考虑风速差异的风电场减载方案与一次调频策略

风电的大规模并网给电力系统带来了惯量降低和一次调频能力不足等问题,可减载运行且具备调频功能的风电场可有效应对该问题。为此,提出了一种风电场减载方案以及相应的一次调频策略。首先,介绍了综合惯性控制和桨距角控制的原理,并分析了风电场减载运行的必要性。然后,研究了不同风速下风机减载能力的差异性并制定了风电场内减载功率分配方案,根据制定的减载方案,提出了相应的一次调频策略,以充分利用风电场的调频能力并避免频率的二次跌落。最后,基于Matlab/Simulink搭建了仿真系统模型,仿真结果表明所述减载方案和调频策略可以合理分配减载功率并提升风电场的调频效果。     

基于变功率点跟踪和超级电容器储能协调控制的双馈风电机组一次调频策略

通常双馈风电机组运行在最大功率点跟踪模式下,发电机功率输出难以响应电网频率波动,亦无备用有功功率支撑电网频率控制,风电渗透率的提升使得系统的等效时间常数降低,并且系统频率调节压力增大,从而弃风现象严重。传统超速减载控制通过保留部分有功备用参与系统调频,但存在风电机组发电效益降低、转速调节范围减小及桨距角控制起动频繁等问题。为此提出了基于变功率点跟踪和超级电容器储能协调控制的双馈风电机组一次调频策略,为储能装置在新能源机组渗透率逐渐加大的背景下提供了新的应用思路,同时综合考虑储能装置容量优化配置问题,设计出一套最高放电效率下成本最低的超级电容储能装置。相比传统超速减载控制预留备用容量的一次调频方式,通过经济性评估可知,具有较强的经济优势,仿真分析可得到在源荷随机波动场景下,其发电效益接近于最大功率跟踪模式,明显高于超速减载控制模式,同时还具有明显优于传统超速减载控制的一次频率调节能力,且无需进行桨距角调节。有利于延长变桨系统的寿命,提高其运行的安全性和可靠性。     

风电经架空线双极MMC-HVDC并网的直流故障穿越协调控制策略

采用架空线柔性直流输电技术进行远距离输电是大规模风电场友好型并网的有效手段。针对架空线路易发生故障的问题,采用对称双极主接线并配置直流断路器是其主要解决方案之一。该文基于双极接线方案运行方式灵活及直流断路器的故障清除能力,提出风电经架空线基于模块化多电平换流器的柔性直流输电(modularmultilevelconverterbased high voltage direct current,MMC-HVDC)并网的直流故障穿越协调控制策略。根据非故障极的功率转带能力,将故障清除后的不平衡功率分配划分为自消纳情景和非自消纳情景。针对自消纳情景,通过合理切换双极MMC的控制模式,可在提高非故障极功率转带能力的同时自主消纳不平衡功率,进而有效降低转移功率的影响范围;针对非自消纳情景,设计考虑风机转速约束的风电场超速减载协调控制策略,优化分配各风电机组承担的减载功率,充分利用其转子动能和捕获风功率的变化实现精确减载;同时通过控制模式切换使非故障极MMC自主运行于满载状态,减小单极退出运行对受端交流系统的影响。最后,基于Matlab/Simulink仿真模型验证所提直流故障穿越协调控制策略的有效性。     

风电-储能参与调频的高比例风电电力系统运行经济性分析

随着风电在电力系统中占比的提高,风电出力的不确定性使得电力系统的频率稳定问题日趋严峻,传统机组需要预留调频备用容量以应对负荷和风电不确定性所带来的频率波动,造成在负荷低谷时期弃风情况严峻的现象。变速风电机组通过减载的运行方式参与电网调频能够有效地缓解传统机组的调频压力。为此,首先基于可变速风电机组的超速控制以及桨距角控制方式,提出了风电机组在全风况下减载运行的控制策略。其次,构建了考虑风电-储能参与调频的风-火-储联合系统优化调度模型,基于机会约束条件设置系统调频备用约束,考虑风电动态减载参与调频的运行方式,对风电的减载率进行优化。最后,通过算例验证了所提方法能够有效促进风电的消纳,提升系统运行的经济性。     

储能型风电场一次调频容量优化与风电功率协调分配

考虑到风电场与储能多方面的成本,提出了一种基于分层架构的风电与储能协同参与一次调频的容量优化方法及相应的风电功率协调分配方法。在系统规划层,基于多时间尺度模型,分析了全年风电场的运行特性和一次调频备用需求,通过机会约束规划配置储能容量,并通过对单个预测时段调频成本的优化,确定风电备用的最优减载率与储能调频最优出力;在风电场控制层,通过分布式控制将风电场减载需求按比例分配至不同风速的机组,无需集中控制器便实现了功率的协调分配。算例仿真结果表明所提方法能够在提高储能型风电场调频经济性的同时,使全风速工况的风机参与备用功率的协调分配。     

基于光伏减载的电力系统紧急降风险控制方法

光伏发电系统通常运行于最大功率点,难以在紧急条件下为电网提供功率支撑。受制于建设和运行成本,储能的大规模应用还难以实现,同步发电机占比的降低使得含高比例光伏发电的电网安全风险不断增加。为此,分析了光伏发电系统的功率特性和稳定运行条件,提出了通过光伏减载运行预留备用功率从而为电网提供紧急功率支撑的思想。进而分析了协议发电成本和风险成本的关系,建立了以同步发电机启停机计划、备用容量和光伏减载量为决策变量的两阶段降风险发电调度优化模型。提出了考虑光伏减载运行的电力系统降风险优化调度方法。最后利用IEEE RTS 24节点系统验证了方法的正确性。算例分析表明,该方法能够在降低电网功率不平衡风险的前提下获得最优的经济性,具有较好的实用性。     

电网限负荷条件下风电场一次调频策略

随着风电并网容量的增加,电力系统的调频、调峰问题日益突出,这就要求风电场应具备功率调节和频率调整的综合控制能力。根据风电机组的风速状况提出超速控制和桨距角控制协调的减载控制方案,使得预留的功率既可满足风电场的限负荷控制要求,也可作为风电场的调频备用。同时,根据风电场自身的运行状况整定风电机组的静态调差系数,并结合风场的功率分配策略,使风电场能在电网限负荷条件下尽可能地支持电力系统的频率调整。仿真结果表明,所提出的方法能满足电网限负荷指令,改善系统的调频特性,并缓解常规发电厂的调频压力,充分利用限负荷条件下的"弃风"资源。     

基于减载功率跟踪曲线切换的风电机组调频策略

变速恒频风电机组通过变流器并网后,机组转速不再与系统频率发生耦合,导致系统总的转动惯量不断下降,严重威胁到了电力系统频率稳定性。根据频率发生变化时减载后的功率跟踪曲线比例系数的变化,提出了一种基于减载功率跟踪曲线切换的风电机组调频策略,并对各风速区间减载控制的具体过程进行了详细的分析,根据给定减载指令和减载策略的不同,对风速区间进行划分,各风速区间采用不同的减载策略（低风速的超速点采用二分法,中风速采用变参考功率的思想,高风速采用牛顿法求解附加桨距角或给定减载功率）。仿真结果表明,所提调频控制策略在保证自身稳定运行的同时,能够提高电力系统的频率稳定性。     

基于减载系数变化的风电机组一次调频控制

风电机组参与电网一次调频对提高高比例风电并网系统的频率调节能力具有重要意义。分析风电机组传统一次调频控制下超速减载控制的功率跟踪曲线与下垂控制间的交互影响机制,结果表明该交互影响不能充分释放风电机组减载控制储备的备用功率,削弱了风电机组的调频能力;为了消除该交互影响,提出基于减载系数变化的风电机组一次调频控制策略,并给出一次调频参数设置方法。在PSCAD/EMTDC中搭建仿真算例,结果表明,所提控制策略能够很好地消除该交互影响,其频率改善效果优于传统一次调频控制。     

考虑储能容量优化的新能源场站AGC策略

建立了不同类型资源的频率响应模型,并验证了储能与新能源协同参与系统调频的可行性。研究发现,风电机组可采用虚拟惯量控制、下垂控制、综合虚拟惯量控制和桨距角控制等方式,而光伏发电可通过减载运行和并网变换器控制策略参与频率调节。提出了一种新的动态频率响应模糊控制策略,用于协同运行风能和储能系统,以显著提高电力站内系统的频率响应能力。同时,采用粒子群算法对储能容量进行了优化配置,进一步增强了系统的调频性能。考虑储能单元前功率、容量和电池荷电状态（SOC）等因素,研究了不同状态下储能单元间AGC指令的分配策略,并深入研究了新能源场站内风电机组和光伏逆变器之间的AGC指令分配方法。有望在清洁能源的推动下,确保电力系统的稳定性和可靠性,为电力系统的可持续发展提供了重要支持。     

变速变桨距风电机组的高风速变桨距控制

变速变桨距风电机组由于主要部件风轮机的高度非线性,导致在高风速下不能用常规的PI控制变桨系统.为解决该问题,对变速恒频顺桨调节类风电机组工作点进行了分析和研究,在高风速情况下采用了根据桨距角度的分段 PI 控制方式,在该方式的控制下,风轮机的变桨过程既能保证不同角度下的快速调整,又能保证 PI 控制系统的稳定性;并且最终通过自建的小功率风电试验平台,验证了分段 PI 控制方式的实现效果.试验数据验证了分析结果的正确性.     

Matching wind turbine generators with wind regime in Egypt

This paper presents a novel method of matching wind turbine generators to a site using turbine performance index (TPI) in conjunction with minimum deviation ratio (DR) between rated speed of wind turbine generator (WTG) and optimal speed and resulting in minimum cost of energy (COE). The methodology allows yielding higher energy production at higher capacity factor and minimum cost of energy. The wind speeds are parameterized using cubic mean cube-root and statistically modeled using Weibull probability density function. Normalized power (P_N) and capacity factor (CF) are expressed entirely in normalized rated speed. The plots of P_N, CF and TPI versus normalized rated wind speed are drawn for known values of Weibull parameters of a site. The proposed methodology for identifying optimum wind turbine generator parameters for two sites with installed WTG and two candidate locations for installation of WTG in Egypt are examined. The cost of energy (COE) and capital cost of WTG under different tower heights at the sites are also determined. The proposed methodology, if used at the planning and development stages of wind power stations, will serve as useful tool to make a judicious choice of a wind turbine generator that yields higher energy at higher capacity factor.     

A globally convergent wind speed estimator for wind turbine systems

An estimator of the wind speed of a wind turbine coupled to a generator is proposed in this paper. Wind speed enters into the generator dynamics through a highly nonlinear function; hence, we are confronted with a difficult problem of estimation of a nonlinearly parameterized system. To solve this problem, we use the technique of immersion and invariance, recently introduced in the literature. It is assumed that the rotor speed and electrical torque of the generator are measured, which is the case for the machines typically used in this application. The result is of interest for the design of controllers of maximum power extraction, where the knowledge of the wind speed is necessary to express the control objective as a speed tracking problem. Detailed computer simulations are presented to assess the performance of the proposed estimator.Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

风能资源及测风数据整理技巧

风电场区域范围内的风能资源蕴藏状况，是开发风力发电项目最基础的组成因素，能否充分地掌握其完整而可靠的资料，将是工程顺利的保证，项目成功和避免投资风险的关键所在。然而，预选风电场的风能资料，必须经历布点测风、数据(包含场外相关资料)收集、分析整理和汇总过程。如果某个环节出现缺陷和差错，资料的可靠性即将降低，项目的风险就大大增高，这是人们不愿意看到的结果，为此，从定义、要求、不利因素及技巧方面进行讨论，期望从根本上提高风力发电项目的可靠性和项目效益。     

考虑风电场布局以及风向角的风电功率预测

指出在对风电场功率进行超短期预测时,将风电场所有机组等值为一台机进行整体预测的不足之处,并通过预测实例的对比,验证了机组的不同布局方式对整体预测功率的影响。建立了考虑风向的风电场超短期功率预测模型,通过预测实例,证明风向对风电场整体功率出力具有较大的影响,显示出在进行风速预测的同时应进行风向预测以提高功率预测精度的重要性。     

Simulation of correlated wind speed and power variates in wind parks

In this paper, we develop a simulation procedure to generate realistic, synthetic wind speed variates for wind parks. These wind variates are defined by their marginal Weibull distributions and their auto- and cross-correlations only. In order to deal with these two types of correlation simultaneously, a vector auto-regressive (VAR) model is used. Power output variates are obtained by applying the nonlinear turbine power curves to the correlated wind speed samples. The complete procedure is illustrated through a numerical example with a few turbines. A comparison is established between real wind time series from a wind park and synthetic wind variates simulated with similar, estimated underlying parameters.     

风电机组风速功率特性曲线建模研究综述

风速-功率特性曲线是风力发电机组设计的基础,也是考核机组性能、评估机组发电能力的一项重要指标。介绍风速-功率特性曲线的定义、概念和基本特点,分别从参数方法、非参数方法、离散方法、随机方法 4个方面详细阐述风速-功率特性曲线建模的实现方法。分析建模精度的评价方法,提出目前风速-功率特性曲线建模遇到的问题以及需要进行深入研究的发展方向。     

基于风速升降特征的短期风电功率预测

为提高短期风电功率预测精度,提出了基于风速升降特征的短期风电功率预测方法。该方法分析风速上升或下降对风力发电的影响,根据风速升降特征,为风速添加标记值,增加训练样本维度,从而提高功率预测精度。用上海某风电场2014年9月至2015年9月数据对算法进行验证,并对比最小二乘支持向量机(LSSVM)、极限学习机(ELM)、遗传BP神经网络(GA-BP)三种方法的预测结果。实验结果表明,在风电功率预测中引入风速升降特征能够明显提高了模型的预测精度,适合风电场的短期功率预测。     

风电技术对风电产业发展的影响

大规模的利用风能等可再生能源已成为世界各国应对气候环境变化的重要议题。从16世纪人类利用风能抽水碾磨到21世纪利用风能发电、从单桨叶风电机组到多桨叶风电机组、从垂直轴风机到1957年第一台丹麦200kW的三桨叶上风向水平轴并网风电机组的诞生．人类利用风能的水平发生了翻天覆地的变化。     

风电场测风数据分析中有关问题的探讨

通过对大量测风数据的计算分析,对其中发现的问题进行了阐明。