集群新能源经柔直孤岛送出换流站的功率越限控制研究

张北地区大规模新能源发电经柔直换流站孤岛送出系统中,送端换流站容量小于纯新能源电源总容量。为确保换流站功率波动不会短时越限,文中设计了功率越限快速控制系统,包括功率越限回降控制系统和紧急虚拟频率控制系统,对换流站功率越限进行有效预控,确保换流站安全。首先,对张北地区新能源发电的运行数据进行分析,得出张北地区新能源有功短时波动特性,通过概率统计确定在某一时间尺度内发生的最大波动速率,为系统参数设计提供支撑。然后,详细介绍功率越限回降控制系统结构、对新能源功率预控控制过程、关键参数整定原则及回降功率的新能源执行站调用原则等。紧急虚拟频率控制系统作为功率越限回降控制系统在通信中断时的备用。最后,在PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真平台搭建了换流站主站以及执行站控制器的仿真模型进行验证。     

抽蓄电站和经多端柔性直流电网接入的大规模新能源间的协调互补优化控制方案

目前多端柔性直流电网多用于海上风电,但多端柔直本质上并不能抑制新能源出力波动。介绍了一种抽蓄电站和经多端柔性直流电网接入的大规模新能源间的协调互补优化控制方案。在网省调度中心设置控制主站,抽蓄电站内设置执行子站。主站担任主要数据分析、抽蓄电站有功调整指令发布等功能,并具备不同的控制模式。子站担任接收主站发布抽蓄电站有功调整指令,根据抽蓄电站内的实时运行工况,对每台机组的调速器发出实际执行指令。该系统主要用于解决跨区新能源消纳和风电光伏接入系统后对系统稳定性的影响,同时系统还具备应急功率波动控制功能,在华北电网出现大量功率缺额时提供紧急频率支援。仿真结果表明,协调互补优化控制方案能够有效地抑制新能源出力波动,降低新能源波动对华北电网的冲击,实现新能源的友好送出。     

海上风电柔直并网系统调频控制综述

远海风电场因其风资源丰富而受到广泛关注,柔直并网是实现大规模远海风电场并网的有效措施.随着海上风电等可再生能源渗透率不断提高,电力系统面临的频率稳定问题逐渐凸显,海上风电柔直并网系统进行主动频率支撑是缓解频率稳定问题的有效手段之一.为此,针对海上风电柔直并网系统参与调频控制进行综述,从海上风电场、柔性直流系统及二者协调控制等3个层面对现有频率支撑控制策略进行阐述,分析了不同层面控制策略的原理、优缺点和发展趋势等,指出海上风电柔直并网系统参与主动频率支撑应协调海上风电场和柔性直流系统,最大化发挥二者调频能力;进一步分析了海上风电柔直并网系统参与频率调节在充分利用系统调频能力、保证系统安全运行方面面临的挑战,最后对该领域未来研究方向进行了总结和展望.对海上风电柔直并网系统参与陆上交流系统调频控制和实现双碳目标具有一定参考价值.     

柔性直流电网协调控制策略

针对包含新能源孤岛送出、孤岛供电以及双极结构的复杂柔性直流电网,提出了一种协调控制策略。整个协调控制系统包含广域协调控制系统和换流站协调控制系统。发生换流站故障或直流线路故障后,广域协调控制系统根据工况对各柔性直流换流站及其他子系统进行总功率调控,同时各换流站根据工况和指令切换控制模式或改变自身功率,配合进行协调控制。通过对典型柔直电网中典型工况的仿真,验证了本文提出的协调控制策略可明显改善故障情况下的柔性直流电网响应特性,提高柔性直流电网安全稳定运行能力。     

柔性直流输电系统的联网和孤岛运行通用控制策略

针对当前柔性直流输电系统缺乏在联网和孤岛运行条件下的通用控制策略的现状,根据高压电网的特点引入了交流侧的频率—有功功率的下垂控制和直流侧的有功功率—直流电压的下垂控制,并由此提出了柔性直流输电系统联网和孤岛运行的通用控制策略。该控制策略可有效适用于换流站的联网和孤岛运行工况,且能够与电网的一次调频、二次调频配合工作,适用于孤远电网及海上风电场等弱电网互联情况。电磁暂态仿真结果表明,该柔性直流输电系统通用控制策略可实现对柔性直流输电系统联网和孤岛运行工况的有效控制。     

柔性直流输电系统的变速抽水蓄能机组直流电压辅助控制策略

柔性直流输电是新能源并网消纳的主要输电形式。由于新能源出力波动性会导致柔性直流输电系统的直流电压波动,影响其安全稳定运行。为了有效抑制柔性直流输电系统中直流电压波动,提出变速抽水蓄能机组直流电压辅助控制策略。首先建立了变速抽水蓄能机组、四端柔性直流电网、风电场及光伏电站的仿真模型。其次,以直流电压偏差乘以相应系数作为变速抽水蓄能机组有功功率参考值微增量,且通过低通滤波器滤去直流电压稳态分量对直流电压辅助控制的影响,提出基于直流电压辅助控制的变速抽水蓄能机组有功功率控制策略。最后,以变速抽水蓄能机组电动和发电工况为例,对变速抽水蓄能机组抑制柔性直流输电系统直流电压波动能力进行仿真,并与传统直接功率控制策略进行对比分析。仿真结果表明新能源出力波动引起的直流电压波动频率集中在10 Hz以下,且所提变速抽水蓄能机组控制策略可以有效抑制柔性直流系统直流电压波动。     

基于MMC-HVDC的海上风电柔直系统频率波动抑制技术

海上风电柔直系统发生故障等暂态过程时,系统频率波动会影响健全风电场的正常运行,严重时将引起大规模风机脱网。为此,分析了海上风电系统交流电压频率动态与电压d轴、q轴分量的关系,进而提出一种频率波动抑制方案,在换流站控制器中引入频率环对系统母线电压的频率波动进行控制。考虑到风电系统不同位置频率动态的差异性,提出一种海上风电系统频率协同优化控制方案,利用风电机组的无功输出能力对风机汇集点处的频率波动问题进行进一步优化控制。最后,在MATLAB/Simulink中搭建基于模块化多电平换流器高压直流输电(modular multilevel converter based high voltage direct current transmission, MMC-HVDC)送出的海上风力发电系统仿真模型。研究结果表明:在系统故障与运行工况突变的情况下,频率协同优化控制方案可将风电系统母线电压与风机汇集点处电压的频率波动抑制到无控制时的30%以下。所提方案有效地实现了对风电柔直系统暂态情况下的频率波动抑制。     

新能源经柔直孤岛送出场景下换流站安全稳定运行区域研究

新能源经柔直孤岛送出系统相较于送端交流联网的柔直系统而言,抵御故障及扰动的能力较弱。为保证新能源经柔直孤岛送出场景下换流站的安全稳定运行,研究了换流站稳定运行的约束条件以及新能源经柔直孤岛送出系统的附加运行约束条件对换流站安全稳定运行区域的影响,比较了2类约束条件下的换流站运行的功率极限,最终给出了换流站安全稳定运行区域的计算方法。提出了在保证系统安全有效地输送功率的前提下,以降低经济成本为目标,通过优化配置交流耗能电阻容量来增大换流站安全稳定运行区域的方法。在PSCAD仿真软件中搭建新能源经柔直孤岛送出系统仿真模型,验证了所提方法的正确性。     

双级式光伏发电主动参与电网频率调节

为解决大规模光伏发电并网带来系统调频能力不足的问题,提出了双级式光伏发电有功功率-频率下垂控制和虚拟惯量控制,通过修改Boost变换器或网侧逆变器原有的控制结构来实现光伏发电主动参与电网频率调节。并分析虚拟惯性时间常数、锁相环控制带宽对虚拟惯量控制的影响。基于光伏发电的有功功率-相位运动模型、同步发电机组的频率响应模型来分析光伏发电的虚拟惯量特性及其对系统频率动态特性的影响。仿真结果表明:Boost变换器和网侧逆变器均可按照设定的下垂曲线来控制光伏阵列增发或减少一定量的有功功率,抑制电网频率跌落或升高;虚拟惯性时间常数越大或锁相环控制带宽越小,光伏发电的虚拟惯量越大,频率动态过程中可提供支撑的功率越多。     

光伏经多端柔性直流输电并网的控制研究

为解决大规模光伏电站远距离输电问题,采用光伏电站接入基于直流电压-有功功率-交流电压控制的多端柔性直流输电系统的并网方案。利用Matlab/Simulink仿真软件构建了一个包含两座光伏电站和一个无源网络的五端柔性直流输电系统模型,并对该系统的运行特性进行了详细的仿真分析。仿真结果表明,当光伏电站的输出功率发生波动时,五端柔直系统传输的有功功率可实现自动平衡;当电网发生三相短路故障时,光伏电站依然能够稳定运行,具有较好的故障穿越能力。     

向孤岛电网供电的柔性直流逆变站综合控制策略

考虑孤岛电网存在有源电网状态和无源电网状态之间的状态变化,文中提出了向孤岛电网供电的柔性直流逆变站综合控制策略,以实现在孤岛电网状态变化时保证对其可靠供电。从柔性直流的控制原理出发,分析了有源电网和无源电网下柔性直流逆变站控制方式的差别。当孤岛电网从有源电网变为无源电网,向其供电的柔性直流逆变换流站控制方式切换时,文中从稳定交流电压和快速恢复有功平衡考虑,提出了相角跟随和有功功率优先2个控制策略,以保证切换时刻孤岛电网和直流系统的各电气量波动最小。建立柔性直流输电系统的PSCAD/EMTDC仿真模型,仿真验证了文中控制策略的有效性,在孤岛状态变化时可实现持续可靠供电。     

Reduction of power fluctuation by distributed generation in micro grid

Renewable forms of energy such as wind power or photovoltaic energy are environmentally focused, but the fluctuation of the output power of such renewable forms of energy may cause excessive variation of the voltage or frequency of the grid. Increasing the amount of renewable energy would degrade the quality of the grid. Micro grids, in which dispersed power sources compensate variations in the generation of renewable energy, can expand the limits of installation of renewable forms of energy by maintaining the quality of the interconnected grid. This paper discusses the use of gas turbines to absorb power variations from wind generation and the loads. In order to control the output power, gas turbines must run under partial load, which results in lower efficiency. An evaluation of the micro grids is made with consideration of their efficiency, the installed capacity of wind power generation systems, and frequency stability for islanded operation. © 2008 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 163(2): 22–29, 2008; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20462     

基于DPC的海上风场VSC-HVDC变流器控制策略

针对海上风场并网电压源直流输电系统,设计了基于虚拟磁链的直接功率控制(DPC)方法,通过虚拟磁链技术计算系统功率,省去了电压传感器和锁相环,实现了无交流电压传感器运行,提高了系统可靠性,降低了成本.同时,针对常规DPC的功率滞环造成变流器开关频率变化范围大、系统滤波器设计困难及对处理器运算速度要求高等不足,利用三相电压...     

含抽蓄电站的多端柔性直流电网风光接入容量配比优化方法

针对含风、光、抽蓄电站的多端柔性直流电网,协调规划其风光接入容量配比,可以充分利用不同类型电源的互补作用,实现大规模新能源的平稳送出和消纳。提出基于时序生产模拟的多端柔性直流电网风光接入容量配比优化方法,以发电清洁性最优为目标,综合考虑柔性直流电网运行限制、新能源弃电率、负荷调峰需求和抽蓄电站运行限制等约束条件,建立适应于多端柔性直流电网的风光接入容量配比优化模型。以新能源全年出力为输入,通过时序生产模拟仿真开展模型优化计算,确定各送端换流站的风光最优接入容量配比。以某四端柔性直流电网为例开展仿真测试,结果显示所提出模型能够充分利用风光的互补作用和抽蓄电站的调节作用得到最优的风光接入容量配比,验证了所提方法的有效性和工程实用性。     

分布式新能源发电中储能系统能量管理

本文对蓄电池和超级电容组成储能系统的能量管理进行研究,根据两种储能装置的特点和剩余容量以及分布式发电系统的状态,将储能系统的工作模式分类,并对每种工作模式采用不同的控制策略,发挥蓄电池和超级电容自身的优点,保证系统内部的功率平衡,减小风能、太阳能等新能源发电系统功率波动对外部电网的冲击,并实现孤岛运行。最后通过分布式新能源发电系统仿真和实验平台对控制策略进行了验证。     

含抽水蓄能电站的可再生能源电网优化调度策略

由于可再生能源电网发电功率的不确定性十分突出,以功率平衡为首要任务的电网调度控制必须采取有针对性的应对措施。在电网储纳运行机制的基础上,建立含抽水蓄能电站的日前调度及实时调度的数学模型。将电网备用分为波动性备用(即调峰备用)和不确定性备用:平衡波动性功率的备用容量主要由常规电源承担,平衡预测误差的不确定性备用主要由抽水蓄能电站承担,2类电源分工互济实现电网功率平衡。提出一个风电上网功率稳定性评价指标,用于衡量不同调度策略补偿失衡功率的优劣。算例分析验证了所提调度策略是可行的。     

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。     

基于柔性直流互联的抽水蓄能与可再生能源协同运行策略

为了抑制大规模可再生能源的并网波动,提出一种适用于含抽水蓄能电站与可再生能源发电系统的多端柔性直流输电协同运行策略。该策略根据多端柔性直流输电系统的直流电压波动情况,在可再生能源发电系统利用直流输电系统并网之前,通过调整抽水蓄能机组的运行速率以及计划输出功率,减少其实际出力与预测出力偏差,从而降低可再生能源输出功率波动对交流系统带来的影响。通过建立由互联抽水蓄能电站、风力发电场、光伏发电站和交流电网组成的四端柔性直流输电系统进行仿真,验证了所提控制策略的有效性。     

能量约束下电力电子并网装备的最优频率控制

大规模新能源并网导致现代电力系统的旋转惯量相对减少,频率动态特性变差。为支撑系统频率,通常要求新能源发电装备具备一定的惯量模拟或一次调频等附加控制功能,但目前在新能源的最优频率支撑方面研究较少。文中以最优控制为切入点,初步探讨了当参与调频的新能源存在能量约束时,作为并网接口的电力电子装备的最优功率支撑轨迹以及近似的最优控制结构。首先,从理论上推导并给出了多机系统的频率共模分量。该共模分量主导了电网的频率跌落特性。然后,基于高斯伪谱法研究了能量约束下电力电子装备在系统频率跌落时的最优支撑轨迹。最后,探索了电力电子并网装备支撑电网频率的最优反馈控制结构,指出虚拟惯量控制加下垂控制近似于最优的控制结构,且在可调用的能量较小时单独使用虚拟惯量控制优于下垂控制。仿真验证了理论分析和所讨论的频率最优控制结构的合理性。