考虑直流侧电容存储能量的风电机组虚拟惯性控制策略

文章在传统转子动能虚拟惯性控制策略基础上,提出了一种考虑直流侧电容存储能量的风电机组虚拟惯性控制策略。该策略在建立转子动能和系统频率偏差关系的基础上,建立了风电变流器直流侧电容电压和系统频率偏差的函数关系,在频率事件下能够充分利用电容所存储的能量来增强电网的惯性,提高电网的频率调节能力。最后,通过PSCAD/EMTDC仿真验证了所提控制策略的有效性。     

同步耦合双馈风机的虚拟惯量优化控制技术

双馈风电机组在同步并网时虚拟出的可控惯性将显著影响电网的动态特性,仍须通过优化控制减少其附加运行风险,充分发挥其控制潜力。该文首先建立引入虚拟同步控制后的双馈风电机组的动态模型,并分析双馈风机与同步发电机之间建立的虚拟同步耦合关系。在此基础上,构建双馈风机同步并网系统的能量函数,基于同步并网耦合关系提出双馈风电机组的变惯量优化控制策略,并借助控制参数对系统稳定性的影响分析,设置虚拟惯量参数范围。最后,搭建双馈风机同步并网系统进行仿真验证,双馈风机的虚拟惯量需要在合理范围内通过变惯量优化才能为并网系统提供可靠的动态稳定支撑。     

风电交直流通道互联电力系统暂态稳定线性变参数鲁棒反馈控制

针对交直流系统中影响暂态稳定电磁转矩和机械转矩平衡控制问题变参数特性,结合大规模风电功率的不确定性,提出了将直流通道功率控制与互联系统内机械功率作为控制目标的互联系统暂态稳定的线性变参数鲁棒反馈控制方法,以提高经交直流风电通道互联的系统的暂态稳定性。针对互联系统暂态过程的强非线性特性,建立了线性变参数模型;根据暂态过程系统出现的功率差额和风电出力不确定度,将系统暂态过程设计为变参数的线性化模型。对线性变参数模型设计H∞鲁棒输出反馈控制器及其在线求解算法。根据线性变参数设计点和鲁棒控制器,提出了互联系统暂态稳定控制策略拓扑及传递函数。应用交直流联络线互联形成的4个等值电网互联系统进行数字仿真,结果表明,文章所提出线性变参数鲁棒反馈控制模型,具有较好的响应特性和暂态稳定控制效果。     

考虑虚拟惯性时间常数和频率二次跌落的风电频率综合控制策略

首先，根据虚拟惯性时间常数对风电机组惯性支撑能力进行定量表征，进而分析转矩控制器参数对虚拟惯性时间常数的影响。在此基础上，提出一种自适应下垂控制与转矩控制器模糊自适应控制相结合的频率综合控制策略，实现对虚拟惯性时间常数的灵活调整，在抑制系统频率快速变化的同时，加快频率恢复，并可有效解决频率二次跌落问题。最后通过仿真验证所提控制策略的有效性以及对频率二次跌落的改善作用。     

基于虚拟同步机的改进双馈风电机组控制策略研究

针对双馈风电机组并网导致风机转速与电网频率相解耦,不及时响应电网频率变化的问题,提出一种基于虚拟定子电压定向的新型双馈风机控制策略。通过改进双馈风机变流器的控制,在风力发电机与电网之间建立起一套虚拟功角,增加了原系统所没有的惯性和阻尼。在稳态时可保障风机运行于最大功率点,当系统发生频率扰动时,可动态地调节风力机组的输出,以响应电网频率的变化。最后,在PSCAD/EMTDC平台上搭建了1.5 MW双馈风机的暂态模型,验证了所提控制策略的有效性。     

基于风电不确定性的电力系统机电暂态过程

摘要： 随着风电功率的随机性对电力系统稳定性的影响愈发突出,如何分析含动态随机激励的电力系统暂态稳定性,对电力系统的动态安全具有重要意义。基于随机微分方程理论,提出了计及风电不确定性的电力系统模型,讨论了不同风力发电机在风速波动下的随机动态并网模型。通过双机无穷大系统和3机9节点系统对系统的静态及动态稳定性进行了分析。仿真结果表明,风电不确定性一定程度上会恶化系统的暂态稳定性,同时会引起长期无法消除的低频振荡,由不确定性产生的波动而造成的系统震荡会加剧并网造成的危害。     

基于DIgSILENT的风电储能系统建模与仿真

针对风电功率的随机波动性,采用储能系统改善风电机组的并网运行特性。文章分析了蓄电池储能系统的基本原理及其控制策略,并基于电磁/机电暂态混合仿真程序DIg SILENT/Power Factory搭建了对应的储能系统模型,将其配置在双馈型风电场出口母线的公共连接点处。分别在风速随机波动以及电网侧发生故障的工况下,研究所建储能系统的动态响应特性,结果表明,储能系统可以减小风电输出功率的波动对电网的影响,并能提高风电场并网的稳定性。     

风电机组虚拟惯量一阶自抗扰控制研究

为改善独立微网中由于系统惯量小导致的频率暂态稳定性差的问题,该文研究利用风电机组虚拟惯量参与调频的控制算法。首先,分析风电机组虚拟惯量控制(VIC)机理和其存在转速快速恢复和超调过程造成调频能力下降的问题,并说明传统比例微分(PD)控制的原理;然后,利用系统频率动态响应方程,推导虚拟惯量一阶自抗扰控制(ADRC)的设计过程;最后,通过仿真和实验验证得出ADRC比PD控制优势在于能降低转速恢复速度和抑制转速超调,能更充分的释放虚拟惯量,因此ADRC进一步减小了微网暂态频率偏差和稳定时间。     

恒速风电机组对电网暂态电压稳定性的影响

基于恒速风电机组的结构,给出风电机组各部分的数学模型,利用仿真软件DIgSILENT/PowerFactory建立恒速风电机组的动态模型,并利用该模型在WSCC 3机9节点算例中仿真恒速风电机组并网运行时因风速变化引起的电网电压波动,通过极限切除时间分析恒速风电机组并网对电网暂态电压稳定性的影响,并与接入相同容量的同步机组进行比较。结果表明,恒速风电机组的接入降低了电网的暂态电压稳定性,且接入恒速风电机组装机容量越大,电网的暂态电压稳定性越差。由此提出改善恒速风电机组并网后电网暂态电压稳定性的建议。     

基于强化学习的新能源场站储能一次调频自适应控制策略

针对当前储能参与一次调频时不同控制策略配合存在的缺陷,在传统虚拟惯性和虚拟下垂控制方法的基础上,考虑新能源出力特征,提出一种基于强化学习算法的新能源场站储能一次调频自适应控制策略。所提策略中,强化学习智能体负责根据系统频差和频差变化率实时波动来动态调整储能通过虚拟惯性控制方法参与一次调频的出力占比,进而由储能一次调频自适应控制器计算出虚拟下垂控制方法的出力占比,并获取储能总一次调频出力指令。考虑到新能源场站有功扰动的随机性,本工作中的强化学习智能体通过在特定新能源场站出力扰动下学习获取,其中新能源场站出力扰动由风速扰动通过风电机组模型获取。所提控制策略能充分发挥虚拟惯性和虚拟下垂控制方法在调频前后期的不同优势,实现两种控制方法的最优结合,挖掘储能参与一次调频的潜力。最终在Matlab/Simulink中搭建了区域电网频率响应模型,基于新能源发电突变和新能源发电连续波动两种扰动工况来模拟新能源场站极端工况和实际运行场景,并通过仿真验证了所提控制策略的有效性。结果表明,本工作所提策略能在调频过程中合理调整虚拟惯性出力和虚拟下垂出力的占比,减少电池储能的动作深度,有效缓解新能源出力波动给电网...     

An input‐output linearization–based control strategy for wind energy conversion system to enhance stability

This paper proposes a novel control strategy for doubly fed induction generator (DFIG)‐based wind energy conversion system to investigate the potential of enhancing the stability of wind energy transmission system, a synchronous generator weakly integrated to a power system with a DFIG‐based wind farm. The proposed approach uses state feedback to exactly linearize the nonlinear wind energy transmission system from control actions (active power and reactive power control order of DFIG) to selected outputs (power angle and voltage behind transient resistance of synchronous generator) at first. Then, on account of the linearized subsystem, the stability enhancement controller is designed based on linear quadratic regulator algorithm to contribute adequate damping characteristics to oscillations of the synchronous generator system under various operation points. The proposed control strategy successfully deals with the nonlinear behaviors exist from the inputs to outputs and improve the robustness with respect to the variation of system operation points. Furthermore, not only the rotor angle stability but also the voltage stability is enhanced by using the proposed control strategy. The simulation results carried on the studied system verify the effectiveness of the proposed control strategy of wind energy conversion system for system stability enhancement and the robustness against various system operation points.     

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。     

基于广义预测控制的风电场调频控制策略研究

为降低通信延迟对风电参与二次调频时频率稳定性的影响,提出一种基于系统辨识理论和广义预测控制算法控制风电机组参与电力系统二次调频的控制策略。首先,建立考虑通信延迟的单区域互联电力系统二次调频模型。其次,通过利用变遗忘因子递推最小二乘算法（FFRLS）进行在线辨识,建立单输入单输出被控系统的差分方程的受控自回归滑动平均模型（CARMA）,将系统频率偏差和风电场功率指令作为输出变量和控制变量设计广义预测控制器。最后,在不同延时参数以及参数摄动情况下对所提控制策略进行仿真验证。结果表明：所提控制策略在满足系统频率稳定性的同时,使得系统上升时间缩短,超调量大幅减小。     

双馈风力发电机组等效模型对机组暂态稳定性影响

为研究并网双馈风力发电机组的机电耦合作用对机组暂态性能的影响,采用等效集中质量法,在Mat-lab/Simulink环境下,提出一种基于叶片弯曲柔性和传动轴扭转柔性的风力发电机组3质量块等效模型。结合双馈发电机控制策略,分别以额定功率750 kW和3 MW的风力发电机组为例,对其在电网电压跌落和机械扰动两种情况下进行暂态稳定性仿真,并将仿真结果和传统的1质量块、2质量块等效模型的仿真结果进行比较分析。结果表明:随着单机容量的增加,叶片的柔性对机组暂态稳定性的影响逐渐增大,建立3质量块等效模型对研究大容量双馈风力发电机组暂态稳定性是必要和有效的。     

考虑调频可靠性的风储系统多目标优化策略

针对风电强不确定性导致的电力系统频率不稳定问题,提出了考虑调频可靠性的风储系统多目标优化策略,以风电功率预测数据为基础,利用风储系统对电力系统提供频率支撑,保证电力系统频率稳定。该策略包含补偿和调频两个步骤,首先提出基于储能系统的风电预测误差补偿策略,并将风电预测误差补偿至10%以内,同时为风电场预留20%的调频容量。其次,考虑系统调频经济性,提出基于模型预测控制的风储系统参与电力系统频率控制策略,采用风电备用和储能系统进行调频。最后,将上述策略作为约束条件,采用多目标哈里斯鹰算法求解满足上述双目标的储能容量用以验证策略的有效性。仿真结果表明：本文所提调频策略能够在保障调频可靠性的基础上,降低电网频率波动,满足风电系统和电网的高效、安全运行。     

储能对含高风电渗透率系统暂态稳定性的影响

由于可再生能源并网会带来随机性和波动性,高比例可再生能源并网的暂态特性与传统电力系统有显著区别。因此,研究了在高比例可再生能源并网中加入储能装置对系统暂态稳定性的影响。首先建立了双馈风力发电机的模型和等值的双机群系统节点导纳矩阵,并对送端机组机械功率增量和双馈风机外特性的关系进行了理论推导,在此基础上分析了高比例风电渗透率对风火打捆系统功角稳定性的影响,然后建立储能模型,仿真分析了有无储能装置对风电渗透率的影响。结果表明,加入储能装置后,可使同步机的第一摆角度有效减小,且在风电渗透率增大的同时,更好地维持了系统的暂态稳定性。     

超导储能对并网型风电场运行性能影响的仿真分析

采用超导储能(SMES)可以改善风电场并网运行的稳定性,针对风电系统中出现的联络线短路故障和风电场的风速扰动,提出利用超导储能安装点的电压偏差信号作为超导储能有功控制器的控制策略。为了验证这种策略的有效性,建立了风电机组和超导储能装置的数学模型,并利用MATLAB/Simulink软件搭建了风电场接入电网后的仿真模型。仿真结果表明,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。     

Dynamic participation of doubly fed induction generator in automatic generation control

Increasing levels of wind generation have resulted in an urgent need for the assessment of their impact on frequency control of power systems. The displacement of conventional generation with wind generation will result in erosion of system frequency. The paper analyzed the dynamic participation of doubly fed induction generator (DFIG) to system frequency responses of two-area interconnected power system having variety of conventional generating units. Frequency control support function responding proportionally to frequency deviation is proposed to take out the kinetic energy of turbine blades in order to improve the frequency response of the system. Impacts of different wind penetrations in the system and varying active power support from wind farm on frequency control have been investigated. Integral gains of AGC loop are optimized through craziness-based particle swarm optimization (CRPSO) in order to have optimal transient responses of area frequencies, tie-line power deviation and DFIG parameters.     

考虑风电不确定性的交直流混联系统同质化能量函数模型

交直流混联电网是电网发展的新形态,如何有效保障交直流混联系统安稳运行是重大而紧迫的国家需求。文章针对含大规模风电的交直流混联系统稳定性问题,提出考虑风电波动不确定性的交直流混联弱送端系统同质化能量函数模型。首先,研究含大规模风电的交直流混联弱送端系统潮流方程;其次,建立含风电的交直流混联系统支路暂态势能函数模型,研究交直流混联系统功角稳定机理,建立基于同质化能量函数模型;在此基础上,提出基于同质化能量函数的电力系统稳定性评估模型,并推导交直流混联系统稳定性判据;最后,以北方某区域交直流混联系统为仿真算例,验证所提模型的有效性,为含大规模新能源的交直流混联系统的稳定性控制提供理论依据。     

Coordinated control of TCPS and SMES for frequency regulation of interconnected restructured power systems with dynamic participation from DFIG based wind farm

Among the several wind generation technologies, variable-speed wind turbines utilizing doubly fed induction generators (DFIG) are gaining momentum in the power industry. Increased penetration of these wind turbine generators displaces conventional synchronous generators which results in erosion of system frequency. With this assertion, the paper analyzes the dynamic participation of DFIG for frequency control of an interconnected two-area power system in restructured competitive electricity market. Frequency control support function responding proportionally to frequency deviation is proposed to take out the kinetic energy of wind turbine for improving the frequency response of the system. Impacts of varying wind penetration in the system and varying active power support from DFIG on frequency control have been investigated. The presence of thyristor controlled phase shifter (TCPS) in series with the tie-line and Superconducting Magnetic Energy Storage (SMES) at the terminal of one area in conjunction with dynamic active power support from DFIG results in optimal transient performance for PoolCo transactions. Integral gains of AGC loop and parameters of TCPS and SMES are optimized through craziness-based particle swarm optimization (CRPSO) in order to have optimal transient responses of area frequencies, tie-line power deviation and DFIG parameters.