提高双馈风电机组动态无功协调控制能力的实验研究

随着风电场规模不断增加,风电机组并网对电网的影响逐渐增大,故充分挖掘风电机组的无功电压调节能力和提高机组的无功响应速度对增强电力系统的电压稳定性具有重要作用。定量分析了蒙西电网某风电场单台双馈感应风力发电机(Doubly Fed Induction Generator, DFIG)的无功电压调节能力及限制因素,根据其单台机组的无功调节机理制定动态无功补偿协调控制策略。若系统无功需求超过DFIG无功出力极限时,在保证机组最大发电效益的基础上,提出基于无功差值的双馈感应风力发电机组有功附加控制。并且通过改进的遗传控制算法辨识得到附加控制器参数,该控制在降低机组最小出力的同时确保提高机组无功出力极限,进而满足系统无功需求。最后通过实验验证了所提出的双馈风电机组动态无功协调控制的可行性和准确性,增强了机组的电压稳定能力。     

集成服务环境下风电并网的无功调节（一）无功调节

依据风电功率预测和地区系统无功优化运行方案,计算风电机组电气控制参考值,通过每台风电机控制器和变频器调节风电场注入系统的无功功率。提出了集成服务环境下风电场的无功调节策略,介绍了风电数据采集与监控（SCADA）系统的功率预测过程和参数整定过程。以基于双馈异步发电机的变速恒频风电机组为例,介绍了风电机组无功调节的实现方案。     

基于前端调速式风电机组的风电场无功分层控制策略

前端调速式风电机组具有较强的动态无功调节能力,针对由前端调速式风电机组组成的风电场存在随风电出力的变化而引起的并网点电压波动的问题,提出了一种前端调速式风电场无功电压分层控制策略。该策略首先确定了风电场无功控制点的选取,利用风电场控制点电压偏差,通过整定控制得到整个风电场无功需求量,以风电场内有功网损最小为目标函数,采用改进的遗传算法优化分配给各台风机,并结合静止同步补偿器的无功输出来调节整个风电场的无功输出,达到维持控制点电压稳定的目的。最后以某一风电场的仿真结果验证了该策略的有效性和可行性。     

抑制大规模连锁脱网的风电汇集区域电压预防控制策略

风电场连锁脱网事故给风电并网带来了新的挑战。传统无功优化虽能得到较好的优化控制量,但当风电场N-1脱网,并且在风电场慢无功补偿设备未能快速动作的情况下,系统潮流重新进行分布,从而导致节点电压不能满足安全约束条件。因此,文中建立了带风电场安全约束条件的无功优化模型,以最大化风电安全接纳量和最小化系统网损为目标,保证系统电压在正常情况下和N-1脱网后均能满足安全性要求。其次,采用Benders分解算法求解该优化模型,将优化模型分为主问题和若干子问题,通过主、子问题的交互迭代得到最优解。采用某风电基地9个风电场的实际算例对所提方法进行验证和分析,与传统无功优化的对比结果表明安全约束无功优化能保证系统正常和故障下的电压安全性,是抑制风电场连锁脱网的一种有效预防控制措施。此外,详细分析了风电场容量、风电机组无功调节容量与最大风电接纳量间的关系,为风电场运行调度提供支持。     

大规模风电高压脱网分析及协调预防控制策略

由于受扰系统在故障切除后恢复过程中出现高电压引起风电机组大规模脱网的事故近年来频发,因此基于近年来已发生的大规模风电机群脱网事故,从风电机组故障穿越期间动态无功控制策略和风电场附加无功补偿装置控制特性两个方面分析了受扰后电网发生高电压现象的主要原因,并通过现场测试验证了机组动态无功控制策略对机端电压的影响。在此基础上,提出了避免风电机组高电压脱网的协调预防控制策略,即风电机组在满足高电压穿越要求的前提下根据电压变化参与系统无功调节,风电场附加无功补偿装置根据并网点电压以及场内机组脱网情况实现快速调节和退出。最后,通过仿真验证了协调预防控制策略的有效性。     

大规模风电汇集系统动态无功补偿装置运行现状及提升措施

目前国内大规模风电汇集系统均配置了容量充足的动态无功补偿装置,但大部分装置实际运行性能并不理想,在风电脱网等故障期间无法充分发挥无功快速调节及稳定系统电压的作用。为解决风电场动态无功补偿装置存在的问题,研究相应的改进措施以提高风电汇集地区无功电压控制能力至关重要。依据某大规模风电基地2011—2014年风电运行数据,对动态无功补偿装置在典型故障期间的响应特性进行了详细分析,将风电场动态无功补偿装置存在的问题归纳为投运率低、运行可靠性低、动态响应速度慢、装置实际容量与额定容量不符、控制策略不当以及动态无功裕度不足等,并针对上述问题提出了提升动态无功补偿装置技术性能及运行管理水平的措施。     

双馈电机风电场无功功率分析及控制策略

提出一种双馈电机风力发电系统无功极限的计算方法，该方法以双馈电机风电系统的功率关系为基础，考虑了网侧变换器在其功率允许范围内的无功发生能力，系统动态无功极限为定子与网侧变换器的无功极限之和。对双馈电机风电场在强电网无功调节中的应用进行了探讨，提出双馈电机风电场对当地用户进行就近无功补偿的策略，并给出相应的无功分配策略，包括风电场各风机之间以及单台风电机组定子和网侧变换器之间的无功分配原则。双馈电机风电场在实现变速恒频优化运行的同时，充分发挥了风电机组和整个风电场的无功处理能力，使其参与所连电网的无功调节。     

大规模风电接入对宁夏电网电压稳定性的影响

近年来,宁夏电网风力发电等新能源发电发展迅速,预计到2010年末宁夏电网风电装机将达到1 GW.大规模风电直接连入输电系统必然对电网的安全稳定性产生较大影响.尤其当风电场装机容量较大、且风电场出力较高时,风电场的无功需求及输电线路的无功损耗增大,电网的无功不足会引起电压水平降低和电压稳定裕度降低的问题.本文结合宁夏电网风电发展的自身特点,分析风电接入宁夏电网后存在的电压稳定问题,并提出指导性措施和建议.     

风电场动态无功补偿设备引发低频振荡实例分析及建议

随着国家对新能源开发与利用的大力支持,各风电基地风电装机容量不断增加。但是风电基地均处于电网末端,末端电网与主网联系较弱,短路电流水平较低,抗扰动能力低。目前风电场升压站引入动态无功补偿设备,可以有效缓解电网电压波动,提高末端电网稳定性。但是动态无功补偿设备配置及参数设置不合理可能进一步恶化系统稳定性,甚至引发系统低频振荡问题。因此分析动态无功设备动态调节特性及各参数对系统稳定性影响,以新疆某地区风电场动态无功补偿设备电厂引发低频振荡为例,重现了风电场动态无功补偿设备参数设置不合理引发低频振荡现象。分析结果表明动态无功补偿设备参数对电力系统动态稳定具有重要影响,动态无功补偿设备电压控制方式及相关参数设置不合理可能诱发电力系统低频振荡。对风电场动态无功补偿设备提出了相关建议和措施,有效指导了相关参数设置,对风电场动态无功补偿设备运行与管理具有重要的指导意义。     

考虑风电预测及电压分布的风电场无功设备协调控制优化研究

为解决风电场内多类型设备导致的风力发电间电压偏移和场站内无功分配协调控制研究不足的问题,本文在传统风电场AVC系统的基础上,提出考虑大型风电场内所有风电机组电压控制水平及动态无功储备的多目标控制方法,首先分别计算考虑风机机端电压均衡分布后的每个风电场的所有风力发电机组和无功补偿设备的总无功功率的可调节容量,其次根据超短期风功率预测,确定离散型无功设备的投切计划,使用最小二乘拟合法获得系统安全系数与所有无功补偿设备调节量之间的函数,然后基于最优潮流计算考虑电压偏差、无功调节量最小、动态无功储备满足故障后要求等多目标约束获取无功补偿设备的最佳设定值。最后,本文通过甘肃电网某实际风电场验证了该方法的有效性。     

基于MCR的风电场动态无功补偿控制策略

近年来风电场数量及装机容量快速增长,风电接入系统给电网带来了越来越显著的影响。无功补偿作为改善风电场电能质量,提高系统运行稳定的重要措施,在风电场得到了广泛的应用。文章提出了一种基于风电场动态无功补偿装置的无功电压控制策略。通过测量并网点电压,充分利用MCR的连续调节特性,与FC投切相配合,满足风电场系统的无功电压需求。最后结合某含有MCR的实际风场进行了仿真分析,验证了所提出的策略正确性。     

改善风电汇集系统静态电压稳定性的无功电压协调控制策略

针对风电场集群作为弱联接送端系统所面临的无功电压问题,研究了可应用于大规模风电汇集系统的静态电压稳定评价指标,并在此基础上提出了一种改善风电汇集系统静态电压稳定性的无功电压协调控制策略。该策略采用基于过滤集合的原对偶内点法求解多目标优化控制模型,通过协调控制风电场和汇集站内的多种无功电压调节设备,能够在满足中枢节点电压控制指令的同时均衡汇集系统的电压分布,提高动态设备的无功裕度,从而改善风电汇集系统的静态电压稳定性。对中国北方某实际风电汇集地区的仿真计算验证了所提控制策略的有效性。     

风电场实现低电压穿越技术改造方案

我国风电设备制造业刚刚起步,风电机组普遍不具备低电压穿越(LVRT)能力,对风电机组进行改造所需的成本昂贵,因此考虑对风电场进行技术改造。分析并综述了国内外实现风电场LVRT技术改造的主要方案,现阶段并联动态无功补偿装置和串联动态电压调节器比较可行,未来储能装置由于其具备有功无功调节的多种功能,将会广泛地应用于风电场提高低电压穿越能力。     

风电场接入配电系统的无功配置方法

正鉴于我国风电场接入的无功配置情况,单纯配置静态无功补偿装置无法满足风电场在出现故障或扰动时容量快速变化的无功需求,无法实现动态无功补偿。此外,由于风速随机性很强的原因,风电机组的无功和有功功率波动速度较快,因此风电机组所配置的动态无功补偿     

计及无功裕度的双馈风电场无功电压协调控制

针对双馈风电场的无功补偿能力和电压稳定问题,提出考虑双馈风电场无功裕度的无功电压控制方案。该方案以双馈风电机组为主要补偿设备,以静止无功补偿器作为辅助无功补偿设备,并引入风电场风功率预测,优化计算未来一个时段内的无功补偿优化参考值。在MATLAB/Simulink中建立双馈风电场模型,连接无穷大电网,采用粒子群优化算法优化出风电场无功补偿参考值。仿真结果表明,风电机组按照该无功优化参考值进行无功输出,可留有更大的无功裕度,增强了风电场无功调节能力,并且满足电压要求,提高了风电场的电压稳定性,同时双馈发电机组无需连续无功调节。     

风电场多支路并列运行SVC的无功潮流优化与控制策略研究

针对风电场多支路独立并列运行时存在无功振荡的问题,结合风电机组模型,提出并列支路的闭环调节共用同一PID模块,整个无功潮流优化与控制系统由1台无功潮流优化控制单元进行集中控制的策略,从SVC的工作原理、控制策略和多支路并列运行时的潮流优化等方面进行分析,认为该策略满足了电力系统接入条件,使风电场的损耗明显降低。     

风电汇集地区无功自动控制方案比较分析

针对风电并网容量不断增加的现状,从风电场与风电机组间、风电场与风电场间、风电场与风电汇集站间、风电汇集地区与主网间4个方面分析了无功补偿配置不合理情况。提出在风电汇集地区建立无功自动控制系统的2种方案:一是在风电汇集站安装主站中央控制器,负责计算地区无功水平并向各个风电场发放调节指令;二是在各个风电场安装控制子站,子站系统通过数据网路与主网AVC相连接,服从AVC的统一调度指令。经比较,方案2在现有情况下更为合理,可以保证风电汇集地区的无功、电压平衡,提高风电送出能力。     

风电汇集地区无功自动控制方案比较分析

针对风电并网容量不断增加的现状,从风电场与风电机组间、风电场与风电场间、风电场与风电汇集站间、风电汇集地区与主网间4个方面分析了无功补偿配置不合理情况。提出在风电汇集地区建立无功自动控制系统的2种方案：一是在风电汇集站安装主站中央控制器,负责计算地区无功水平并向各个风电场发放调节指令;二是在各个风电场安装控制子站．子站系统通过数据网路与主网AVC相连接,服从AVC的统一调度指令。经比较,方案2在现有情况下更为合理,可以保证风电汇集地区的无功、电压平衡,提高风电送出能力。     

含风电接入的省地双向互动协调无功电压控制

为应对规模化风电接入对电网无功电压运行和控制的影响,结合现场实际,提出并实现了一种跨电压等级风电汇集区域风电场与传统电厂的无功电压协调控制方法。在控制中心内,研究并提出计及风功率波动和电网N-1安全约束的敏捷电压控制方法,该方法通过控制周期和控制模型的自适应调整,充分挖掘省调直控风电场的无功电压调节能力,抑制风电波动对电网电压的影响,保留足够的传统发电机动态无功储备。在控制中心间,研究并提出计及风电场调节能力的省地双向互动协调控制方法,通过地区电网内风电场与地调直控变电站的协调控制,发挥地调直控风电场的调节能力,减少地调直控变电站的电容电抗器动作次数,通过省地双向互动协调,协调省地双方无功调节资源,支撑末端地区电网电压,提高电网整体运行的安全性和经济性。所研发的实际控制系统已在江苏电网应用,仿真运行和实际闭环结果证明了该方法的有效性。     

改善接入地区电压稳定性的风电场无功控制策略

针对大规模风电场接入电网带来的电压无功问题,提出一种改善接入地区电压稳定性的变速恒频风电场无功控制策略,在系统发生扰动时,以接入点为电压控制点,扰动前的稳态电压为控制目标,动态调节风电场输出无功功率,维持接入点电压水平。实际应用时,该策略利用系统部分雅可比矩阵推导风电场的电压无功灵敏度信息,并根据风电场的无功输出能力计算风电场无功调整量,同时通过设置控制死区和延时,避免了风电机组的频繁调控。仿真算例表明,采用所提策略能够充分发挥变速恒频电机风电场的快速无功调节能力,有效抑制风速扰动、负荷变化等因素引起的电压波动,维持接入地区电网的电压稳定性。