适用于海上风电的多端口直流变电站及其主从控制策略

提出多端口直流变电站的拓扑结构,并建立了相应数学模型;该变电站可以实现不同类型、多电压等级的多送端海上风电场和多受端高压直流输电系统的互联,并实现直流潮流的集中调控。将多端口直流变电站应用于多电压等级海上风电并网,并提出多端口直流变电站的主从控制策略,利用直流变电站各端口的协调实现风功率波动时或任一端口故障时变电站的正常工作。最后,在PSCAD/EMTDC仿真平台中搭建了含多端口直流变电站的多端直流试验系统仿真模型,并针对所提出的主从控制策略进行了稳态仿真分析和故障仿真分析,结果表明该策略能够保证多端口直流变电站的稳定可靠运行。     

五端直流电网电压控制及功率分配策略

电压源直流电网适用于风力发电场并网及远距离电力输送,为保证直流电网电力传输的灵活性,研究人员提出了多种直流电压控制及功率分配策略。基于对直流电压偏差控制和直流电压下垂控制策略优缺点的分析,提出了一种新的控制策略。该控制策略可提高直流电网稳态运行时的电压精确跟踪能力,并实现主换流站退出运行后直流电网控制模式的平稳转换。基于PSCAD/EMTDC仿真平台,建立了含有1个大型海上风电场和4个陆上交流系统的五端电压源直流电网平均值模型,通过对比风功率波动、主换流站退出运行等不同场景下直流电网的稳态、暂态特性,验证了所提出控制策略的有效性和优势。     

应用于并网风电场的有源型电压源直流输电系统控制策略

风能是一种间歇性能源,大容量风电并网对电网的运行造成了影响,这些问题将制约风力发电的进一步发展。研究利用有源型电压源直流输电技术,解决大容量风电的波动对电网带来影响的问题。通过对有源型电压源直流输电技术的分析,提出将储能单元的充放电功率与其参考值的偏差作为直流电压控制的附加信号的控制策略。通过控制并联在有源型电压源直流输电系统的储能单元的充放电功率,补偿风电的功率波动,从而使风电场注入到电网的功率稳定。仿真结果验证了该控制策略的可行性。     

海上风电场运用柔性直流方式并网的无功控制研究

海上风电已成为我国沿海地区风电发展的趋势,为提高发电效率,海上风电场单机容量不断增大,风电场离岸距离从近海逐步向50 km外的深海拓展。由于大部分深海风电场采用柔性直流方式(VSC-HVDC)集中并网,电压管理与无功控制必须从电网、电源两方面着手,增强风电场、电网调压灵活性。本文针对柔性直流接入的大型海上风电场的无功规划及其控制策略开展研究。在不同接入容量的海上风电场群中通过采用推荐的无功控制方案,可以有效地改善风电集中区域电压运行质量,提高电网电压稳定水平,减少风电由于电压波动导致的大规模脱网的发生。     

含DC-DC变换器的直流电网拓扑结构及其运行控制

结合中国陆上和海上新能源地域分布的特点,给出了一种适用于中国未来直流电网发展趋势的含DC-DC变换器的多电压等级直流电网拓扑结构,并对该拓扑结构的特点和优势进行了分析,提出了相应的系统启动、快速潮流分配、直流故障隔离和应对换流站退出运行的控制策略。通过PSCAD/EMTDC仿真软件建立了该直流电网的仿真模型,并对所研究的运行工况进行了仿真分析。仿真结果验证了所提出的控制策略可确保直流电网灵活可靠运行。     

基于变下垂系数的风电全直流输电系统一次调频协调控制策略

风电场经直流汇集-直流送出的风电全直流输电系统中,直流系统的存在会解耦风电场和受端电网的频率耦合,在传统控制策略下对受端电网频率支撑能力弱。为此,提出一种针对风电全直流输电系统的一次调频变下垂协调控制策略。首先,提出基于Logistic函数的电压-频率变下垂频率传递策略,以直流系统电压为媒介,建立起电网频率与风电场功率的耦合关系。基于该频率传递策略,构建了由受端换流站的变下垂虚拟同步发电机(virtual synchronous generator, VSG)控制、直流升压站的改进双闭环控制及风力发电机的变下垂减载控制组成的风电全直流输电系统一次调频协调控制策略,实现系统无通信传递频率并参与电网一次调频。最后,利用Matlab/Simulink软件搭建风电全直流输电系统仿真模型,在不同工况下进行仿真验证。仿真结果表明,所提控制策略能使风电场在不依赖远端通信的情况下实现对电网的一次调频,同时,有效减小了调频过程中直流电压的波动幅度。     

辅助经VSC-HVDC并网的海上风电场故障穿越的动态制动电阻参数设计与控制策略

目前海上风电大规模远距离传输越来越多地应用基于电压源型换流器的高压直流输电系统（VSC-HVDC）。介绍了目前含VSC-HVDC的海上风电穿越岸上交流故障的研究方法,提出了一种利用动态制动电阻（dynamic braking resistor,DBR）抑制岸上交流故障期间直流线路的过电压,从而辅助风电场穿越岸上交流故障的改进控制方法,该方法能够无通讯地同时调节DBR功率和风电场输出功率。提出了能够满足直流过电压幅度和下降速度要求的DBR参数设计方法和控制策略。不同工况下的仿真验证了所提控制策略的正确性。     

海上风电–柔直并网系统自同步电压源控制与电网故障穿越

采用柔性直流输电技术送出是大规模海上风电的发展趋势。由于电流控制型的海上风电–柔直并网系统隔离了风电场的惯量,电压源控制方式成为应对新能源主导电力系统稳定运行的一种有效途径。现有海上风电–柔直并网系统的电压源控制研究多集中于控制实现与稳态特性方面,而针对该系统故障控制方面的研究十分匮乏。该文提出一种具备故障穿越能力的海上风电–柔直并网系统自同步电压源控制策略。在受端换流器中,通过子模块能量与同步发电机转子的类比及直流侧的解耦控制,兼顾了对直流母线电压的灵活控制和对电网频率的无锁相环自同步,并改善了通过直流母线电压向送端换流器传递电网频率时的抗扰性能。送端换流器从直流电压中提取电网频率并镜像到其交流侧,辅助海上风电场实现对电网的惯量响应。进一步地,设计受端换流器的电网故障穿越策略,在实现对输出电流限幅的同时,确保了受端换流器的功角稳定。最后,在PSCAD/EMTDC软件中通过仿真验证所提控制方法的有效性。     

风电场VSC-HVDC并网不平衡运行改善控制策略

风电场柔性高压直流输电(VSC-HVDC)系统交流不平衡运行时,并网输出功率存在二倍电网频率波动,并网电压、电流波形畸变,恶化风电场并网的电能质量。为改善风电柔性高压直流输电系统在交流不平衡状况下的并网性能,针对双馈风电场侧交流不平衡运行状况提出了一种改善控制策略。该改善控制策略在计及相关平波电抗器、变压器等值阻抗影响的基础上,建立了风电场VSC-HVDC系统不平衡运行数学模型,并提出基于正负序双dq解耦轴系下的正负序控制给定电流策略。最后,通过Matlab/Simulink仿真平台对比仿真引入改善控制策略前后的系统运行性能,对比结果表明所提改善控制策略可以有效抑制风电场并网功率波动,改善系统并网电压、电流波形。     

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。     

电网电压不平衡时全功率风电并网变流器的控制策略

电网电压不平衡条件下,电压负序分量将导致直驱式永磁同步风电机组(permanent magnet synchronous generator,PMSG)全功率并网变流器的直流侧电压出现2倍电网频率的谐波,长期处于此工况下将显著影响直流侧电容的使用寿命,危及机组的稳定运行。建立了电网侧变流器的数学模型,在计及并网阻抗对有功功率影响的基础上,提出了一种以增强直流侧电压稳定性为目标的控制策略。其中,电网侧变流器正负序电流指令通过保证直流侧电容及并网电抗器之间无2倍频振荡的有功功率流得到,指令的计算无需求解复杂的高阶矩阵,也没有引入更多的变量。由直驱式永磁同步风电机组的仿真结果验证了所提出的电压控制策略的有效性。与传统的平衡控制策略相比,这种控制策略能在实现直流侧电压稳定控制的同时,使输出至电网的有功功率2倍频波动得到有效抑制,提高了该型机组不平衡电网电压条件下不间断安全稳定运行能力。     

含风电接入的省地双向互动协调无功电压控制

为应对规模化风电接入对电网无功电压运行和控制的影响,结合现场实际,提出并实现了一种跨电压等级风电汇集区域风电场与传统电厂的无功电压协调控制方法。在控制中心内,研究并提出计及风功率波动和电网N-1安全约束的敏捷电压控制方法,该方法通过控制周期和控制模型的自适应调整,充分挖掘省调直控风电场的无功电压调节能力,抑制风电波动对电网电压的影响,保留足够的传统发电机动态无功储备。在控制中心间,研究并提出计及风电场调节能力的省地双向互动协调控制方法,通过地区电网内风电场与地调直控变电站的协调控制,发挥地调直控风电场的调节能力,减少地调直控变电站的电容电抗器动作次数,通过省地双向互动协调,协调省地双方无功调节资源,支撑末端地区电网电压,提高电网整体运行的安全性和经济性。所研发的实际控制系统已在江苏电网应用,仿真运行和实际闭环结果证明了该方法的有效性。     

基于DC-GRID的海上风电场控制策略研究

提出了基于直流传输的海上风电场系统的控制策略,同时建立了基于DC-GRID的海上风电场系统模型。系统由永磁同步风机机组、离岸全桥直直变换器、岸端逆变器组成。各个永磁同步风电机组分别并联在高压大功率全桥DC-DC上,由升压后经过直流传输到岸端VSC之后,经逆变到适合交流电网传输的电压后并网。控制策略以及系统模型由MATLAB/SIMULINK仿真验证。     

全功率笼型异步风电系统低电压穿越控制策略

随着风电装机容量不断扩大对风电场的低电压穿越能力提出了更为严格的要求,而传统的笼型异步发电机组本身并不具备低电压穿越能力。本文针对全功率变流器的笼型异步风电机组,在深入研究该机组的运行特性和控制策略的基础上,分析了电网电压跌落过程中引起全功率变流器直流侧电压波动的原因,提出了一种基于功率跟踪优化和网侧无功优先输出的控制策略。在电网电压跌落时,该控制策略根据网侧变流器的功率变化切换功率跟踪曲线以减少发电机的有功输出,抑制直流侧过电压。同时,根据国网公司并网技术规范要求,电网无功电流以及电网电压的跌落深度时迅速向电网提供无功,提升电网电压。仿真结果表明该控制策略可以有效抑制直流侧电压的波动,提高了笼型异步风电机组的低电压穿越能力。     

大规模风电接入的特高压混合级联直流系统送端无功协调控制策略

随着新能源发电占比的不断提高,特高压直流输电系统的送端电网强度变弱,送端交流系统可能存在电压质量较差的问题。为提高送端弱交流系统的电压质量,基于大规模风电接入的特高压混合级联直流系统,提出了滤波器与模块化多电平换流器(modularmultilevelconverter,MMC)协调参与送端电网调压的无功协调控制策略。分别分析了该级联直流系统的运行特性、滤波器的无功控制原理以及MMC在不同运行工况下影响其无功支撑能力的因素。针对MMC在过载的运行工况下对弱交流系统无功支撑能力较弱的问题,提出了一种MMC直流电压自适应控制策略,根据MMC传输的有功功率调整其直流电压,以扩大MMC的无功功率极限。仿真算例表明,所提无功协调控制策略能够有效支撑送端弱交流系统的电压,提高送端交流系统的电压质量。     

分频海上风电系统的不对称故障穿越控制EI北大核心CSCD

该文提出分频海上风电系统的不对称故障穿越控制策略。首先,介绍分频海上风电系统的基本结构与运行方式。其次,根据关键变频设备模块化多电平矩阵式换流器(modular multi-level matrix converter,M^(3)C)的数学模型,揭示电网电压不对称时M3C的运行特性,并提出分频海上风电系统的故障穿越控制策略。该策略在M3C双αβ0坐标变换控制的基础上,改进桥臂间均压控制策略,并引入M^(3)C-风电场联合电压–频率–功率下垂控制实现风电场减出力。最后,在MATLAB/Simulink中搭建分频海上风电系统电磁暂态仿真模型,对所提出的控制策略进行验证。仿真结果表明:提出的故障穿越控制策略能够在保证M3C运行安全的同时,满足风电场功率外送需求,实现风电场对工频系统的无功支撑目标。     

基于二极管不控整流单元的远海风电低频交流送出方案

远海风电场凭借其丰富稳定的风能资源成为未来风电发展的主要趋势。目前已投运的远海风电送出工程大多采用柔性直流输电技术,其投资成本较高。为此,提出一种基于二极管不控整流单元（diode rectifier unit, DRU）的远海风电低频交流送出方案。该方案取消了海上换流器平台,采用DRU代替常规交-直-交变频器中的低频侧换流器,能够有效降低工程的投资成本和运行损耗。由于DRU不具备主动控制能力,提出适用于远海风电低频交流送出系统的风电机组控制策略,其中机侧换流器采用定直流电压控制,网侧换流器则在全局统一参考坐标系下同时实现最大功率跟踪控制和交流侧电压控制。最后,通过PSCAD/EMTDC进行算例仿真,对风电功率波动、陆上交流电网三相短路故障和海上交流电网三相短路故障等典型工况下的系统响应特性进行研究,验证所提方案的可行性。     

基于储能装置的柔性直流输电技术提高大规模风电系统稳定运行能力的研究

大规模风电集中接入电网对直流输电技术提出了更高的要求。为此,提出了基于储能装置的柔性直流输电并网传输系统拓扑结构。根据dq同步旋转坐标系下VSC-HVDC(Voltage Source Converter HVDC)系统的数学模型,设计了相应的换流器直接电流控制策略。其中送端换流站解耦控制器实现了风电场输出有功功率和无功功率的独立控制,受端换流站采用将储能装置充放电功率偏差值作为直流电压控制器附加信号的控制策略。最后,以配备双馈风电机组的风电场经柔性直流输电系统接入电网进行仿真分析,针对风电场在噪声风引起的输电功率波动、受端换流站侧交流系统短路故障等情况进行仿真验证,结果表明该控制方案有效可行。     

基于VSC-HVDC的风力发电系统低电压穿越协调控制

提出一种适用于通过VSC-HVDC系统并网风电场的低电压穿越协调控制策略。建立高压直流输电线路和风电场的模型,分析电网故障期间系统的工作原理。低电压穿越期间,通过HVDC两端变流站提供无功支持,并采用基于电压控制的快速功率降低算法控制风电场馈入功率,维持直流系统功率平衡;对风电机组功率控制进行改进,提出分层控制与HVDC控制相协调,保持风电机组的电压稳定。算例仿真结果验证了该控制策略的快速性和有效性。     

VSC-MTDC系统变截距直流电压下垂控制策略

针对用于风电场并网的多端柔性直流输电系统,提出一种变截距直流电压下垂控制策略。该策略通过设定新的功率参考值改变截距实现直流电压-有功功率特性调节曲线的平行移动,进行电压的调整,可将系统的直流电压控制在允许的运行范围内。若风电功率在一段时间内保持平稳,系统达到稳定运行的状态,该策略可消除电压偏差,将直流电压调节回额定值。以一典型的五端直流输电系统为例,利用EMTDC/PSCAD电磁暂态仿真验证了该控制策略的正确性,结果表明所提控制策略适用于功率频繁变化的含风电场的VSCMTDC系统。