动态无功补偿对风电场暂态电压的影响及控制策略

近年来大规模风电机组连锁脱网事故频发,严重威胁电网安全稳定运行,风电机组脱网机理与防御控制策略需深入研究。首先从理论上分析了含动态无功补偿装置的风电场在电网故障期间风机机端高电压现象的机理,仿真分析了静止无功补偿器（static var compensator,SVC）响应时间对风电场暂态电压特性的影响,指出SVC暂态无功调节的滞后性是导致故障下风电机组因高电压脱网的主要因素,并提出了电网故障下风电场的无功协调控制策略：即通过协调SVC与风机自身无功出力,在故障发生时紧急闭锁SVC,投入风机跨接器（Crowbar保护电路）,在故障清除后经一定延时重新投入SVC,从而提高风电机组的故障穿越能力。仿真结果表明该文提出的控制策略能有效抑制故障下风机高电压脱网问题。     

风速快速波动下双馈风电场无功电压协调控制策略

大规模风电经远距离高压交流输电线路送出系统,当风速快速波动时,风电场并网点电压可能因无功补偿不足大幅变化。针对该问题,研究通过双馈风电机组(doubly fed induction generator, DFIG)和静止无功补偿器(static var compensator, SVC)的协调配合来改善风电场无功补偿特性的控制策略。首先考虑尾流效应分析DFIG的功率特性,根据潮流方程推导风电场并网点电压表达式,分析风速快速波动下双馈风电场的电压变化规律,以及DFIG和SVC的无功容量及动态特性;进而得出系统无功需求和风电场无功容量的供需平衡关系以及稳态无功控制方案对暂态过程的影响;在此基础上提出风速快速波动下DFIG与SVC的无功协调控制策略。最后通过MATLAB/Simulink仿真验证该控制策略的有效性。     

集群双馈风电场的分次调压控制

基于集群风电场间无功电压耦合较强、通信条件较差的特点,提出以双馈风电机组为主、电容器/静止无功补偿器(SVC)为辅,不过分依赖风电机组与风电场自动电压控制系统间通信的集群双馈风电场分次调压控制策略.事先根据电网运行状况计算得到不需实时更新的双馈风电机组的PQ曲线,同步补偿无功功率以应对有功出力的变化,并仅在电网运行状况发生大幅变化时更新PQ曲线;在调节效果不够理想或PQ曲线未更新时,再利用电容器/SVC进行二次调压.通过对中国北方某地区集群风电场的仿真分析,验证了所述控制策略可有效减少风电机组连锁脱网的发生机会,并且其控制效果不受风电机组与风电场自动电压控制系统间通信中断的影响.     

无功协调控制策略对风电场并网系统小扰动稳定性的影响

提出基于双馈式风电机组(DFIG)变频器的无功协调控制策略,以提供足够的无功功率来维持系统稳定.在DigSILENT/PowerFactory平台上,搭建风电场的详细模型,通过协调风电机组网侧和转子侧的无功功率参考值,改善风电机组的输出有功和无功功率;采用特征值分析方法,分析大型风电场在采用无功协调控制策略后,对电力系统低频振荡和小扰动稳定性的影响.仿真结果表明,该策略通过自动调节风电机组发出的无功功率,改善了DFIG的输出特性,提高了风电场的输出有功功率(通过稳定机端电压实现),对故障过程中风电机组的连锁脱网有一定抑制作用.     

一种降低风电场功率损耗的无功控制方法

针对配备集中补偿装置SVC的双馈风电机组(DFIG)组成的风电场,提出了一种基于网络损耗最小的无功补偿方案,综合利用风电场安装的SVC无功补偿装置及双馈风电机组的无功调节能力来实现无功优化。风电场自动电压控制系统通过风电场并网点的电压偏差推算出风电场的无功功率需求,根据此时双馈风电机组和SVC无功补偿装置实际无功发生能力,以网络损耗最小为目标函数进行无功分配,通过此分配方法既可以发挥双馈风电机组无功调节能力又可以减小风电场的损耗。仿真结果表明采用所提策略能够有效地减少风电场功率损耗,提高电压稳定裕度。     

双馈风力发电机组高电压穿越研究

通过研究国外双馈风力发电机组(DFIG)高电压穿越(HVRT)技术的相应标准,分析了风电场风电机组大规模脱网的过程,提出了一种双馈变流器的控制策略,即通过提供感性无功和撬棒电路,实现DFIG的HVRT功能。仿真结果表明,此方法可以有效提高DFIG的HVRT能力。     

改进的配电网双馈风电场电压控制策略

结合双馈风电机组(doubly-fed induction generators,DFIG)的运行特点,提出了一种改进的适用于与配电网连接的双馈风电场的电压控制策略,其中既包括了传统的通过无功功率控制电网电压的方法,也包括电网负序电压的补偿控制策略。以双馈风电系统的功率关系为基础,给出双馈风电机组不同运行状态下的无功功率的计算方法,阐述双馈风电机组的无功功率控制方法及通过风电场无功功率控制电网电压的方法。针对电网电压不平衡的情况,给出通过双馈风电机组抑制电网负序电压影响的控制方法,分析了双馈机组的控制电网负序电压的限制条件和控制策略。由双馈风电机组构成的与配电网连接的风电场的仿真结果验证了所提出的电压控制策略的有效性,仿真结果表明这种电压控制方法可以有效地提高电网及风电场运行的稳定性。     

电网电压对称骤升下DFIG的HVRT协调控制策略

为解决双馈风电机组(DFIG)中的高电压穿越(HVRT)问题,保证持续并网运行,提出在DFIG转子侧变流器引入附加阻抗控制,网侧变流器采用双闭环矢量控制,电网发生故障后,根据电网电压骤升幅度吸收部分无功功率,当电网电压对称骤升至1.3倍额定电压时,启动风电场已有无功补偿装置发出感性无功功率。通过上述协调控制策略抑制DFIG定、转子过电压、过电流及电磁转矩波动,减小了系统冲击,实现了DFIG的HVRT能力,缓解了大规模风电机组脱网问题。在Matlab/Simulink上进行仿真,验证了所提策略的有效性和可行性。     

大规模并网风电场的无功电压紧急控制策略

近年来频发大规模风电机组连锁脱网事故,需要深入研究事故发生的机理以及防御该类事故的措施和方法。文中首先基于实际风电外送电网拓扑和参数建模,仿真重演了风电机组连锁脱网事故的暂态过程;分析了该暂态过程中风电机组和无功补偿装置的动态无功响应能力。提出了综合考虑以上动态无功响应能力的大规模风电场全过程无功电压紧急控制策略:在电压跌落期间,风电机组网侧变流器基于电压变化量提供实时动态无功支撑,以缓解电压跌落;在故障切除之前,主动切除部分无功补偿装置来抑制暂态过电压;在故障恢复阶段,根据电压判据重新投入无功补偿装置,为系统提供无功调节能力。最后,通过仿真验证了所述策略的可行性和有效性。     

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。     

DFIG型风电场连锁脱网及改善措施分析

大面积的风电场连锁脱网事故对系统的安全稳定运行带来了严重影响。首先对连锁脱网事故的发生、发展过程进行详细介绍,着重分析了事故的演化机理,指出其核心问题,并基于此提出了改善风电场连锁脱网的控制措施。最后在DIgSILENT/PowerFactory仿真软件上搭建模型,很好地模拟了风电场的连锁脱网事故,并对风电场连锁脱网及其改善措施进行详细比较,旨在对风电场连锁脱网事故进行初步探索和分析。     

基于DFIG与SVC的风电场无功电压协调控制策略

针对风电场的无功电压问题,构建了风电场模型,提出了一种综合考虑双馈风电机组（doubly-fed induction generator,DFIG）和静止无功补偿器（static var compensator,SVC）的无功电压协调控制策略。建立了综合考虑风电场公共接入点（point of common coupling,PCC）的电压偏移量和无功源的无功裕度的目标函数。基于混沌量子粒子群算法对风电场进行无功电压控制,通过协调DFIG和SVC的无功出力,使得风电场PCC的电压满足要求,同时提高其无功源的无功裕度。最后,以华北某风电场为例进行算例分析,验证了所提无功电压协调控制策略的可行性及有效性。     

双馈式风电场多阶段无功电压控制策略

为了应对大规模风电接入电网引起的电压稳定问题,提出了一种新型的多阶段无功电压协调控制策略。该策略首先基于风功率预测数据对电容器组的投切进行提前优化;稳态运行时,通过分析双馈风力机的PQ关系曲线,优先调整风电机组无功出力以实现对风电场的无功调控;电网故障时充分发挥静止无功补偿器的调节能力,并在故障切除后限制其出力以避免电压过冲,从而整体上实现无功电压的协调控制。最后以某一风电场系统的仿真结果验证了上述策略的有效性和可行性。     

采用改进下垂控制和双层无功优化的风电场无功均衡分配研究

计及风电场详细模型,按照双馈风电机组(DFIG)无功容量比例分配无功,难以实现风电场无功裕度均衡控制。根据DFIG无功裕度和并网点(PCC)允许电压偏差,提出可变下垂系数以改进无功-电压控制。结合每台DFIG无功裕度及其与PCC间电气距离,定义新的无功不均衡度。针对大规模风电场控制问题,建立双层无功优化模型,其中电网层以减小网损、电压偏差和风电场铜耗为目标,整定电网无功需求量;风电场层以场内线损、DFIG铜耗及无功不均衡度最小为目标,确定各台DFIG无功出力。采用有限记忆拟牛顿信赖域(LBFGS-TR)算法求解无功均衡分配方案。算例结果表明,所提算法可充分利用DFIG无功调控能力,实现风电场无功裕度均衡控制。     

支撑大规模风电集中接入的自律协同电压控制技术

国内多个风电汇集区域具有大规模风电汇集馈入电网薄弱环节的典型特征,由此带来了电压波动和连锁脱网等运行挑战。文中提出了自律协同的电压控制框架,利用风电场侧自律控制协调静止无功补偿器/静止无功发生器/风电机组/电容电抗器等不同时间常数的调节设备,从而抑制间歇性风电出力诱发的电压波动;在系统级实现协同控制,在正常情况下通过可自适应于风功率变化的敏捷二级电压控制减小电压波动,在脱网风险较大时利用基于安全约束最优潮流(SCOPF)的预防控制保证汇集区域正常且安全的运行状态。该架构的若干关键技术已经在国内多个风电基地和风电场应用,现场运行结果表明了其控制有效性。     

基于PSCAD的风电场低电压穿越无功支撑仿真研究

首先分析风电场低电压穿越(low voltage ride-through,LVRT)能力,然后介绍以双馈感应发电机(doubly-fed induction generator,DFIG)为主体的风电场模型以及静止同步补偿器(static synchronous compensator,STATCOM)的控制策略。最后将STATCOM和静止无功补偿器(static var compensator,SVC)分别应用到含风电场的无穷大系统中,在电力系统仿真软件PSCAD上搭建模型,并对系统故障状态进行仿真,在此基础上分析STATCOM和SVC的无功补偿特性,并对补偿效果进行比较。仿真结果表明无功补偿装置可以在系统故障后提供无功支撑,提高了风电场的低电压穿越能力,并且STATCOM无功补偿性能较SVC更优。     

大型风电基地连锁故障在线预警系统研究与开发

针对大规模风电连锁脱网事故频发,研究并开发了大型风电基地连锁故障在线预警系统。首先分析风电连锁故障的事故特征,确定建立风电连锁故障在线预警系统的关键环节,完善风机模型、建立风机保护模型和无功补偿模型。然后基于在线动态安全评估技术,提出了适合于大型风电基地的连锁故障在线安全预警的方案和基本结构,包括在线数据整合与预想故障集,风电场连锁脱网事故搜索方法,连锁故障严重性评估方法和连锁故障在线预警并行计算方案。研发的系统在电网中进行了实际应用,验证了所提方法的合理性和有效性。     

基于学习自动机的智能变电站多目标无功优化

针对风电场的无功优化和电压稳定问题,结合其并网的智能变电站内的静止无功补偿器(SVC),提出了一种综合考虑SVC和双馈风电机组(DFIG)的无功电压协调控制策略。采用学习自动机求解多目标无功优化的最优权衡解,在满足风电场公共接入点的电压要求的同时,使得风电场无功源的无功裕度更大。最后,以华东某风电场进行算例分析,验证了所提无功电压协调控制策略的可行性和有效性。     

基于调相机与SVC协调的抑制高压直流送端风机脱网的控制策略

在大规模风电接入的高压直流送端电网中,针对发生直流故障后送端交流电压大幅波动导致的风机连锁脱网问题,探讨了直流故障导致风机连锁脱网的内在机理,分析了调相机和静止无功补偿器(SVC)在换相失败和闭锁过程中的动态无功响应特性;在此基础上,提出一种基于换流站侧调相机与风电场侧SVC协调的抑制高压直流送端风机脱网的控制策略:在换相失败和直流闭锁的不同时期,根据送端电压变化特点,分时发挥调相机自发无功响应能力、励磁控制能力和SVC无功调节能力,以抑制暂态压降或暂态压升的幅度超过风机脱网的保护阈值.最后,通过对测试系统和实际电网的仿真,验证了所提控制策略可有效抑制直流故障后送端暂态电压变化,降低风机连锁脱网的风险.