基于损耗分配方法的风电场等值建模

在涉及风电机组集群建模的情况下,由风能的随机性导致的实时变化会增加额外的计算量,从而延长仿真所用时间。本文针对辐射型网络的风电场,提出了一种经由功率叠加和损耗分配的简化等值模型。该模型在已知风电场各台机组功率及线路长度等参数的情况下,将风电场简化为少量机组并联形式的模型,以简化前后风电场内部线损相等为原则进行线路变换,同时满足风电场出口处的有功功率、暂稳态电压幅值及波形稳定的目的。仿真结果显示,该等值模型较好地模拟了风电场内部的运行情况,达到了预定的等值效果,并具有较高的精度。     

计及风电场集电网络等值模型的仿真研究

以双馈感应发电机组构成的风电场为研究对象,考虑了风力发电机与集电网络的等值,提出两种模型,研究了单机加权等值与等功率损耗结合模型,降阶变尺度等值与并联化结合模型。针对风电场机组参数完全相同的算例,利用PSCAD/EMTDC建立了风电场的不同等值模型,对风速扰动和PCC处发生电压跌落故障下的风电场暂态特性进行了比较分析,研究结果验证了等值模型的正确性。     

常用风电机组并网运行时的无功与电压分析

分析了以鼠笼感应电机作为发电机的定速风电机组和以双馈感应电机作为发电机的变速风电机组并网运行对系统潮流的影响,并对不同控制模式下使用双馈感应电机的变速风电机组的电压和无功控制特性进行了比较。仿真结果表明,恒电压控制的变速风电机组在维持风电场并网后的系统电压稳定方面具有较大的优势。     

风力发电机并网后的电网电压和功率分析

对用鼠笼式感应发电机发电的恒速风力机和用双馈感应发电机发电的变速风力机的工作原理及其在电网的接入方式、接入风力发电机后的电网电压和功率进行了分析,对不同风电穿透力下电压对风速扰动的响应进行了讨论,并对电网故障时电压变化及风电场低压穿越技术进行了研究。采用理论分析与计算机仿真方法得到了相关结论:不同风力机机型对电网的作用不同;鼠笼式风电机组构成的风电场穿透功率大于10%以后会引起公共连接点处电压偏移超过10%;电网故障后双馈风电机组和鼠笼式风电机组电压恢复能力不同,在风电场加入STATCOM后,可以实现低电压穿越。     

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。     

感应电机全功率风电场动态聚合建模与应用

随着风电场规模的扩大,大型风电场逐渐由陆上向海上发展,占据海上风电场主流机型的鼠笼式感应电机（SCIG）成为研究海上风电场动态特性的主要研究对象。为了系统研究海上聚合风电场的动态特性,在保持风电场外部特性不变的聚合原则基础上,提出一种计及集电系统电缆电容聚合的海上鼠笼型感应电机风电场新型聚合算法,包括风力发电机组和集电系统内部参数的聚合算法。最后,以江苏某实际海上风电场为研究案例,在PSCAD仿真软件上建立具有34个鼠笼式感应风电机组的详细风电场模型以及相应的聚合模型,仿真并比较了两种模型在电网故障条件下PCC点的动态特性。结果表明,所提出的动态聚合方法能够准确反映风电场的动态特性,具有较高精确性。     

基于风电机组输出时间序列数据分群的风电场动态等值

为了在保证精度的前提下降低含风电场仿真系统模型的复杂度,以风电场并网点输出特性一致为目标,提出一种风电场动态等值方法。利用风电机组输出时间序列数据,应用几何模板匹配算法刻画该时间序列曲线特征,使用属性阈值聚类算法来实现风电机组分群,适用于所选时间序列的时间段内的所有时刻。在各群内,按照风电机组功率输出特性不变的原则对风电机组参数进行等值,以电压差不变为原则对集电线路进行等值。最后,以宁夏某实际风电场为例,分别选择不同时刻的风电机组状态为初值进行仿真,并比较风电场详细模型和等值模型的输出特性。结果表明,等值前后风电场并网点输出特性均保持一致,分群方法可以反映风电机组在该时间段内各时刻的运行特性,等值方法合理有效,具有一定的工程应用价值。     

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。     

面向集电系统电压调节的风电场无功电压控制策略

风能时空分布的差异性导致风电机组运行状态具有分散性,降低了风电场联网运行的安全性。本文提出了一种通过调控风电机组无功输出以改善机组端电压分布的均衡性、进而改善集电系统电压水平的风电场无功电压控制策略,其中各机组无功参考功率是根据电网无功指令,利用集电系统拓扑结构特点,基于网络分析非迭代计算求得。仿真结果表明,所提出控制策略能够改善风电场并网点电压水平,并且机组端电压水平基本一致,增强了风电机组抵御电网电压扰动的能力,提高了风电场联网运行的安全性。     

基于双馈感应发电机风电场等效建模中控制器聚合方法分析

在对风电场进行等效建模时,一般以风电机组运行状态相近为原则进行分群聚合,从而得到风电场的多机等效模型。如果在保证精度的情况下能够对运行状态有明显差异的风电机组进行聚合,将有助于建立更加简化的风电场等效模型。以基于双馈感应发电机(DFIG)的风电场为研究对象,针对承受风速有显著差异的DFIG机组的聚合问题,提出了相应的DFIG机组转子侧控制器聚合方法。该方法通过调整等效控制器的控制参考值,来提高风电场等效模型的稳态和动态精度,从而实现风速差异显著的DFIG机组的聚合。文中给出了基于控制参数调整的DFIG风电场单机等效建模流程,为建立具有良好精度的风电场等效模型提供了一种不同于分群聚合的思路。最后,通过仿真算例对所提方法进行了分析和验证。     

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。     

风电接入对地区电网暂态电压稳定性的影响

随着风电迅速发展,风电场规模和单机容量越来越大,风电对接入的电网的影响不容忽视。而风资源丰富的地区大多电网不够强壮,加之风电自身故有的无功特性(吸收或者不发无功),风电接入对电网电压稳定性的影响显得尤为突出。对基于普通异步发电机的恒速风电机组构成的风电场与基于双馈感应发电机的变速恒频风电机组构成的风电场接入电网后的暂态电压稳定性,通过电力系统仿真软件DigSILENT并结合实际电网进行分析,给出风电场不同出力情况下的故障极限切除时间。关于静止无功补偿装置(SVC)和静止同步补偿器(STATCOM)对异步机风电场暂态电压稳定性的改善也进行了研究。     

双馈异步发电机风电场聚合模型研究

提出了一种风电场内输入风速不同的多台风电机组的单机等值建模方法。在机组参数相同的条件下,以风电场的有功功率及无功功率输出、动能的变化率、传动链损耗保持不变为原则,对机组的风轮、传动链、发电系统及主控系统进行等值变换,给出了相关参数的计算方法,同时给出了等值风速的计算方法。以“在公共连接点短路阻抗相等”为原则,对风电场内的电力网络进行单阻抗等效。建立了包含4台参数相同的2 MW双馈风电机组风电场详细模型和相应的等值模型,通过仿真分析分别对比这2种模型在随机风速和电网故障情况下的输出特性。结果表明,该方法得到的等值聚合模型具有很高的精度,适用于具有相同参数双馈风电机组的风电场建模。     

基于实际风电场的双馈感应风电机组联网运行特性仿真分析

随着并网运行风电场数量逐年剧增,双馈感应风电机组作为广泛应用的主流机型之一,其联网运行特性对研究风电场与电网之间的交互作用具有重要作用。本文给出了双馈感应风电机组的数学模型,包括风力机模型、发电机模型和四象限变流器模型。以东北某实际风电场双馈感应风电机组为例,在PSCAD/EMTDC电力系统仿真平台上,搭建了双馈感应风电机组联网运行仿真系统,对双馈感应风电机组在不同工况下的联网运行特性进行了分析,揭示双馈感应风电机组联网运行特性,电气设备阻抗参数与外特性之间的内在关联关系。     

改善连锁脱网的风电场群电压无功紧急控制策略

针对大规模风电场动态电压问题可能导致的连锁脱网事故,首先分析并仿真验证了风电场连锁脱网的演化机理及时空特性;在对风电场内的无功源及双馈风电机组的调节特性进行分析的基础上,提出了协调静止无功补偿器(SVC)和双馈感应发电机(DFIG)机组的电压无功紧急控制策略,控制的原理是利用DFIG的有功、无功解耦控制,在故障时由SVC和风电机组共同输出容性无功功率,提高故障中的风电机组端电压,同时对DFIG的有功功率进行限幅;故障清除后,风电机组依据电压情况迅速输出一定的感性无功功率,以抵消SVC的滞后效应。仿真结果表明,所提紧急控制策略能够很好地抑制大规模风电场的连锁脱网事故。     

直驱式风电机组风电场动态等值

以并网点运行特性一致性为目标,提出了一种直驱式风电机组风电场的等值算法。该等值算法定义了能够反映全部直驱式风电机组运行特性的分群指标,利用聚类算法对直驱式风电机组进行分群;以等值机的风力机与单台风电机组风力机的功率转换特性不变为原则,对同群风电机组的风力机参数进行等值;以被等值的风电机组输出功率之和与等值机输出功率相等为原则对风电场集电线路进行了静态等值。仿真研究表明,等值前后风电场并网点的运行特性一致,等值算法能够更加准确地反映直驱式风电场的并网特性,具有重要的工程应用价值。     

计及集电线路和内部损耗的风电场模型分析比较

风电的接入会改变电网原有的潮流分布而对电网电压稳定性产生影响。潮流计算作为风电接入系统研究的基础,为得到其计算结果的准确性而建立风电场稳态模型具有重要的意义。以往的风电场系统潮流计算都是把整个风电场等效为一个风机处理,并没有详细讨论风电场内部的电网结构,潮流计算无法深入到风电场内部。在DigSILENT / PowerFactory中建立了改进的潮流计算模型,充分考虑了由双馈异步发电机组成的大型风电场的集电系统以及风电机组间电缆的功率损耗对稳态潮流计算的影响。     

基于普通异步发电机和双馈风力发电机静态数学模型的系统静态电压稳定性研究

基于普通异步发电机和双馈风力发电机模型对风电场接入系统的静态电压进行分析,通过对新疆某地区电网进行仿真计算,绘制了采用不同风力发电技术时风电场公共接入点、地区电网电压中枢点、重要变电站的PV曲线,分析了风电场接入系统的电压变化、静态稳定极限和裕度变化。根据仿真结果可以得出,系统弱节点处的静态电压极限值较低,由双馈风电机组构成的风电场的静态电压较由普通异步风电机组构成的风电场更稳定。     

电压源换相高压直流输电改善异步发电机风电场暂态电压稳定性的研究

基于普通异步发电机的恒速风电机组并网风电场会引起本地电网的电压稳定性问题.为此本文分析了并网风电场的电压稳定问题和电压源换相高压直流输电(VSC-HVDC)的风电场并网方式的技术特点,研究了VSC-HVDC的数学模型和控制方式.基于国际大电网会议(CIGRE)B4-39工作组标准模型,应用PSCAD/EMTDC仿真软件建立了大规模风电场并网系统模型,研究了VSC- HVDC输电改善异步发电机风电场暂态电压稳定性的贡献.研究表明VSC-HVDC不仅能够有效实现恒速风电机组在电网发生大扰动故障后的快速电压恢复能力,而且可以避免在电压恢复过程中由风电机组输入输出功率不平衡引起的发电机超速及电压失稳,确保风电机组的连续运行及电网的安全稳定.     

基于直流串联的风电场运行特性分析

讨论直流串联型风电场的种类和结构,以隔离型直流风电机组构建串联型风电场,分析其工作原理、稳态和动态特性。从风力发电机和变流器的角度,分析了该风电机组的结构和特点。根据直流串联型风电场的特性,讨论了风电机组两种控制策略：正常模式和电压限幅控制模式。利用风电机组简化模型对风电场运行特性进行仿真验证;仿真结果与直流串联型风电场的特性分析一致,说明该风电场具有很强的实用性。