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。     

分散式风电场DFIG与SVC协调无功控制策略

针对具有动态无功调节能力的双馈风力发电机组组成的分散式风电场,提出了一种并联无功补偿方案,综合利用风电场安装的SVC无功补偿装置及双馈机组的无功调节能力来实现无功优化。由风电场电压控制点的电压偏差推算出风电场的无功功率需求,根据此时双馈风机和SVC无功补偿装置实际无功发生能力,以网损最小为目标函数进行无功分配,通过此分配方法既可以发挥双馈风机无功调节能力又可以减小风电场能的损耗。仿真结果表明采用所提策略能够充分发挥分散式风电场的快速无功调节能力,有效抑制风速扰动、负荷变化、电网故障等因素引起的电压波动,维持接入地区电网的电压稳定性。     

一种降低风电场功率损耗的无功控制方法

针对配备集中补偿装置SVC的双馈风电机组(DFIG)组成的风电场,提出了一种基于网络损耗最小的无功补偿方案,综合利用风电场安装的SVC无功补偿装置及双馈风电机组的无功调节能力来实现无功优化。风电场自动电压控制系统通过风电场并网点的电压偏差推算出风电场的无功功率需求,根据此时双馈风电机组和SVC无功补偿装置实际无功发生能力,以网络损耗最小为目标函数进行无功分配,通过此分配方法既可以发挥双馈风电机组无功调节能力又可以减小风电场的损耗。仿真结果表明采用所提策略能够有效地减少风电场功率损耗,提高电压稳定裕度。     

计及负荷预测的双馈风电场电压控制方案

针对大规模风电接入电网后引起的无功电压稳定和控制问题,提出了一种计及负荷预测的双馈感应发电机(Doubly fed induction generator,DFIG)型风电场电压控制方案。该方案以稳定风电场出口电压为控制目标,利用双馈发电机组的无功能力及SVC进行控制。其中双馈发电机组只针对由有功输出的不确定性与负荷变化引起的那部分电压波动进行无功输出,即风电场按照系统电压为1时的无功需求变化曲面进行无功补偿,实现快速控制。SVC再根据风电场出口电压与目标电压差值是否在死区阀值内,决定是否进行电压控制。最后搭建仿真模型,仿真结果表明所提双馈风电场电压控制方案可行并有效。     

提高双馈风电机组动态无功协调控制能力的实验研究

随着风电场规模不断增加,风电机组并网对电网的影响逐渐增大,故充分挖掘风电机组的无功电压调节能力和提高机组的无功响应速度对增强电力系统的电压稳定性具有重要作用。定量分析了蒙西电网某风电场单台双馈感应风力发电机(Doubly Fed Induction Generator, DFIG)的无功电压调节能力及限制因素,根据其单台机组的无功调节机理制定动态无功补偿协调控制策略。若系统无功需求超过DFIG无功出力极限时,在保证机组最大发电效益的基础上,提出基于无功差值的双馈感应风力发电机组有功附加控制。并且通过改进的遗传控制算法辨识得到附加控制器参数,该控制在降低机组最小出力的同时确保提高机组无功出力极限,进而满足系统无功需求。最后通过实验验证了所提出的双馈风电机组动态无功协调控制的可行性和准确性,增强了机组的电压稳定能力。     

计及无功裕度的双馈风电场无功电压协调控制

针对双馈风电场的无功补偿能力和电压稳定问题,提出考虑双馈风电场无功裕度的无功电压控制方案。该方案以双馈风电机组为主要补偿设备,以静止无功补偿器作为辅助无功补偿设备,并引入风电场风功率预测,优化计算未来一个时段内的无功补偿优化参考值。在MATLAB/Simulink中建立双馈风电场模型,连接无穷大电网,采用粒子群优化算法优化出风电场无功补偿参考值。仿真结果表明,风电机组按照该无功优化参考值进行无功输出,可留有更大的无功裕度,增强了风电场无功调节能力,并且满足电压要求,提高了风电场的电压稳定性,同时双馈发电机组无需连续无功调节。     

电网故障时风电场基于STATCOM的无功协调控制策略

为充分发挥双馈感应风力发电机组(DFIG)在电网故障时的无功功率调节能力,采用静止无功补偿器(STATCOM)进行补偿,建立风电场无功实时协调控制系统(CRRCS)。CRRCS可通过监测电网故障状态、撬棍保护(crowbar)动作状态、风电机组运行状态及公共连接点(PCC)电压水平等信息,实时协调处理风电场各机组、STATCOM及PCC的无功电压控制策略。同时进一步采用故障时刻的极限功率控制模式,以降低crowbar动作概率,保障机组的无功功率调节能力。仿真分析证明,该方法可有效保证电网故障时DFIG的无功调节能力,并控制补偿单元及风电场,为电网提供无功和电压支撑,协助实现风电场的故障穿越运行。     

含SVC双馈风电机组暂态输出特性仿真分析

在风电机组出口装设静止无功补偿器（SVC）进行电压调节对于改善风电机组电压特性具有重要作用,但对于增加SVC后系统的暂态特性尚未进行较深入的研究。分析了SVC阻抗特性,并利用RTDS搭建了含SVC的双馈风电机组的实时暂态模型。对电网发生不同故障时含SVC双馈风电机组的暂态输出特性进行了仿真分析。结果表明：在电网侧故障后,SVC将提高双馈风电机组的出口电压,并增大向系统提供的短路电流,从而使DFIG出口处低压保护的动作灵敏度降低、过流保护的动作灵敏度有不同程度的提高。     

风电接入对地区电网暂态电压稳定性的影响

随着风电迅速发展,风电场规模和单机容量越来越大,风电对接入的电网的影响不容忽视。而风资源丰富的地区大多电网不够强壮,加之风电自身故有的无功特性(吸收或者不发无功),风电接入对电网电压稳定性的影响显得尤为突出。对基于普通异步发电机的恒速风电机组构成的风电场与基于双馈感应发电机的变速恒频风电机组构成的风电场接入电网后的暂态电压稳定性,通过电力系统仿真软件DigSILENT并结合实际电网进行分析,给出风电场不同出力情况下的故障极限切除时间。关于静止无功补偿装置(SVC)和静止同步补偿器(STATCOM)对异步机风电场暂态电压稳定性的改善也进行了研究。     

风速快速波动下双馈风电场无功电压协调控制策略

大规模风电经远距离高压交流输电线路送出系统,当风速快速波动时,风电场并网点电压可能因无功补偿不足大幅变化。针对该问题,研究通过双馈风电机组(doubly fed induction generator, DFIG)和静止无功补偿器(static var compensator, SVC)的协调配合来改善风电场无功补偿特性的控制策略。首先考虑尾流效应分析DFIG的功率特性,根据潮流方程推导风电场并网点电压表达式,分析风速快速波动下双馈风电场的电压变化规律,以及DFIG和SVC的无功容量及动态特性;进而得出系统无功需求和风电场无功容量的供需平衡关系以及稳态无功控制方案对暂态过程的影响;在此基础上提出风速快速波动下DFIG与SVC的无功协调控制策略。最后通过MATLAB/Simulink仿真验证该控制策略的有效性。     

基于DFIG可用无功裕度的风电场无功电压控制方法

本文提出一种新型双馈风电场无功电压控制方法,旨在满足风电场并网点电压要求的同时能够减少各机组机端电压的差异,以提高机组联网运行能力。该方法考虑了风电场的有功电压特性与双馈型风机的无功调控裕度,通过实时监测风电场升压站高压侧母线电压偏差能较准确地计算风电场无功需求;建立了以降低各机组机端电压差异为目标的无功控制模型,并利用遗传算法确定各机组无功输出分配方案。仿真算例验证了该方法能有效降低各机组机端电压差异,使并网点电压满足电网运行指标。     

具有低电压穿越能力的集群接入风电场故障特性仿真研究

结合风电机组的结构和并网原理,对直驱风电机组提出了"卸荷电路+无功补偿"的低电压穿越改进控制方法,对双馈风电机组采用了DC-Chopper和SDBR(series dynamic braking resistor)代替Crowbar的低电压穿越改进控制方法。以PSCAD为平台分别构建了具备低电压穿越能力的直驱风电机组和双馈风电机组的并网仿真模型;结合风电并网技术规程,采用电压跌落器仿真验证了直驱、双馈风电机组在电网电压跌落下的低电压穿越能力。参照新疆达坂城实际风电场群接入系统方案,构建了包含具备低电压穿越能力的直驱、双馈风电机组的集群风电场仿真算例,研究了风电场送出线故障、集群风电场送出线电压跌落、系统线路电压跌落时风电场群故障穿越特性。仿真结果表明:集群接入风电场送出线电压跌落会影响相邻风电场及系统的电压和频率,故障结束后整个风电接入系统可以在风电接入技术规程要求的时间内恢复至稳态运行状态。研究成果有助于分析风电大规模集群接入系统的运行特性,提高电力系统对风电的接纳能力。     

双馈式风电场多阶段无功电压控制策略

为了应对大规模风电接入电网引起的电压稳定问题,提出了一种新型的多阶段无功电压协调控制策略。该策略首先基于风功率预测数据对电容器组的投切进行提前优化;稳态运行时,通过分析双馈风力机的PQ关系曲线,优先调整风电机组无功出力以实现对风电场的无功调控;电网故障时充分发挥静止无功补偿器的调节能力,并在故障切除后限制其出力以避免电压过冲,从而整体上实现无功电压的协调控制。最后以某一风电场系统的仿真结果验证了上述策略的有效性和可行性。     

基于DFIG与SVC的风电场无功电压协调控制策略

针对风电场的无功电压问题,构建了风电场模型,提出了一种综合考虑双馈风电机组（doubly-fed induction generator,DFIG）和静止无功补偿器（static var compensator,SVC）的无功电压协调控制策略。建立了综合考虑风电场公共接入点（point of common coupling,PCC）的电压偏移量和无功源的无功裕度的目标函数。基于混沌量子粒子群算法对风电场进行无功电压控制,通过协调DFIG和SVC的无功出力,使得风电场PCC的电压满足要求,同时提高其无功源的无功裕度。最后,以华北某风电场为例进行算例分析,验证了所提无功电压协调控制策略的可行性及有效性。     

提升双馈风力发电系统低电压穿越能力的跟踪控制方法

为提升双馈风力发电系统的低电压穿越(LVRT)能力,提出一种基于状态相关Riccati方程(SDRE)技术的网侧换流器(GSC)跟踪控制方法。并网导则要求风电场在LVRT过程中须注入一定无功功率支撑电压恢复,为了改进非线性状态调节器在无功支撑能力上的不足,针对双馈风力发电系统的GSC设计非线性无功功率跟踪控制器,并采用SDRE技术求解状态反馈控制律。在维持LVRT过程中直流电压稳定的基础上,该方法能充分利用GSC的无功功率调节能力,为电网提供无功功率支撑以避免电压恶化。最后,在Matlab/Simulink平台搭建9 MW双馈风力发电系统,并在三相接地故障下进行仿真验证,结果显示,所提出的GSC控制方法具有良好的暂态表现,能够有效提高双馈风力发电系统的LVRT能力。     

并网型风电场电压稳定研究

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,提出了无功补偿电容器容量的不同计算方法和投切方式。结合风电无功需求的特点,确定并分析了带有FC的TCR型无功补偿器(SVC)的原理及特性。对某实际风电场应用SVC无功补偿优化结果的分析表明:它可提供动态的电压支撑,能够稳定风电场节点电压,降低风电功率波动对电网电压的影响,很好地改善系统的运行性能。     

基于超导磁储能和变流器重构的DFIG连续故障穿越方案

由高压直流输电系统换相失败引起的送端风电场母线低高电压连续故障,会对双馈感应发电机(DFIG)产生严重的暂态冲击,现有单一的风机低压、高压故障穿越方案难以完全适应此类连续故障穿越的要求。为此,提出了一种结合重构式网侧变流器与超导磁储能装置的软硬件协同穿越方案,以提升DFIG的连续故障穿越能力。在故障期间,网侧变流器由并联运行模式切换至串联运行模式,以维持定子端电压不变为目标,并控制转子侧变流器根据并网点电压自适应发出动态感性/容性无功电流。仿真结果表明,所提方案既可以维持DFIG的机端电压,又可以为电网提供无功支撑,有效地实现DFIG的低高电压连续故障穿越。     

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。     

改善双馈感应发电机无功特性的变阻值撬棒保护方案

撬棒保护的接入及其电阻值会改变低电压穿越期间双馈感应发电机(DFIG)的无功功率动态特性,由此将影响风电场周边区域电网电压稳定性。针对这一问题,详细分析不同电网电压跌落水平和低电压过渡不同时期撬棒保护接入对DFIG无功特性的影响机理及其变化规律。提出了一种改善机组无功特性的变阻值撬棒保护方案,制定了该方案的撬棒阻值整定方法及其投切控制策略,并进行仿真对比研究。仿真结果表明,相比以限流为目标的传统撬棒保护和以尽快恢复机组可控性的主动式撬棒保护,所提撬棒保护方案不仅能在故障持续期间缩短撬棒投入时间,减少撬棒投入期间DFIG吸收的无功功率,提升出口电压。同时也能最大限度降低故障切除时的DFIG无功振荡峰值,加速电网电压恢复,有助于系统区域电压稳定性的提升。