基于同步控制的微网多工况小信号稳定分析

针对风机接入微网后较严重的频率稳定和功率平衡问题,提出微网环境下的双馈风机同步控制策略.在风机的转子侧,通过引入风机主动降载控制使双馈风机具有向系统提供功率备用和一次调频的功能,从而可以更有效地向微网提供频率支持.针对采用同步控制策略的典型风机-储能微网系统进行小信号稳定分析,计算得到的多工况主导特征根表明,微网的主导模式主要和风机轴系以及风机、储能控制内/外环两类控制参数密切相关.通过风速、负荷等扰动仿真分析研究进一步表明:风机的降载运行有助于改善微网系统的小扰动性能,同时协调设计风机和储能的有功下垂系数亦可有效改善主导特征根的阻尼.     

储能系统改善微网动态性能的研究

利用PSCAD建模,研究了微网从并网向孤网模式转换的动态运行特性,获取了微网电压与频率的变化规律.微网由各分布式电源提供功率支撑,由IEEE34节点配网提供电压支撑.由于微型燃气轮机的慢响应特性,微网在过渡过程中引起频率电压波动极大,不利于系统稳定运行,储能设备对于微网稳定有重要作用,采用下垂控制策略的蓄电池作为储能设备,有效抑制了由微型燃气轮机所引起的电压和频率误差.     

基于改进下垂控制的储能提升孤岛微网频率暂态稳定性的研究

孤岛模式下储能辅助交流微网调频更多是为了减轻同步发电机的稳态功率负担,但是稳态功率的分配无法很好地改善暂态过程中系统的动态性能,且应用储能辅助调频时,集中式处理需要通信手段,分布式处理主要关注的是频率支撑,当同步机故障时无法切换到下垂模式.针对这种问题,提出了一种储能参与调频的就地控制方法,该方法对下垂控制进行改进,当同步机发生故障时能够维持系统频率,提高了系统的稳定性与可靠性.最后,利用PSCAD/EMTDC仿真验证了该方法能够改善微网负荷变化后频率的动态响应特性,且在同步发电机因故障切除后保障系统频率的稳定.     

含直流储能的双端柔性直流输电技术提高微网并网稳定运行能力的研究

为了提高微网并网时稳定运行能力,平抑配电网公共连接点的功率波动与维持功率潮流分布,研究了一种含直流储能的柔性直流输电并网接口系统,根据柔性直流输电和蓄电池数学模型,以直流侧储能单元的充放电与双端功率传输控制和平抑微网并网扰动为目标,提出了基于两段式充电的矢量解耦三环控制及蓄电池的充放电切换控制策略,构建了以蓄电池为储能元件的微网并网系统仿真模型,针对微网内功率变化、蓄电池充放电切换和微网交流系统短路故障等情况进行了仿真分析,结果表明控制策略在保证储能单元的充放电与双端功率传输的基础上,有效地抑制了公共连接点的功率波动,保证了电网潮流分布的稳定。     

自同步型直驱风电机组暂态稳定分析

随着大规模风电的接入,电网面临系统变弱及调频能力变差的问题.直驱风电机组采用自同步控制,在有效提升设备自身的小扰动稳定性和对电网的支撑能力的同时也带来了复杂的暂态稳定问题.为此,针对2种典型的控制结构（功率自同步和直流电压自同步）分别建立风机系统暂态模型,揭示机侧动态及直流电容动态对暂态特性的影响.针对功率自同步型风电机组,分析频率跌落下风机系统的同步失稳风险;结果表明,机侧动态会降低风机系统在电压跌落下的稳定裕度.针对直流电压自同步型风电机组,揭示暂态下直流电容动态导致的直流电压崩溃失稳风险.总结对比储能和风电机组的暂态特性差异,讨论直驱风电机组的暂态控制设计思路.基于Matlab/Simulink的时域仿真模型验证理论分析的正确性及控制的有效性.     

基于风储联合系统的受端电网黑启动技术及协调恢复策略

受端电网发生故障停电时要求送端电源具备黑启动能力,目前我国现有的黑启动电源主要为火电厂及水电厂。随着高比例风电地大量接入,电网要求风电机组具有一定的黑启动能力,但风能由于其不确定性和波动性导致风电机组很难单独参与黑启动。为使得风电机组具备较好的黑启动能力参与电网恢复,本文针对双馈风电场,提出了一种基于风储联合系统的受端电网三阶段协调恢复策略。初始阶段,通过储能装置建立交流频率和电压并实现风机顺利并网;中期阶段,切换储能装置控制模式并在风机转子侧设计虚拟同步控制为系统提供频率和电压支撑,完成部分发电机组及负荷的恢复;后期阶段,在储能侧设计了基于H2/H∞的附加鲁棒控制器抑制多机组并网的低频振荡,实现受端电网平稳恢复。最后,基于PSCAD/EMTDC搭建了风储联合系统模型,仿真分析了虚拟同步控制与常规控制在风电机组参与黑启动过程中对频率波动抑制效果的差异,通过对比频率振荡幅值验证了虚拟同步控制具有更好的频率支撑能力,更适合风电机组参与黑启动;并且黑启动各阶段系统频率及电压波动曲线均处于安全范围,从而验证了所提协调恢复策略的有效性和可行性。     

基于双馈风机变桨与变速协调的频率控制

为了改善大规模风电并网给电网频率带来的不利影响,基于双馈风电机组的控制特性,结合转子动能与备用功率控制的特点,提出一种频率分段控制的备用功率与转子动能相协调的多层次、多周期、多环节的联合调频控制方法.电网频率发生偏移时,风机既能快速释放或吸收转子动能,又能调节桨距角,实现风电机组的频率控制.在电力系统仿真软件中搭建供电网络模型,并结合实际电网运行情况进行仿真,仿真结果表明,该方法使得风电机组对频率变化具有快速响应能力,可有效改善电网的频率特性,为双馈风电机组安全稳定并网提供了可借鉴的依据.     

一种用于微网调频的风电与抽水蓄能综合控制方法

多源分布式能源的使用增加了微网负荷频率控制的不确定性,影响其安全运行,为此,提出一种用于微网调频的风电和抽水蓄能综合控制方法。首先,为了在微网发生负荷扰动时提供足额的功率支撑,设计风机限转矩控制,以快速提取转子动能响应一次调频;然后,针对限转矩控制导致的频率二次跌落问题,抽水蓄能提供辅助支撑以减少该问题对频率稳定的不利影响;最后,考虑风机输出和负荷扰动的非相关性,以及风电输出调整范围过窄的约束,设计抽水蓄能二次调频控制方法,利用其抽水工况和发电工况的实时切换消除风速和负荷不匹配时的稳态频率偏差。在MATLAB/Simulink上对所提方法进行仿真验证,结果表明,在不同风速和负荷扰动情况下,风电与抽水蓄能综合控制方法能够实现调频的完备性,并降低弃风率。     

风电场无功电压控制研究

目的研究双馈感应发电机的无功发生极限,采用一种风场控制策略实现接入点电压达到控制的目标值,以实现风场内的协调控制.方法双馈感应风机机组作为主要无功源,以双馈风机风电系统的功率关系为基础,把并网点电压调节作为目标同时考虑到各机组机端电压的协调控制策略.按照机端电压近似相等的原则来整定各台机组的无功出力,针对所采用的策略应用PSAT仿真软件搭建风场模型并进行了仿真.结果优先控制风电机组进行无功功率调节,降低风电功率波动,仿真结果验证了策略的正确性和有效性.结论充分发挥双馈风机作为风电场的元素组成部分的调压能力,提高风电机组对系统正常电压波动的适应性,并且减少了无功补偿设备的无功输出,实现了快速调节.     

基于GA-FC的双馈风机调频优化策略

双馈风机通过附加虚拟惯性控制和下垂控制参与电力系统调频,但固定的控制系数无法发挥风机实际调频潜力。针对这一问题,提出了一种将遗传算法和模糊控制（GA-FC）相结合的变系数风机调频优化控制策略。首先,为提高调频时功率支撑能力,分析了超速减载控制,对不同风速下减载率进行拟合;然后,参考其他文献虚拟惯性控制系数整定结果,对下垂控制系数进行整定,再通过GA-FC实现动态调整控制系数,实时挖掘风机实际调频能力;最后,在MATLAB/Simulink搭建仿真模型,对所提策略进行验证。结果表明所提策略能够有效提升系统频率支撑。     

基于网络化控制模型的风机并网控制策略

针对风电并网对电网可靠性的影响及风机渗透率逐渐增大的问题,提出了一种基于网络化控制模型的风机并网控制策略.该控制策略根据系统的时延特点建立了时延小于一个周期的网络化控制模型,并构建了双馈型风机运行在向下功率调节模式和有小扰动时的模型,使用网络化控制方法提升了控制系统的鲁棒性.仿真结果表明,所提出的控制策略创新性地将网络化控制方法应用到风电并网调度和控制中,具有不确定、时变和有上界的特点,能满足现代电网对风机运行与调节模式的要求.     

基于改进虚拟惯量法的双馈风机频率综合控制策略

针对双馈风机虚拟惯量控制的研究大多聚焦于转子转速恢复策略设计和控制参数优化,难以应对双馈风机出力骤降所带来的频率波动问题,本研究提出一种基于改进虚拟惯量法的频率综合控制策略,在双馈风机退出调频过程中,附加基于风机转速反馈的微分控制环节,降低转速恢复的速度,避免发生风机出力骤降,以抑制频率波动,同时综合超速控制,使双馈风机调频性能更优。在DIgSILENT/PowerFactory中搭建了仿真模型,对比验证了所提控制策略在不同场景下的有效性。算例结果表明,所提控制策略能够改进风机的惯量响应和一次调频特性,有效地避免频率快速变化。     

双馈异步电机空载并网数字物理混合仿真技术

风机并网过程中会产生励磁冲击电流,为研究其安全稳定并网策略,文中利用数模混合仿真技术搭建了双馈异步电机的数学模型以及其空载并网数字物理混合模型.提出了一种滤除动态系统中由接口产生的多余谐波的新型L-DIM功率接口.利用Shmilink仿真建立了双馈异步发电机并网及其功率接口模型,并于微电网实验室中搭建了功率硬件在环实验平台,于RT-Lab实时仿真系统中对双馈电机空载并网过程进行了仿真试验研究.经数模混合仿真实验结果表明,所设计功率接口在保证了风机侧波形的精确性同时能够有效地减少并网过程产生的励磁电流冲击,验证了风机并网数模混合仿真技术的必要性.     

考虑网侧控制的DFIG静态稳定分析及参数优化

目前大多数双馈机组静态稳定简化模型不考虑网侧控制的动态过程,事实上网侧控制会直接影响系统静态稳定分析的结果。建立了含网侧控制动态特性的DFIG小干扰数学模型,计算结果与PSCAD仿真曲线的Prony分析结果能够较好吻合,而忽略网侧控制的动态会遗漏部分主导模态,影响静态稳定分析的正确性。针对DFIG接入产生的弱阻尼主导振荡模态,利用灵敏度分析法找出了最相关参数并给出优化方案,提升了系统的静态稳定裕度。     

电—热联合微网中基于波动参数的多类型储能协同控制

针对光伏发电的功率波动和消纳问题,结合中国西北地区供电供热需求,以光伏、热泵和混合储能组成的电—热联合微网为研究对象,研究了基于波动参数的多类型储能协同控制。首先,分析电—热联合微网的特点及能量转换方式。然后,设计电—热联合微网中基于波动参数的多类型储能双层协同控制策略,在上层控制中,基于功率波动时间尺度以及变参数的低通滤波方法,提出多类型储能协同平抑功率波动策略;在下层控制中,基于混合储能平抑功率波动以及微网电压、频率机理,提出混合储能能量转移的自适应控制策略。最后,通过仿真算例对所提算法进行验证,仿真结果表明：所提方法可以在有效减少电储能投资成本的前提下充分抑制可再生能源的功率波动,并延长混合储能的使用寿命,具有良好的应用前景。     

微电网运行的稳定控制研究

稳定运行是微电网的首要目标,针对微电网运行过程中功率不平衡的问题,搭建北京建筑大学微网实验平台,选用beckhoff的TwinCATPLC作为主控制,编写控制方案以调节储能、改变负荷,实现了微电网系统的稳定运行.试验结果表明,编写的控制方案能较好地模拟微网的不同状态,使微电网发出功率平衡,且可以实现不同状态下微网的平滑过渡.     

双馈异步风力发电机矢量控制研究

根据交流励磁变速恒频风力发电系统的运行特性,将矢量控制技术应用于双馈异步风力发电机的控制.机侧变流器采用定子磁链定向矢量控制,网侧变流器采用电网电压定向矢量控制,2个控制器共同作用,其工作状态根据双馈异步风力发电机的运行状态自由切换.试验结果表明:本控制方法能实现功率的双向流动,保证了双馈异步风力发电机稳定的并网运行.     

孤立微网协同控制策略

针对微网储能系统受容量的限制,从而引起微网运行不稳定,提出一种改进的微网协同控制策略.采用双层协同控制结构,初级控制是蓄电池储能系统,次级控制是微网管理系统(MMS).初级控制保证微网频率在可接受的范围内,次级控制保证微网中最大的备用容量.采用详细的微源模型,准确地描述了不同类型分布式电源原动机部分对微网系统的影响,建立带有详细微源模型的微网仿真系统,并进行了仿真,仿真结果表明:该协同控制策略具有良好的动态性能,并能够保证供电质量的要求,有较理想的应用前景.     

交直流混合微网系统中直流母线电压稳定性控制策略

针对分布式电源(DER)波动性、间歇性及不确定性等导致的交直流微网系统直流侧母线电压波动,提出一种直流母线电压控制策略。采用由交错并联双向DC/DC(直流/直流)变换器与蓄电池组成的储能系统平抑直流侧功率波动及稳定直流母线电压,采用双向DC/AC(直流/交流)变换器实现对蓄电池及直流母线电压的维护控制,采用电压外环电流内环的双闭环控制策略对直流母线电压和蓄电池充放电电流进行控制。利用MATLAB/SIMULINK仿真平台分别搭建不同工作模式下的仿真模型,结果表明所提控制策略可有效抑制直流母线由于光照不稳定所造成的的功率波动。     

含双馈感应电机风电场的动态等值

实际风电场包括多台风电机组,对其机械和机电特性动态建模,需要引入大量微分方程,计算量较大。文章提出并实现了一种双馈感应风机机电暂态过程的等值算法。对风力机、传动系统、感应发电机、变流器及控制系统分别进行合并。考虑了风速在额定值以下或以上时,风力机采取速度控制和功率控制策略,分两种情况等值风速和风能利用系数。分别考虑电网故障和风力机风速扰动,比较等值前后风电场出口电压和功率,以及电网中同步发电机功角和频率。仿真结果表明,所提等值算法误差小,计算效率高,对风电系统暂态稳定分析具有良好的应用效果。