变速恒频双馈风电机组分段分层控制策略的研究

针对并网后变速恒频双馈风电机组的优化运行及其与电网的协调问题,依据分段分层控制思想,提出了变速恒频风电机组的并网控制策略:按照风速将风电机组的控制分为两个阶段,即低风速的最大风能追踪控制阶段和高风速的恒功率控制阶段,同时依据分层思想将风电机组电气部分的控制分为参考值的整定和对参考值的跟踪两层控制.利用该分段分层控制策略,对北方某风电场及其接入系统中风电机组的运行特性和接入系统中关键性节点的电压特性进行了仿真分析,结果表明该控制策略不但可以实现风电机组的优化运行,而且能较充分地发挥风电机组中双馈发电机的无功调节能力,提高风电机组并网后的电压稳定性,保证全网无功优化运行.     

考虑变频器特性的变速恒频双馈风力发电机组控制策略的研究与仿真

以并网型变速恒频风电机组中双馈发电机的运行特性及连接于发电机转子部分的脉宽调制(PWM)控制的电压源型交-直-交变频器的结构和机理为基础,在假设变频器采用理想开关器件,即忽略电子器件的换相重叠、损耗,并只考虑变频器直流电容充放电的动态过程而不计频率调节的动态变化过程的前提下,提出了基于定子磁场旋转坐标系统下的变速恒频风电机组电气控制部分的控制策略并设计了相应的H控制器.同时基于MATLAB软件建立了变速恒频双馈风力发电机组的仿真模型,并以渐变风和随机风模式为例,针对提出的控制策略对变速恒频双馈风力发电机组的并网运行特性进行了仿真研究,仿真结果表明了该控制策略的合理性及控制器设计的有效性,同时也说明了双馈发电机在保证有功输出的情况下能够有效地调节无功功率,保证变速恒频风电机组的稳定运行.     

双馈风电机组低电压穿越能力的研究

随着风电机组容量的逐年增大,为减少大规模风电接入系统对电网的影响,对风电提出了新要求,即风电机组具有一定的低电压穿越能力。介绍了变速恒频双馈风电机组的基本结构,建立了双馈风电机组动态数学模型。以Matlab/Simulink为仿真平台搭建了系统仿真模型,结合风电场低电压穿越能力要求的规定,针对不同电网电压跌落的情况下,仿真研究了变速恒频风电机组的低电压穿越能力,结果表明：双馈风电机组在电网电压跌落时满足继续并网运行的条件,且为电网电压恢复提供了无功,提供的无功功率大小与电网电压跌落程度有关。     

改善接入地区电压稳定性的风电场无功控制策略

针对大规模风电场接入电网带来的电压无功问题,提出一种改善接入地区电压稳定性的变速恒频风电场无功控制策略,在系统发生扰动时,以接入点为电压控制点,扰动前的稳态电压为控制目标,动态调节风电场输出无功功率,维持接入点电压水平。实际应用时,该策略利用系统部分雅可比矩阵推导风电场的电压无功灵敏度信息,并根据风电场的无功输出能力计算风电场无功调整量,同时通过设置控制死区和延时,避免了风电机组的频繁调控。仿真算例表明,采用所提策略能够充分发挥变速恒频电机风电场的快速无功调节能力,有效抑制风速扰动、负荷变化等因素引起的电压波动,维持接入地区电网的电压稳定性。     

基于DFIG的变速恒频风力发电机组控制策略

在分析双馈异步发电机的运行特性及交流励磁电源双PWM变频器基础上,研究基于定子磁场旋转坐标系下的变速恒频风力发电机组电气控制部分的控制策略。同时基于MATLAB软件建立变速恒频双馈风力发电机组的仿真模型,针对提出的控制策略对变速恒频双馈风力发电机组的并网运行特性进行仿真研究。结果表明该控制策略合理,控制器设计有效。     

变速恒频双馈风电机组控制模式对电网稳定影响及其对策

以实际电网为例,分析以变速恒频双馈风电机组组成的风电场并网运行对系统电压稳定性的影响,并对风电机组不同控制模式下运行状态对系统电压稳定性水平的影响进行比较。仿真结果表明,采用恒电压控制的变速恒频双馈风电机组,因为能够控制机端电压,所以在维持风电场并网后的系统电压稳定方面较恒功率控制方式具有较大的优势。静止无功补偿器(SVC)可为系统提供快速动态无功功率支撑,采用恒功率控制方式的风电机组安装SVC设备后,可以明显提高电网电压的暂态水平。     

内模控制的并网型双馈电机风力发电系统

交流励磁双馈式风电系统已成为变速恒频风力发电的主流。为提高存在较大扰动时系统的性能,在推导了发电机惯例下双馈电机的动态数学模型后提出用S函数描述双馈电机的数学模型,开发了基于状态方程的双馈电机空载运行和发电运行的子系统模型,设计了用内模控制策略实现转子电流内环和转速外环的控制,并通过基于定子磁链定向的解耦控制实现了有功和无功功率的解耦,然后在Matlab/Simulink环境下建立了完备的并网运行变速恒频双馈风力发电系统模型。针对850kW系统在转速变化和大电网扰动下的响应特性进行的仿真研究结果显示,提出的双馈式风电系统模型具有较好的控制性能和较快的动态响应速度。     

基于分层原则的风电场无功控制策略

针对由具有动态无功调节能力的变速恒频风电机组（包括变速恒频双馈异步风电机组和直驱永磁同步风电机组）组成的风电场,提出了一种新的电压无功分层控制策略。该策略由风电场局部区域某节点电压与参考值的偏差得到整个风电场的无功功率需求,并按等功率因数算法分配给各台风电机组,作为其无功功率控制目标参考值。参考值的实时整定过程考虑了风电场无功功率输出约束和功率因数约束。算例表明,所提出的策略既可抑制由周边负荷变化引起的控制点母线电压波动,又可抵御由局部电网故障造成的控制点电压跌落,具有维持风电场接入局部区域电网电压稳定的作用。     

双馈风电场群协调二级电压控制策略

针对双馈风电场群接入电网的电压稳定性的问题,结合双馈风电场无功备用容量和协调二级电压控制原理的介绍,提出适用于双馈风电场群接入地区的协调二级电压控制策略,依据河北南网某实际风电系统为例仿真表明,该方法能够使双馈风电场群无功裕度更大、无功出力更均衡。     

含双馈型风电场的配电网智能无功优化方法研究

研究了含双馈电机的风电场接入配电网后的无功电压优化控制方法,通过分析双馈感应风电机组的功率情况,充分发挥双馈感应风电机组对配电网的无功调节能力,将构建的无功优化问题转换为一个非线性混合整数优化的数学问题,并采用智能遗传优化算法进行求解。利用IEEE30节点系统作为算例进行仿真分析,计算结果可为含风电场的配电网提供合适的无功分布参考,验证了该控制方法的有效性。     

DFIG风电场与D-STATCOM无功协调控制研究

提出了一种利用配电网静止同步补偿器（D-STATCOM）和双馈异步风电场（DFIG）对风电并网点进行无功协调控制的策略。该控制策略考虑了DFIG风电场的无功功率极限,结合D-STATCOM快速补偿的特点,将并网点的无功需求在两者之间进行合理分配,满足并网点快速、准确的无功补偿要求。仿真结果表明,由DFIG风电场和D-STATCOM组成的联合无功控制系统可以根据该控制策略在风速波动以及电压跌落时实现无功补偿,校正功率因数,并能稳定并网点电压,保证系统的稳定性。     

含变速恒频风电机组并网后的配电网无功优化

目前对广泛采用的变速恒频风电机组并网后的配电网无功优化问题还少见有研究。分析了变速恒频风电机组有功功率特性,建立了含变速恒频风电机组的配电网无功优化模型,并分析了风速变化对风电机组输出有功功率的影响。采用二进制粒子群优化算法对配电网中有载调压变压器和并联电容器组等无功控制变量进行优化,通过算例分析验证了该方法的有效性。     

Reactive power control of wind farm made up with doubly fed induction generators in distribution system

In recent years, the number of small size wind farm made up with doubly fed induction generators (DFIG) located within the distribution system is rapidly increasing. DFIG can be utilized as the continuous reactive power source to support system voltage control by taking advantage of their reactive power control capability. In this paper, considering both reactive power control and distribution network reconfiguration can be used to reduce power losses and improve voltage profile, a joint optimization algorithm of combining reactive power control of wind farm and network reconfiguration is proposed to obtain the optimal reactive power output of wind farm and network structure simultaneously. The proposed algorithm has been successfully implemented on the 16 bus distribution network and the results obtained demonstrate the efficiency of the algorithm.     

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。     

基于随机矩阵和历史场景匹配的配电网无功优化

配电网的无功优化是保证配电网供电可靠、经济运行的一项重要工作。将大数据理论引入配电网无功优化,提出一种基于随机矩阵的无功优化方法,它不依赖于配电网的模型和参数,直接利用配电网在运行过程中产生的运行大数据以及当地的环境数据构造7种高维随机矩阵,提取57种特征指标,再应用主成分分析法对这些特征指标进行降维处理,然后匹配历史数据库中已有的场景,快速找到特征指标与当前系统最相近的场景,直接采用匹配场景的控制策略作为当前系统的无功优化控制策略,以减小有功网损和节点电压偏移。最后,在改造的IEEE-37节点配电网仿真模型上进行算例验证,其中增加了光伏/风电等分布式发电和电动汽车充电站等随机负荷模型。结果表明,方法可有效地对配电网进行无功优化,摆脱了配电网模型的限制,可快速做出控制决策。     

基于STATCOM-BESS的风电场功率协调控制策略研究

为有效地提高风电场并网运行能力,改善传统静止无功发生器只能补偿无功功率而且会消耗一定有功功率的不足,将静止无功发生器与蓄电池储能系统相结合作为整体补偿装置用于风电并网系统进行研究,并提出一种功率协调控制策略对有功无功功率进行协调控制。首先介绍了STATCOM-BESS工作原理并建立整体数学模型,采用旋转坐标系解耦控制方法实现了电流解耦。然后在Matlab/Simulink中搭建风力发电系统仿真模型进行仿真,仿真结果表明装置具有快速功率调节能力,在风速渐变、电网扰动和频率波动情况下对风电场都具有较好的动态支撑能力,因此验证了理论分析的正确性和所提出的控制方法的有效性。     

分散式风电场不同时间等级的多目标无功优化控制

针对具有一定动态无功调节能力的双馈式风力发电机组构成的分散式风电场,为解决其经济稳定运行,提出一种包含风功率预测的不同时间尺度多目标无功优化控制方法。考虑风速变化相关性分组-单机预测风电机组无功输出情况,通过风电机组和SVC共同补偿电网无功需求;根据风电预测无功功率信息,采用多目标无功控制快速有效调节其输出功率以跟踪无功补偿指令。为减少风电场内设备动作次数,选取不同时间级的控制,目标为分钟级无功控制以有功网损最小为优化目标,秒级的无功控制以电压偏差最小、电压稳定裕度最大、短时闪变最小为综合优化目标,毫秒级的无功控制以机组变流器的瞬间最大无功支撑能力为优化目标进行无功分配。工程算例证明所提策略有效的降低网损、提高电压支撑能力并保证电网正常的运行。