超导储能装置应用于风电场平滑功率输出的研究

建立了风电机组和超导储能(superconducting magnetic energy storage,SMES)装置的数学模型以研究SMES对并网风电场运行稳定性的改善。针对风电系统中经常出现的联络线短路故障和风电场的风速扰动,提出利用SMES安装点的电压偏差作为SMES有功控制器的控制信号的策略。并搭建了风电场接入电网后的仿真模型,对实例系统进行的仿真计算结果表明,SMES采用该控制策略,不仅可以在网络故障后有效地提高风电场的稳定性,而且能够在快速的风速扰动下平滑风电场的功率输出,降低风电场对电网的冲击。     

含风电-SMES的电力系统暂态稳定概率评估

大规模风电并网给电力系统的稳定运行带来了新的挑战,储能是应对这一挑战的技术之一。以超导磁储能(SMES)为例,提出了含风电-SMES储能的电力系统暂态稳定概率评估方法。首先搭建了一个含有风电和储能的仿真测试平台,其中：风电场采用双馈型风力发电机等值模拟,储能的模型采用SMES的三阶模型。在此基础上,研究了含风电和SMES的电力系统暂态稳定概率评估的方法,重点考虑了故障扰动和风速波动等随机因素,故障扰动包括故障位置、故障类型、故障持续时间以及重合闸成功与否等。基于二分法和蒙特卡罗仿真,量化了系统失稳的风险,建立了风电场的渗透率、储能容量和系统稳定性之间的定量关系。最后,结合SMES的技术经济性分析,给出了最优储能容量计算方法。     

风速扰动情况下的风电并网电压稳定性研究

对风电场接入地区电网后的电压稳定性进行了仿真研究.对实际电网进行仿真计算,通过风速扰动及改变风电场接入系统的阻抗值,比较系统电压暂态稳定性的程度,并得出地区电网在风电接入后的电压稳定性结论.     

SVC对并网型风电场运行性能的影响分析

建立了风力发电机组和静止无功补偿器SVC的数学模型,并利用MATLAB/Simulink软件搭建了风电场接入电网后的仿真模型,针对风电系统中经常出现的联络线短路故障和风电场风速扰动,通过仿真计算表明,SVC不仅可以在常见的扰动下有效地提高风电场的稳定性,而且能够在快速的风速扰动下平滑风电场的有功功率输出,降低风电场对电网的冲击。     

超导储能系统提高风电场暂态稳定性研究

应用超导储能系统(SMES) 对提高风电场的暂态稳定性进行了研究。在深入研究超导储能系统运行原理的基础上,建立了基于电压型换流器(VSC)的超导储能系统模型,实现了有功功率和无功功率的解耦控制,并提出了有功、无功功率综合控制策略。利用PSCAD/EMTDC软件进行了仿真计算,结果说明超导储能系统不但能够在风速波动时平滑风电场的功率输出,而且能够提高风电系统的暂态稳定性。     

静止同步补偿器在风电场的应用研究

建立了恒速异步风电机组和静止同步补偿器(STATCOM)的数学模型,使用Matlab中的动态仿真工具Simulink建立风力发电机组和STATCOM的仿真模型。以包含风电场的单机无穷大电力系统为例进行仿真分析,验证了STATCOM对风电场暂态电压稳定性的贡献。研究结果表明:风速小扰动和三相短路的大扰动故障时,STAT-COM能够有效帮助恒速异步风电机组在故障后恢复机端电压,从而改善风电场的暂态电压稳定性,确保风电机组连续运行。     

变动风速作用下风电场对电网电压的影响分析

大规模风电场并网运行,在风速扰动过程中其输出功率的变化将对系统潮流产生影响。当遭受快速的风速变化时,不但需要考虑风电机组在风电场内的布置,而且还需要应用风电机组的动态模型来进行仿真计算。本文建立了以风速作为输入量的双馈变速风电机组的动态模型,并对风电场的等值方法作了简单介绍,最后以某实际电网接入风电工程为例,对风速扰动下风电场对电网电压的影响分析方法进行了说明。     

江西大型风电场动态稳定研究

风电机组在并网运行中会经受各种各样的扰动,风电机组承受扰动的能力是风电机组的重要特性之一,风电场装机容量越大,其并网运行对电网将造成的影响越明显。以江西电网为背景,以装机容量250 MW采用永磁直驱风机的钓鱼台风电场为算例,从电网发生大扰动故障以及风速变化扰动两个方面对系统进行动态稳定仿真。研究结果表明,系统发生短路故障后能够恢复到稳定运行状态;在风速变化扰动下风电场能够保证并网点电压波动满足规程的要求。     

风电集中并网运行对系统电压稳定性的影响研究

风力资源的不确定性和风电机组本身的运行特性使风电机组的输出功率随之变化,对电力系统来说相当于一个大的扰动。随着风电穿透功率的逐步增加,大规模风电并网运行的电压稳定性问题亟待研究。利用Matlab/Simulink建立风电场仿真模型,详细分析了不同风速模型、风电场装机容量及短路故障切除时间下风电场对电压稳定性的影响。把静止同步补偿器(Static Synchronous Compensator,STATCOM)应用到风电场中,仿真结果表明,STATCOM可以改善风电场的电压稳定性,提高了风电机组的低电压穿越能力,确保风电机组连续运行及电网安全稳定。     

并网型风电场无功补偿问题的探讨

为解决风电场并网运行存在的电压稳定问题,通过对风电机组无功电压特性的研究,提出了风电场无功补偿容量的不同计算方法。结合风电场无功需求的特点,确定并分析了带有FC的TCR型无功补偿器(SVC)的原理及特性,并利用MATLAB/Simulink软件搭建了风电场接入电网后的仿真模型。针对风电系统中经常出现的联络线短路故障和风电场风速扰动,通过仿真计算表明SVC能够在常见的扰动下提供动态的电压支撑,能有效地提高风电场的稳定性,降低风电功率波动对电网电压的影响,改善系统的运行性能。     

改善基于双馈感应发电机的并网风电场暂态电压稳定性研究

提出了改善基于双馈感应发电机的并网风电场暂态电压稳定性的措施以实现风电场的低电压穿越(low voltage ride through, LVRT)功能。目前，大部分基于双馈感应发电机的变速风电机组不具有故障情况下的暂态电压支持能力，当电网侧发生严重短路故障时，风电场的暂态电压稳定能力会影响到电网安全稳定。该文在DIgSILENT/PowerFactory中建立了具有暂态电压支持能力的变速风电机组转子侧变频器控制模型及用于故障后稳定控制的桨距角控制模型，通过包含风电场的电力系统仿真计算验证了模型的有效性及其对风电机组和电网暂态电压稳定性的贡献。仿真结果表明，当电网侧发生三相短路故障时，风电机组转子侧变频器暂态电压控制能够控制风电机组发出无功功率支持电网电压；桨距角控制能有效降低变速风电机组机械转矩，避免出现风电机组超速及电压失稳。得出结论：采用变频器暂态电压控制及桨距角控制能够改善基于双馈感应发电机的并网风电场的暂态电压稳定性，确保风电机组低电压穿越(LVRT)功能的实现及电网安全稳定。     

超导储能系统改善并网风电场出力的仿真研究

为了研究超导储能系统在改善并网风电场出力的作用,利用PSCAD仿真软件搭建了风电场模型、超导储能模型和4机12节点电力系统多机模型。研究了在多机模型下3种风速变化,以及在短路情况下,超导储能装置在并网风电场中所起的作用。结果表明,超导储能装置可以很好地抑制风电场的出力波动,从而使整个系统在多机、短路等情况下能更为稳定地运行。     

双馈风电场群短路电流计算与故障分析方法

由于风电场群内各风电场的暂态特性存在较大差异,且各风电场及系统间存在较强的耦合关系,这些因素增加了风电场群接入后电力系统故障分析的复杂度。基于变流器的输入-输出外特性等值了变流器的数学模型,进一步给出了计及变流器控制影响的双馈风电机组暂态模型,分析了低电压穿越控制策略对短路电流的影响机理,并建立了双馈风电机组的短路电流计算模型。分析了故障期间风电场间的相互影响机理,提出了双馈风电场群的短路电流计算方法。采用RTDS建立含双馈风电机组实际控制器的物理实验平台,验证了所提出的双馈风电场群短路电流计算方法的准确性。在此基础上对双馈风电场群接入后的电网故障分析方法进行了探讨与分析。     

多风区接入对系统小干扰稳定性影响分析

随着国家对风资源的大力开发利用,大量的风电场需要接入电网.风电场接入电压等级也从最初的配电网发展到高电压等级的输电网,风力发电对电力系统稳定性的影响越来越大,其中风电对系统的小干扰稳定性不容忽视.各风区之间通过主网互联,导致风力发电对系统稳定性的影响不仅仅是单个风场.还包括该风区多个风电场以及整个电网多风区风电场的影响.通过对单风区多风电场以及多风区多个风电场出力变化的分析研究,表明风电场对系统小干扰稳定性影响情况主要表现为系统的振动模式及振动特性.运用PSASP程序对中国新疆地区的典型电网仿真,验证了研究结论.分析结果对风电接入、风场运营和电网规划具有重要的参考价值.     

大容量风电场接入后电网电压稳定性的计算分析与控制策略

由于风电场容量较大,并位于电网末端,可能会对电网的电压稳定性产生较大的影响。为保证风电场投入后的安全,按大干扰下风功率的转换特性及异步发电机的运行特性建立了风电场与相关电网的数学模型,计算了风电场与相关电网发生短路故障后的电压稳定性。通过数值仿真计算,揭示了风电场接入导致电网电压稳定性被破坏的机理,指出机组转速是影响风力机和异步发电机这两个能量转换器工作特性的关键参数,控制风电场内风机的速度增量是保持大容量风电场接入后电压稳定性的关键,靠近故障点的风电单元容量、故障点位置和故障持续时间是影响短路后电压稳定性的主要因素,并提出了大容量风电场接入后保证电网电压稳定性的策略与措施。     

A developed control strategy for mitigating wind power generation transients using superconducting magnetic energy storage with reactive power support

The fast variations of wind speed during extreme wind gusts result in fluctuations in both generated power and the voltage of power systems connected to wind energy conversion system (WECS). This paper presents a control strategy which has been tested out using two scenarios of wind gusts. The strategy is based on active and reactive powers controls of superconducting magnetic energy storage (SMES). The WECS includes squirrel cage induction generator (SCIG) with shunt connected capacitor bank to improve the power factor. The SMES system consists of step down transformer, power conditioning unit, DC–DC chopper, and large inductance superconducting coil. The WECS and SMES are connected at the point of common coupling (PCC). Fuzzy logic controller (FLC) is used with the DC–DC chopper to control the power transfer between the grid and SMES coil. The FLC is designed so that the SMES can absorb/deliver active power from/to the power system. Moreover, reactive power is controlled to regulate the voltage profile of PCC. Two inputs are applied to the FLC; the wind speed and SMES current to control the amount active and reactive power generated by SMES. The proposed strategy is simulated in MATLAB/Simulink®. The proposed control strategy of SMES is robust, as it successfully controlled the PCC voltage, active and reactive powers during normal wind speeds and for different scenarios of wind gusts. The PCC voltage was regulated at 1.0 pu for the two studied scenarios of wind gusts. The fluctuation ranges of real power delivered to the grid were decreased by 53.1% for Scenario #1 and 56.53% for Scenario #2. The average reactive power supplied by the grid to the wind farm were decreased by 27.45% for Scenario #1 and 31.13% for Scenario #2.     

超导储能单元在并网型风力发电系统的应用

风力发电系统发展的趋势是将风力发电机组直接与高压电网相连（简称并网型风力发电系统）。但风速变化造成风力涡轮机械功率变化,会使发电机输出的有功和无功产生波动,从而使电网的电能质量下降。该文提出使用超导储能SMES（super conducting magnetic energy storage system）单元使风力发电机组输出的电压和频率稳定。文中详细介绍了SEMS的调节原理及其最优控制方法,建立了SEMS模型和加入SMES后系统的线性化仿真模型,采用基因算法求最优反馈矩阵,并借助MATLAB软件包设计控制器,仿真结果表明SMES单元对并网型风力发电系统中风力发电机的输出稳定具有极大的改善作用。     

风力发电机组并网运行对电网运行的影响

随着风电场接入电网的容量越来越大,风力发电机组并网运行会对电网安全稳定运行带来不同程度的影响。分析了政府管理对风力发电发展的推动作用,通过建立风力测量及功率预测系统、配置有功功率控制系统等来提高对风电场的运行管理水平,讨论了风电机组并网运行对调度管理的影响,并提出了电网接纳大容量风电场的应对措施。