故障时，风电场的暂态电压稳定能力会影响到电网安全稳定。该文在DIgSILENT/PowerFactory中建立了具有暂态电压支持能力的变速风电机组转子侧变频器控制模型及用于故障后稳定控制的桨距角控制模型，通过包含风电场的电力系统仿真计算验证了模型的有效性及其对风电机组和电网暂态电压稳定性的贡献。仿真结果表明，当电网侧发生三相短路故障时，风电机组转子侧变频器暂态电压控制能够控制风电机组发出无功功率支持电网电压；桨距角控制能有效降低变速风电机组机械转矩，避免出现风电机组超速及电压失稳。得出结论：采用变频器暂态电压控制及桨距角控制能够改善基于双馈感应发电机的并网风电场的暂态电压稳定性，确保风电机组低电压穿越(LVRT)功能的实现及电网安全稳定。     

分散式风电场不同时间等级的多目标无功优化控制

针对具有一定动态无功调节能力的双馈式风力发电机组构成的分散式风电场,为解决其经济稳定运行,提出一种包含风功率预测的不同时间尺度多目标无功优化控制方法。考虑风速变化相关性分组-单机预测风电机组无功输出情况,通过风电机组和SVC共同补偿电网无功需求;根据风电预测无功功率信息,采用多目标无功控制快速有效调节其输出功率以跟踪无功补偿指令。为减少风电场内设备动作次数,选取不同时间级的控制,目标为分钟级无功控制以有功网损最小为优化目标,秒级的无功控制以电压偏差最小、电压稳定裕度最大、短时闪变最小为综合优化目标,毫秒级的无功控制以机组变流器的瞬间最大无功支撑能力为优化目标进行无功分配。工程算例证明所提策略有效的降低网损、提高电压支撑能力并保证电网正常的运行。     

考虑风电功率预测的分散式风电场无功控制策略

分散式风电接网模式可以解决集中式并网限电等问题,但对配电网传统运行模式带来挑战。为解决其经济稳定运行难题,提出了一种包含无功预测、无功整定、无功分配的三层新型分散式风电场无功协调控制策略。其中,无功预测层利用物理和统计方法组合预测单台机组未来无功输出能力;无功整定层针对有无无功补偿设备,提出风电机组基于电网无功缺额降出力的自身补偿和多时间尺度协调离散补偿设备、静止无功发生器(SVG)与风电机组共同补偿配电网无功需求方法;无功分配层基于风电功率预测无功功率信息,考虑风速波动性,按照优先级动态筛选风电机组,调节其输出功率以跟踪无功补偿指令。工程算例证明了所提策略可以有效提高电压支撑能力,减小风电场损耗。     

不同风电机组对电网暂态稳定性的影响

为了研究由恒速异步风力发电机、双馈异步风力发电机和直驱永磁同步风力发电机组成的风电场对电网的影响，利用DIgSILENT/Powerfactory建立了风电场的动态模型，通过仿真分析比较了上述3种风电场对电网暂态稳定性的影响，以及风电场出口电压恢复情况和风电场的无功变化等，得结论：恒速异步风力发电机的稳定性较差，双馈异步风力发电机和直驱式交流永磁同步风力发电机能够提高电网发生故障后同步发电机的短期电压稳定性，减小系统所需的无功储备，有利于电网的电压稳定。