超导限流储能系统的原理与有源限流仿真

基于限流集成原理与储能集成原理,共用一个超导磁体,将桥路型超导故障限流器(BSFCL)与超导储能系统(SMES)集成于一体,构成了超导限流储能系统(SFCL-MES).该系统解决了桥路型故障限流器不能限制故障电流稳态值以及超导储能在系统故障时的补偿容量过大的问题.所提出的SFCL-MES既可以限制故障电流峰值和稳态值,也可以补偿系统电压,提高了超导磁体的利用率.文中分析了SFCL-MES的有源限流的原理,给出了它的有源限流等效模型.在此基础上,提出了SFCL-MES的有源限流的2种实现方法:有源电阻限流和有源电压限流.在PSIM上对SFCL-MES有源限流的各种方式进行了仿真.仿真结果验证了它的可行性.     

双馈风电场感应发电机效应的风险区域变化机理

揭示了双馈风电场等效电阻随着双馈风力发电机转速和系统自然谐振频率变化的规律,提出应用等效电阻分析双馈风电场感应发电机效应危险区域的一种新方法。分析结果显示,双馈风力发电机感应发电机效应的危险区域在系统自然谐振频率对应转速的右侧区域附近。而且,随着串补度升高,系统自然谐振频率增大,双馈风力发电机感应发电机效应的危险区域向高风速区域移动。同时,随着串补度的增大,等效电阻的最小值也进一步减小,感应发电机效应更加剧烈。最后,在PSCAD仿真平台搭建了随机风速下整个运行区域的双馈风电场模型,用时域仿真法和Prony算法验证了上述分析结果的合理性。     

集成SMES和CS-SGSC的双馈型风力发电系统

双馈型风力发电机面临能量输出不稳定和低电压穿越能力弱2个主要问题。为了同时解决这2个问题,提出了一种集成超导储能系统和电流型串联网侧变流器的双馈型风力发电系统。该系统利用超导磁体作为能量储存和缓冲环节,提高了能量输出的稳定性;利用电流型串联网侧变流器实现了对定子电压的保护,提升了双馈型风力发电机的低电压穿越能力。仿真结果证明了该拓扑结构及其控制策略的有效性。     

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。     

基于电压补偿原理的超导储能一限流集成系统

基于电压补偿原理，将串联式超导储能系统和限流电抗器集成起来，提出了一种超导储能-限流集成系统（SMES-CL）。该系统不仅解决了限流电抗器带来的稳态无功压降问题，而且解决了串联式超导储能系统保护困难的问题。它既可以快速自动投入限制故障电流以保护整个变电站和自身，还可以对系统进行功率补偿以提高电能质量。文中分析了SMES-CL的集成结构，对于它的工作原理，包括稳态补偿原理和故障限流原理进行了讨论。在一个SMES-CL模型样机上进行了试验，验证了它的有效性。     

基于电压补偿原理的超导储能-限流集成系统

基于电压补偿原理,将串联式超导储能系统和限流电抗器集成起来,提出了一种超导储能- 限流集成系统(SMES-CL)。该系统不仅解决了限流电抗器带来的稳态无功压降问题,而且解决了串联式超导储能系统保护困难的问题。它既可以快速自动投入限制故障电流以保护整个变电站和自身,还可以对系统进行功率补偿以提高电能质量。文中分析了SMES-CL的集成结构,对于它的工作原理,包括稳态补偿原理和故障限流原理进行了讨论。在一个SMES-CL模型样机上进行了试验,验证了它的有效性。     

基于磁屏蔽型超导限流器的双馈感应风力发电机低电压穿越

风能并网导则要求并网风电机组需具备低电压穿越能力。针对双馈感应风力发电机在故障期间保持并网运行问题,提出一种磁屏蔽型超导限流器串于定子侧的解决方案。基于该限流器正常运行时阻抗极小、故障瞬间立即响应为一定阻抗,结合短路故障分析,建立限流器物理仿真模型,并对低电压穿越指标进行数学推理分析论证。该限流器可以减弱定子磁链暂态分量的冲击,改善转子过电流,削减电磁转矩振幅与振荡时间,整体提高双馈感应风力发电机故障穿越能力。最后通过Matlab/Simulink仿真验证该限流器的有效性。     

面向风电并网运行稳定性的SMES-FCL控制策略研究

针对双馈风电机组存在低电压穿越能力弱和功率输出不稳定的问题,构建和分析了适合于双馈风电机组并网的超导储能—限流系统(SMES-FCL),实现了储能和故障限流双重功能。针对含SMES-FCL的双馈风电机组并网系统的非线性特性,将模糊PI(Fuzzy-PI)控制策略引入SMES-FCL逆变器的电压电流双闭环控制系统,并实现与斩波器的协调控制,克服了传统PI控制参数整定困难且控制鲁棒性差的不足。在MATLAB/Simulink环境下建立了含SMES-FCL的双馈风电机组并网系统的仿真模型,分别对电网正常运行和外部短路故障多种场景进行了仿真分析。仿真结果表明本文所提方法不仅能改善双馈风电机组并网的输出功率平稳问题,而且还能改善其低电压穿越能力。     

双馈式风力发电机与VQC的电压无功协调控制方法研究

在对双馈式风力发电机网侧交流器有功无功解耦控制与变电站电压无功综合控制装置VQC工作原理及控制策略掌握的基础上,以含双馈式风力发电机的并网风电场为主要研究对象,提出一种基于十三区图控制策略的双馈式风力发电机与VQC协调控制方法,并且通过仿真软件搭建双馈式风力发电机与VQC协调控制系统的仿真模型验证了该控制策略的有效性和可行性.     

不同类型风电场对电网暂态稳定性的影响

研究了采用笼式和双馈式感应发电机的大规模风电场接入对电力系统暂态稳定性的影响。从理论上分析了笼式和双馈式感应电机的稳定机理;基于不同风电场和相关电网的数学模型,计算了电网发生故障后以故障临界切除时间表征的系统暂态稳定性;通过仿真计算,揭示了不同类型风电场对电网稳定性的影响,验证了理论分析结果。最后得出结论:笼式机组风电场的接入由于吸收无功而削弱了系统的稳定性;双馈式机组风电场接入对系统稳定性的影响,主要取决于接入点、电网结构、运行方式、故障类型等多种因素,其稳定性必须经具体的仿真计算才能确定。     

改善连锁脱网的风电场群电压无功紧急控制策略

针对大规模风电场动态电压问题可能导致的连锁脱网事故,首先分析并仿真验证了风电场连锁脱网的演化机理及时空特性;在对风电场内的无功源及双馈风电机组的调节特性进行分析的基础上,提出了协调静止无功补偿器(SVC)和双馈感应发电机(DFIG)机组的电压无功紧急控制策略,控制的原理是利用DFIG的有功、无功解耦控制,在故障时由SVC和风电机组共同输出容性无功功率,提高故障中的风电机组端电压,同时对DFIG的有功功率进行限幅;故障清除后,风电机组依据电压情况迅速输出一定的感性无功功率,以抵消SVC的滞后效应。仿真结果表明,所提紧急控制策略能够很好地抑制大规模风电场的连锁脱网事故。     

采用改进下垂控制和双层无功优化的风电场无功均衡分配研究

计及风电场详细模型,按照双馈风电机组(DFIG)无功容量比例分配无功,难以实现风电场无功裕度均衡控制。根据DFIG无功裕度和并网点(PCC)允许电压偏差,提出可变下垂系数以改进无功-电压控制。结合每台DFIG无功裕度及其与PCC间电气距离,定义新的无功不均衡度。针对大规模风电场控制问题,建立双层无功优化模型,其中电网层以减小网损、电压偏差和风电场铜耗为目标,整定电网无功需求量;风电场层以场内线损、DFIG铜耗及无功不均衡度最小为目标,确定各台DFIG无功出力。采用有限记忆拟牛顿信赖域(LBFGS-TR)算法求解无功均衡分配方案。算例结果表明,所提算法可充分利用DFIG无功调控能力,实现风电场无功裕度均衡控制。     

解耦辨识双馈风电机组转子侧控制器参数的频域方法

转子侧控制器主导了双馈风电机组的动态,对其进行准确建模至关重要。针对转子侧控制器模型结构复杂、存在相互影响的问题,推导了转子侧控制器的解耦模型。基于该解耦模型,提出通过在输入信号的参考值上施加伪随机信号,根据输入信号和输出信号的自功率谱和互功率谱,辨识转子侧控制器各参数。与灵敏度比较发现,参数辨识精度与灵敏度结果一致。最后指出:即使转子侧控制器内环参数的辨识精度偏低,也基本不影响对双馈风电机组机电暂态过程的分析。     

弱一致性风速分布山区风电场机电暂态建模及适用性研究

为提升高海拔山区风电场接入系统动态特性分析的有效性和准确性,有必要开展考虑高海拔山区弱一致性风速分布的风电场机电暂态建模及适用性研究。首先回顾了高海拔山区风电场风速特点;其次讨论了常用的风电场简化模型建模方法;然后提出了一种基于PSS/E自定义风速时空分布模型的风电场详细建模方法。案例分析在贵州某高海拔山区风电场展开,通过风速分布变化、低风速风机切入、低风速风机切出等场景下详细模型和简化模型的比较,分析了它们的适用性。     

基于混沌理论的风电功率超短期多步预测的误差分析

风电功率对电力系统的安全运行、合理调度等方面有不可忽视的影响。掌握风电功率预测误差的分布特性,对风资源的大规模开发利用具有重要意义。利用两种混沌预测方法进行风电功率超短期的预测。并且以东北某风电场的实测风电功率数据为例,分析了超短期风电功率预测误差的概率分布、预测误差与超前预测步数之间的关系、预测误差与风电场出力情况之间的关系以及预测误差与装机容量之间的关系。该研究为揭示风电功率超短期多步预测的误差构成及修正奠定了理论基础。     

基于混合整数线性规划的风电场有功优化调度

大规模风电并网背景下,风电场的有功优化调度对调度控制和电网安全运行至关重要。在风电场风速分布和风电功率有效评估的基础上,以风电机组的出力以及开停机状态为决策变量,考虑风电场弃风以及机组启停,建立了以风电场运行成本最低为目标的风电场优化调度模型。提出了风能利用系数的分段线性化方法,进而建立了基于混合整数线性规划的风电场优化调度模型。实际风电场的算例分析表明,该调度模型可在满足调度部门指令需求的前提下,给出风电场内最优的机组启停计划和出力安排,有效减少弃风及启停次数,降低风电场运行成本。     

适用于低电压穿越仿真的风电场内集电线路等值方法

以二机并联模型为基础,提出了一种适用于低电压穿越(LVRT)仿真的风电场内集电线路的等值方法。以电网电压跌落期间风电场并网点的无功输出量一致为原则对线路的电抗进行等效;以风电场内线路的有功损耗相等为原则对线路的电阻进行等效。经过集电线路阻抗变换后,风电场等效为一台经过一等值阻抗直接连接到公共连接点(PCC)的单机等值模型。该方法适用于干线式、放射式和混合式集电线路拓扑的等值,且计算所得线路阻抗参数恒定,便于实际应用。仿真结果表明,在电网故障期间,等值模型具有很高的精度。     

基于全景精细化模型的风电场能量管理系统研制及应用

为了提高风电场能量管理和运行控制水平,基于风电场分布式能量管理系统(EMS) 的体系结构,研发了基于全景精细化模型的风电场EMS。首先,阐述了风电场在能量管理层面面临的主要技术挑战及EMS功能层次划分,然后分别从公用数据平台、精细化建模、实时态势感知、评估预警、优化调度、有功/无功协调控制等多个层面介绍各关键模块的信息流和主要功能。所研发的智能化风电场能量管理系统已经在多家风电场投入应用。     

海上风电场与柔性直流输电系统的新型协调控制策略

提出了一种适用于采用双馈机型的海上风电场与柔直输电系统的新型协调控制策略。接入风电场的送端换流站采用基于锁相环的定功率控制,根据风电场的有功参考值控制其有功功率输入,并且在送端换流站的有功功率控制外环中加入有功功率与直流电压平方的下垂特性来加强直流电压暂态稳定性;双馈风电机组采用同步控制,调节海上风电场交流电网的电压幅值和角度。相对于经典协调控制策略,该控制策略可以加强柔直输电系统的直流电压稳定性,对通信延时不敏感,通信成本较低。该控制策略还实现了送端交流电网故障下系统的故障穿越。文中以风电场接入基于多电平的两端柔直输电系统作为仿真研究对象,通过仿真分析验证了该协调控制策略的有效性和优越性。     

适应于风电接入系统的抗高阻接地时域方程距离保护研究

双馈风电接入系统带来的高次谐波、频率偏移等故障特性使传统工频量距离保护适应性存在问题。基于时域距离保护原理较适用于风电系统送出线,但在送出线发生单相经高阻接地故障时,易发生距离I段区内拒动现象,保护适应性存在问题。提出了一种抗高阻接地时域方程距离保护原理。基于时域距离保护原理,通过对时域方程进行重构,增加过渡电阻待识别量,从原理上解决了时域距离保护未充分考虑过渡电阻所带来的不利影响的问题。仿真结果表明,该原理能较好地适用于风电系统送出线,并且有效地避免了风电系统送出线距离I段区内发生单相经高阻接地故障时距离保护拒动的现象。