基于双馈型风力发电机组并网技术概述

主要介绍双馈型风力发电机组结构以及风电并入系统相关问题的研究,包括风电并网对电压的影响、对电能质量的影响、对电网稳定性的影响以及对发电规划和调度运行的影响等。     

考虑风电机组电压均衡性的风电场无功优化策略

双馈风电场的拓扑结构对风电场电压的调控有较大影响,因此提出计及风电机组无功调整时机组机端电压偏差的无功优化方法,首先分析风电场内馈线电压、无功分布对机组机端电压的影响,建立以风电场并网点电压和机端电压偏差最小为目标的无功优化模型,然后利用网络分析法-智能粒子群法对所建模型求解。最后,以新疆某实际风电场为例进行仿真验证仿真。结果表明,该控制方法可增强风电并网点电压的稳定性,降低风电场内机组机端电压的偏差,提高风电并网的可靠性。     

大容量风电场对新疆电网暂态稳定影响灵敏度分析

现阶段新疆电网结构较为薄弱,风电比例又比较大,风电对新疆电网稳定的影响日益增大。应用电力系统综合程序分析研究达坂城风电一场和二场以不同方案接入对新疆电网稳定性的影响,分析比较了网内大机组切机、联络线三相短路故障情况下全网机组功角、电压、频率变化,风电场出力变化,联络线功率变化,以及故障极限切除时间和暂态稳定的裕度。研究表明,达坂城风电场目前的接入方案不会对电网稳定运行产生实质性影响,而且如果将达坂城风电场改接达坂城变电站将更加有利于电网的稳定运行。     

基于DIgSILENT的风电场并网无功补偿策略研究

由于单独的风电机组直接接入电网会导致电网电压稳定性降低,国内风电场一般会在并网点低压侧加装动态无功补偿装置来控制并网点处的电压水平。基于DIgSILENT软件分别建立鼠笼式和双馈式风电场并网模型以及静止同步补偿器模型,通过在并网点低压侧和高压侧分别配置静止同步补偿器后进行电网故障仿真,并与风电场不配置无功补偿装置时的仿真结果进行对比分析,结果表明:风电场在配置静止同步补偿器后,电网电压稳定性大幅提升;在并网点高压侧配置较低压侧在电网发生故障时并网点处电压波动范围更小,恢复至正常水平所需时间更短。     

全功率变流器永磁直驱风电系统低电压穿越特性研究

随着风电机组安装容量的不断上升，风电系统在电网故障情况下的运行变得尤为重要，电网导则要求风电机组在电网电压瞬间跌落一定范围内不脱网运行。针对使用背靠背全功率变流器的永磁直驱风电系统，提出一种在电网电压瞬间跌落情况下不脱网运行的方法。电网发生电压瞬间跌落时，网侧变流器运行在静止无功补偿（STATCOM）模式，依据电网电压跌落的深度决定发出无功电流的大小，通过快速提供无功电流来稳定电网电压，实现直驱型风电系统的低电压穿越功能。仿真和实验结果表明电网电压故障时使直驱风电系统运行在STATCOM模式可以有效提高低电压穿越能力。     

基于直流电网的非并网风电系统及其控制策略

大规模非并网风力发电理论避开了风电并网的技术难题。文中针对大规模非并网风电系统,采用一种基于直流电网的系统结构,具有能量转换过程少、结构简单、损耗低和可靠性高等优点。针对文中所述的直流电网,提出了电压分级控制策略,该控制策略不仅可以保证低风速时用电负载的正常运行要求,而且大大降低了风电系统与电网的功率交换,减小了风电对电网的影响。用Saber软件建立了仿真模型,仿真结果验证了文中提出的基于直流电网的非并网风电系统及其功率控制策略的可行性。     

电网故障时永磁直驱风电机组的低电压穿越控制策略

为提高永磁直驱风电机组所并电网的运行稳定性,研究电网故障下永磁直驱风电机组的运行特性以及提高其低电压穿越运行能力,文中提出一种适用于采用双脉宽调制变换器并网的永磁直驱风电机组的低电压穿越运行控制方案。通过在电网故障时限制发电机的电磁功率来限制输入至直流侧电容和电网侧变换器的功率,通过在电网故障时采用考虑发电机功率信息的网侧变换器电流闭环控制来实现直流链电压稳定控制,从而有效实现发电系统的低电压穿越运行。系统仿真结果表明,所提出的控制方案无需增加硬件保护装置,在电网对称及非对称故障下均可有效实现永磁直驱风电机组的低电压穿越运行。     

大规模非并网风电系统开发与应用

风电并网是目前世界上大规模风电场的唯一应用方式，但由于风的高度不稳定性，导致风电大幅度波动，风电在电网中的贡献率难以超过10%。文中介绍了大规模非并网风电直接应用的原创性思路，即大规模风电不并入电网，直接应用于一系列能适应风电特性的终端用户。非并网风电系统中的风力机较常规风力机结构得到优化、风能利用效率显著提高、大幅度降低风电成本，并阐述了下一步需要解决的问题和研究方向。     

电网短路时交流励磁风电机组网侧变换器控制策略

电网短路故障时交流励磁用双脉宽调制（PWM）变换器应提供足够的励磁电压实现交流励磁发电机的不间断运行，要求双PWM变换器直流链电压在故障时波动较小。分析并提出一种电网短路故障时交流励磁风电机组电网侧变换器的控制策略，该方案在电压跌落时仅利用电流内环控制电网侧变换器，并于电压正常时采用带前馈的双闭环电压控制策略控制电网侧变换器。通过仿真验证了所提出的方案在电网短路故障发生和切除时稳定控制直流链电压的有效性，为故障过程发电机不脱网励磁控制奠定了基础，同时该方案也能有效保护直流侧电容及提高系统的稳定性。     

无差拍控制提高变速异步风力发电系统的故障承受能力

变速风力发电机对于电网扰动、故障以及电网电压跌落非常敏感，当上述情况发生时风力发电机将从电网切除，直到电网恢复正常才能重新投入运行。如何在电网发生扰动时保持风力发电机的正常运行是一个有挑战性的课题。未来的电网规范甚至要求在电网发生故障时风力机组仍能保持运行，这就要求必须安装保证风电机组低电压运行的控制装置。文中针对采用全载换流器与电网进行连接的异步风力发电机组提出了相应的风电机组低电压控制器及控制策略，无须进行硬件改造即可实现电网故障情况下风电机组不退出运行。其中，风电机组电气子系统控制器基于无差拍控制策略进行设计。算例给出了300 kW的风电机组在30%电压跌落情况下的暂态过程，没有加入控制器之前风电机组将停机，加入之后则可以保持运行，验证了所提方法的正确性。     

永磁直驱风电系统低电压运行特性的分析

通过构建永磁直驱风电系统的仿真模型，实现网侧变换器输出有功和无功功率的解耦控制，增加卸荷负载以提高其应对电压跌落等故障的穿越能力，对风电系统运行在单位功率因数、超前和滞后功率因数情况下的跌落特性进行了仿真分析，讨论了电压跌落期间风电系统对电网的无功支持。仿真结果表明，直驱式永磁同步电机风电系统具有较强的低电压穿越能力，可以安全运行在不同功率因数下，同时能在电网电压故障期间对系统提供一定的无功支持。     

计及时序递进的风电场多级无功电压协调控制策略

由于现行风电场汇集线路较长,缺少电源支撑、短路容量小,以及风电随机波动性的影响,风电场无功电压不协调问题进一步加深。针对这一问题,提出了考虑时序递进的风电场多级主从无功电压协调控制策略,并将该协调控制策略应用到新疆某地区风电场。通过无功电压协调控制方案现场试验可以发现,多级无功电压协调控制策略不参与动作时,并网点以及汇集母线处的电压较参与动作时的电压值明显偏大。     

基于雅可比矩阵的电压控制区域划分的改进

对应用比较广泛的电压控制区域（VCA）划分方法进行了改进，在传统的去除小元素法基础上，采用牛顿 — 拉夫逊法潮流雅可比矩阵中有功和无功对电压幅值偏导数的子矩阵之和进行VCA划分;然后，将各种拓扑变化对系统电压稳定性的影响进行排序，按从大到小的顺序用这些拓扑变化对得到的VCA分区进行修正，直到修正结果不再改变为止，从而得到了适用于各种拓扑结构下电压稳定性分析的分区。改进后分区的有效性在新英格兰10机39节点系统上得到了验证。     

直驱式风电机组建模及最大功率跟踪控制

针对新疆达板城风电场直驱式风力发电机组,采用高效大功率变流电路的拓扑结构,建立了直驱式风电机组数学模型和最大功率跟踪控制模型,应用基于BP算法的神经网络控制策略对风力机桨距角进行控制,达到了既能满足电网电能质量要求又能实现最大功率跟踪的目的。     

高压无功补偿装置在风电场的应用

由于风电的波动性和不确定性,随着接入点风电容量的提高,风电对区域电网的影响急待研究。国家电网公司明确规定应在风电场集中装设无功补偿装置。该文通过风电场实例,介绍风电场动态无功的配置,对比结果表明,静止无功发生器(SVG)是一种综合治理电压波动和闪变、谐波及电压不平衡的装置,对改善电能质量起到重要的作用。     

基于改进混沌蚁群算法的风电场无功电压协调控制策略

为改善及解决大型风电场接入电网后的局部电压稳定和无功裕度等问题,基于某风力发电场实际运行情况,建立了包含双馈风电机组(Double-Fed Induction Generator,DFIG)和静止无功补偿器(Static Var Compensator,SVC)的风电场无功功率协调模型,并提出了一种多目标且综合考虑两者之间协调配合的控制策略。该协调策略以风电场内各个节点的实时测量数据为基础,为满足算法的实时性要求,采用改进混沌蚁群算法求解包括风电场公共连接点(Point of Common Coupling,PCC)在内的各节点电压稳定度最好及总体无功裕度最大的多目标优化控制模型,改善PCC点母线在内的局部电网电压水平并且提高风电场内部无功裕度。以西北某风电场为例进行仿真,结果表明,无功电压协调控制策略能够较好地改善风电场的局部电压稳定性,且提高该区域的无功裕度。     

利用串联制动电阻提高风电场低电压穿越能力

风电场低电压穿越能力对电力系统的稳定性有着重要影响。介绍了利用串联制动电阻在电网故障时提升风电机组端电压并吸收过剩有功功率进而提高风电场低电压穿越能力的新方法，提出了基于转速 — 电压动态稳定域的制动电阻投切策略，针对基于恒速风电机组的典型风电场进行了低电压穿越稳定性仿真分析。理论分析和仿真结果表明，串联制动电阻能够可观地提高风电场的低电压穿越能力，其投切策略简单有效。串联制动电阻能减轻低电压穿越对桨距控制等其他措施的依赖，可用于改进现有风电场。     

兼顾接入地区无功需求的风电场无功控制策略

越来越多的风电并入电网后,对接入地区的电压影响也越来越大,为此,系统要求风电场能够对接入地区提供电压/无功支撑。文中提出了一种兼顾风电接入地区电压/无功需求的风电场无功控制方法。该方法以接入变电站低压侧电压作为控制电压,将风电场无功控制区分为正常控制区、异常控制区、紧急控制区和脱网控制区,并给出3种控制模式,即异常控制模式、紧急控制模式和故障控制模式。利用某一时段的控制电压平均值作为选择无功控制区的依据,并综合相邻2个时段的平均控制电压差值和接入变电站与风电场之间的通信情况选择无功控制模式。实际系统算例分析结果表明:所提出的方法能够合理调整风电场的输出无功功率,在很少的控制周期内将控制电压调整到合格范围,使一个测量周期内的平均电压合格,有效地为风电接入地区提供无功支持。     

福建省海上风电场接入问题的思考

该文简要阐述福建海上风电规划与电网概况,针对福建省海上大型风电场开发和并网存在的问题,从系统调峰能力要求、电压波动和闪变影响、继电保护影响、风电场接入系统电压等级选择等方面进行探讨,供参考。     

风电场汇集线路零序保护拒动事故分析

风电场汇集线路接地故障发生较多,零序保护拒动时将会扩大停电范围,甚至引发大面积风电脱网事故.基于某电网风电场在2016年至2019年间汇集线路零序保护拒动事故分析,并以两起典型事故作简要说明,针对其暴露出的问题从工程施工验收、设备运行管理、人员培训等三方面提出防范措施,以避免类似事故的发生.