双馈风电机群并网系统时变最优潮流的优化追踪方法

针对风力发电功率不确定性引起的风电系统并网点及内部节点的电压协调控制在优化速度上难以追随的问题,建立了双馈风电机群并网系统时变最优潮流的优化追踪模型,并给出了模型的在线快速求解方法.在实时量测、通信技术使风电系统可观测的前提下,该模型和求解方法着眼于极短优化周期内风电系统状态量变化微小的特点,通过保留泰勒展开一阶项使模型线性化,得到时变的线性优化模型,实现模型的毫秒级求解,从而实时追求风电系统的最优潮流状态.该方法利用双馈感应发电机有功、无功功率间时变的调节范围,协调各机组的有功、无功功率输出,以挖掘双馈风电机群电力电子化技术下的快速调控潜力.对某实际双馈风电机群并网系统进行算例分析,分析结果表明该方法能够有效缓解并网点和内部节点的电压问题,实现风电系统的时变最优潮流追踪.     

基于自适应变异粒子群算法的双馈风电机组等值建模

风电机组等值建模是风电并网研究的基础,文中提出一种基于自适应变异粒子群(AMPSO)算法的双馈风电机组等值建模方法。首先依据风力机型号进行机群划分,通过简化双馈风电机组控制策略,建立了双馈风电机组等值模型。根据模型中各参数对双馈风电机组运行特性的影响特点,将其分为暂态参数和稳态参数,采用收敛速度快、通用性强的AMPSO算法对稳态参数寻优,采用试测法辨识暂态参数。通过仿真,验证了所述等值方法精确、简便,适用于大规模风电场接入电网的分析计算。     

永磁直驱同步风电场多机动态等值模型

以提高仿真效率为目的,建立了一种适用于永磁直驱同步电机风电场的多机动态等值模型。该模型在同调等值法的基础上,选择能综合反映风电机组运行状态的变量矩阵作为分群指标,通过模糊聚类算法对指标矩阵进行处理,将具有相近运行点的风电机组划分到同一机群。并用一台风电机组并联一个电流源组成等值机组表征该机群,最后通过多个表征机群的等值机组的组合建立了风电场动态等值模型。在此基础上,利用电力系统电磁暂态ATP/EMTP软件平台进行实例仿真,仿真结果验证了该等值模型的有效性。     

适用于次同步振荡研究的直驱风电场等值建模

针对当前直驱风电场次同步振荡研究缺乏合适的等值模型这一问题,首先对单台直驱风机并网系统进行小信号建模及参与因子分析,得到了影响直驱风机次同步振荡的主导参量;接着将这些主导参量作为直驱风电场等值建模的聚类指标,利用SOM神经网络聚类算法对风电机组进行聚类,并借鉴同调等值法原理整定了风电机群的运行状态。最后,在PSCAD/EMTDC上建立了风电场等值模型,通过比较等值模型对实际风电场的等值效果,验证了直驱风电场等值建模方法的合理性。     

基于电流轨迹相似度的双馈风电机群电磁暂态同调分群方法

合理的风电场等值建模是风电并网研究与运行的基础。双馈风电机群中各机组的正常运行状态、控制器暂态响应、保护动作情况可能不同,单个双馈感应发电机(doubly fed induction generator,DFIG)的暂态特性不能代表机群的整体特性。电力系统保护和控制的实施仍需解决风电机群暂态等值模型的欠缺。基于DFIG故障暂态过程的行为特征,充分考虑DFIG短路电流的特征信息,建立短路电流包络线轨迹结构相似度的评价指标,提出基于轨迹结构相似度的电磁暂态同调机群划分方法。算例表明,该方法能够有效辨别DFIG暂态过程的差别,满足电磁暂态分析机群等值的需求,且原理简单,易于实现。     

电网故障下永磁直驱风电机组机电暂态全过程等值建模方法

随着风电渗透率的增加,大规模风电并网对电网暂态的影响越来越大,亟需建立可用于大型电力系统暂态稳定分析的永磁直驱风电机组机电暂态模型.目前,永磁直驱风电机组的建模已有较深入的研究,但忽略了电网故障下风电机组运行工况的多状态性,难以通过简化等值的方式准确模拟风电机组在机电暂态过程的外特性,严重制约了含新能源发电的电力系统机电暂态分析.为此,文中考虑了变流器控制响应特性以及低电压穿越措施的影响,分析了电网故障下永磁直驱风电机组的多状态性特征,提出了永磁直驱风电机组机电暂态全过程建模思想;然后建立了多种状态下永磁直驱风电机组的机电暂态等值模型,进而通过推导状态切换条件,建立了永磁直驱风电机组故障全过程的机电暂态等值模型.最后通过仿真验证等值模型的有效性.     

基于谱聚类算法的风电场电磁动态等值研究

大规模双馈机组风电场目前已经大面积装机投运。在仿真研究中,由于风电场中含有多台风电机组,风电场精确模型阶数过大,无法实际应用于含风电电力系统的仿真研究。本文采用谱聚类算法,依据风电场内各风电机组的运行状态,将场内的各风电机组分为两个风电机群,并采用容量加权方法,建立了风电场电磁动态等值模型。仿真算例表明,所建立的等值模型在保证足够精确度的前提下大大缩小了仿真模型的阶数,减轻了仿真计算的压力,具有较高的实用价值。     

基于IDE-BAS算法分步辨识策略的风电场动态等值研究

为了在电力系统仿真中准确分析风电并网带来的影响,从保持原始系统特性的角度出发,采用参数分步辨识的动态等值策略对风电机组等值模型进行参数辨识.本文基于IDE-BAS算法辨识风电等值机组参数,分别在电网故障及阵风扰动情况下,重点辨识电气参数和机械参数.根据风电场的实际运行数据算例分析,对比等值模型与原始系统的输出特性,验证了本文提出的对风电机组等值模型参数分步辨识策略是有效可行的.     

适用于系统次同步振荡分析的风电场等值建模方法综述

近年来,风电并网系统次同步振荡事故在全球多地均有报道发生,严重威胁了电力系统安全稳定运行。由于风电机组单机容量较小,一个风电场内通常具有数十台甚至数百台风电机组,造成风电场模型阶数高,风电机组之间耦合复杂,合理有效地对风电场进行等值建模,是研究风电并网系统振荡机理、特性与抑制的基础。本文在现阶段对风电接入引发电力系统次同步振荡原因认识的基础上,分析了现有较为成熟的风电场动态等值方法用于风电并网系统振荡稳定性分析的优势与不足,总结了现有风电场动态等值研究成果中的遗留问题,以期为未来针对风电汇集系统小干扰等值与风电并网系统次同步振荡展开进一步研究提供参考和借鉴。     

风电场内机群间次同步振荡相互作用

大型风电场内部包含大量控制参数各异、运行状态不同甚至类型多样的风电机组,其并网引发的次同步振荡问题日益凸显。研究了风电场内部不同风电机群之间次同步振荡相互作用及其影响因素,从而明确次同步振荡在风电场内的演化过程;建立了直驱风电场的并网导纳模型;应用广义奈奎斯特判据分析了风电场内不同风电机群并网的次同步振荡稳定性,在此基础上研究了风电场内不同风电机群之间的次同步振荡相互作用。结果表明,“振荡机群”能够引起“稳定机群”也发生次同步振荡,二者的并网机组台数比例对风电场次同步振荡特性具有显著的影响,“振荡机群”的锁相环参数对整座风电场的次同步振荡频率具有重要的影响。在MATLAB/Simulink中搭建了直驱风电场的并网仿真模型,时域仿真结果验证了上述理论分析的正确性。     

基于恒速风电机组的风电场并网过程仿真

对基于恒速风电机组的风电场并网过程进行了分析并提出了改善措施。在DIgSILENT/PowerFactory中建立了恒速风电机组风电场的等值模型,分析了大规模风电场并网时对系统的影响。研究结果表明,对于接入弱系统的大规模风电场,为了减小风电机组并网所带来的冲击和避免系统电压失稳,应对同时并网的风电机组的数量有所限制。     

基于锥互补法的crowbar投入DFIG风电机群电磁暂态等值

为降低对大规模风电机群故障暂态仿真计算量,首先给出同步坐标系crowbar投入DFIG风电机组及其机群状态空间模型。其次,基于H￥范数最优化动态降阶方法,提出DFIG风电机群等值问题。对参数及运行状态各不相同DFIG机群,在降低原模型状态量数量的同时,实现阶系统与原模型故障电气量输出范数误差极小化。进一步,采用CCA算法将降阶等值转化为非凸优化问题,求解降阶等值模型。最后,针对非平衡初始状态,给出了等值模型初值的计算方法。仿真结果表明等值计算方法能够在有效实现降阶等值的同时,定量给出等值模型范数误差。     

基于受扰轨迹空间解耦的直驱风电机组非线性动态降阶方法

保留风电机组主导状态变量的动态非线性降阶是分析大规模风电并网系统大干扰稳定的先决条件。为此,该文基于受扰轨迹空间解耦,提出一种适用于风电系统大扰动场景分析并保留状态变量的直驱风电机组模型动态降阶方法。首先,基于轨迹分段线性化方法提取故障后受扰轨迹。以欧氏距离为筛选标准在受扰轨迹上提取线性化点并在每个线性化点处构造局部线性化模型。然后,基于空间解耦分别建立每个局部线性化模型状态变量对主导特征根的广义参与矩阵,进而对直驱风电机组进行多时间尺度划分,并以此为基础,利用奇异摄动法建立直驱风电机组的降阶模型。最后,在改进的测试系统中从暂态响应出发对降阶模型与全阶模型的动态特性进行比较。仿真结果表明,依据该文方法建立的降阶模型具有较高的精度、计算效率和稳定性。     

考虑尾流效应和集电系统元件故障的风电场可靠性建模

分析平坦地形和复杂地形下风电机组间尾流效应对风电场输出功率的影响;建立两状态等值风电机组以及五状态断路器、三状态变压器等集电系统元件的可靠性模型,考虑集电系统元件故障对风电场输出功率的影响。运用威布尔分布模拟风速,对风速、等值风电机组状态、集电系统元件状态等进行非序贯蒙特卡洛抽样仿真,基于MATLAB进行编程计算。结果表明,尾流效应和集电系统元件故障对风电场的输出功率都有不可忽视的影响,综合考虑二者的风电场可靠性模型提高了对风场输出功率计算的真实性和准确性,评估风电场并网可靠性指标时更为精确、贴近实际。     

基于分裂层次半监督谱聚类算法的风电场机群划分方法

在谱聚类技术的基础上,面向风电场动态等值建模,提出一种基于分裂层次半监督谱聚类算法的风电场机群划分方法。首先根据风电机组的实测运行数据,构造一个可以体现原始数据结构且能为分类提供更多有效信息的特征向量矩阵Y。进而利用获取的部分样本组的先验信息,采用自顶向下的簇分裂策略,对Y中的样本组进行半监督聚类划分,得到风电机组的机群划分结果 ,采用容量加权法计算各机群等值风电机组的参数,建立风电场的动态等值模型。以某实际风电场为例进行仿真验证,结果表明,采用所提方法建立的动态等值模型与详细模型较接近,能够较准确地反映风电场的动态响应特性。     

直流微网下混合式永磁风电机组反馈线性化控制策略

针对混合式永磁风电机组直流并网的特点,基于反馈线性化基本理论和实现方法,将该控制策略用来设计风电机组控制系统。在MATLAB2010b/Simulink仿真平台下建立了风电系统仿真动态模型,采用反馈线性化方法将所建立的仿射非线性模型线性化,设计了非线性控制器,通过调节机侧变流器等效电阻值,实现了永磁风电机组的线性化控制。仿真试验验证了该控制策略的正确性和有效性。     

考虑空间效应的风电场动态特性等值方法研究

提出了一种基于聚类算法和实测数据的风电场动态等值建模方法,根据某风电场的实测数据,通过随机抽样比较的方式证明了风电场内机组间的空间效应,并且利用风速曲线和功率曲线在不同机组间的显著差别,说明风电机组间的空间效应在建立风电场动态等值模型时是不可忽略的。利用K-means聚类分析方法并以实测的数据作为分群指标,将某风电场的33台UP77-1.5 MW风电机组聚成4个机群,每个机群对应建立一个等值模型,消除了机组间的空间效应。最后,通过将各个模型与实测的数据的等值比较与误差分析,验证了模型的合理性。与传统模型进行比较,实际验证结果表明该方法建立的模型比传统模型精确度高。     

计及锁相环的直驱风电机组间相互作用模型及机理分析

为了研究直驱风电机组间的相互作用,提出考虑锁相环的直驱风电机组间相互作用模型及分析方法.首先考虑频率耦合特性,利用谐波线性化方法建立单台直驱风电机组序导纳模型.其次考虑锁相环建立2台直驱风电机组间相互作用模型,研究2台机组之间的相互作用机理.然后根据锁相环动态特性,将其分为衰减振荡状态和非振荡状态,分析锁相环在不同情况下对2台直驱风电机组间相互作用的影响,研究总结了锁相环对2台机组间相互作用振荡特性的作用规律.最后对2台直驱风电机组并网系统进行时域仿真,并与频域分析进行对比,验证了考虑锁相环的2台机组间相互作用模型及分析方法的合理性.     

基于改进型K-means算法的笼式异步风电场等值研究

国外风电场采用分布式,我国大多是大规模集群风电接入电网。由于风的随机性、波动性等特点,在研究风电场并网对电网的影响时,提高风电场模型运行状态的精度就显得尤为重要了。文中对于笼式异步风电场提出一种以故障发生前的输出功率为分群指标,采用改进型K-means算法实现风电场多机等值建模的方法。针对同一机群风电机组,运用基于容量加权的等值方法计算相关等值参数。最后,以软件PSCAD/EMTDC为仿真平台,搭建了笼式异步风电场详细模型及其等值模型。仿真研究了在稳定运行及故障条件下风电场出口有功、无功动态变化轨线,验证了所提出的等值方法的快速性及有效性。     

考虑实际运行数据的风电场稳态建模

为建立准确的风电场稳态模型,该文分区域分析了风电机组的稳态运行特性,提出一种基于实测数据的三机等效风电场稳态建模方法。首先,分析了风电机组在4个不同运行区域的稳态输出特性;然后,根据风电场内各风电机组的实测风速,采用改进型最大树法将其分类,并建立各类机群的实际风速-功率特性曲线;最后,由风电机组各区域稳态输出特性建立各类机群的风速-功率分段函数关系。在此基础上,计算各类机群的等值风速,从而建立三机等效风电场稳态模型。仿真结果表明三机等效模型可有效提高风电场稳态建模的精度。