海上风电经双极柔直系统送出功率平衡控制策略

近年来,远距离、大容量的海上风电场的建设获得了快速的发展。基于模块化多电平的柔性直流输电系统（VSC-HVDC）是未来远距离海上风电并网的首选方案。海上风电通过采用双极的柔性直流输电系统送出,可以同时提升柔性直流的传输容量和可靠性。首先介绍了海上风电经双极MMC-HVDC送出系统,然后详细设计了该柔性直流系统双极优化控制策略,实现了双极传输功率平衡以及海上交流系统电压和频率的无差控制。最后通过在PSCAD/EMTDC平台上搭建离线仿真模型,验证了上述功率平衡控制策略的有效性和可行性。     

海上风电场并网柔直系统的故障穿越协调控制策略

分析了基于H桥换流单元与集中式斩波电阻的多电平集中式卸荷电路(dynamic braking resistor,DBR),介绍了其结构拓扑、参数设计与控制方法,并对比模块化多电平卸荷电路,验证其故障穿越(fault ridethrough,FRT)性能。针对海上风电场并网柔性直流输电系统,结合双馈与永磁直驱风场侧换流站的交流电压降压法,利用风电机组(wind turbine generator,WTG)自身功率调节能力,设计FRT协调控制策略,在保证系统故障穿越性能的前提下,缩减卸荷电路所需容量,适用于高压大容量场合。依据德国已投运Borwin1工程的参数,在PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真软件中搭建三端柔性直流输电系统模型,验证了所提协调控制策略具有良好的FRT控制效果。     

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。     

基于RTDS的海上风电柔性直流输电系统自适应下垂控制

针对实现直流系统并网已迫在眉睫的问题,提出基于RTDS的海上风电柔性直流输电系统自适应下垂控制。基于RTDS的海上风电柔性直流输电系统,建立海上风电柔性直流输电模型,探讨了自适应下垂控制策略。通过试验证明自适应下垂控制模型在大规模远海岸上柔性直流输电技术上有更好的应用前景。     

海上风电–柔直并网系统自同步电压源控制与电网故障穿越

采用柔性直流输电技术送出是大规模海上风电的发展趋势。由于电流控制型的海上风电–柔直并网系统隔离了风电场的惯量,电压源控制方式成为应对新能源主导电力系统稳定运行的一种有效途径。现有海上风电–柔直并网系统的电压源控制研究多集中于控制实现与稳态特性方面,而针对该系统故障控制方面的研究十分匮乏。该文提出一种具备故障穿越能力的海上风电–柔直并网系统自同步电压源控制策略。在受端换流器中,通过子模块能量与同步发电机转子的类比及直流侧的解耦控制,兼顾了对直流母线电压的灵活控制和对电网频率的无锁相环自同步,并改善了通过直流母线电压向送端换流器传递电网频率时的抗扰性能。送端换流器从直流电压中提取电网频率并镜像到其交流侧,辅助海上风电场实现对电网的惯量响应。进一步地,设计受端换流器的电网故障穿越策略,在实现对输出电流限幅的同时,确保了受端换流器的功角稳定。最后,在PSCAD/EMTDC软件中通过仿真验证所提控制方法的有效性。     

风电柔直并网中次同步振荡抑制策略

基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter, MMC)的柔性直流输电技术已成为大规模远距离风电并网的重要解决方案。但由于MMC自身含有大量电力电子装置,存在引发次同步振荡的风险。针对次同步振荡问题,提出一种计及风机转子侧和环流抑制器的附加阻尼控制策略,在建立风电并网模型的基础上,采用阻抗法对次同步振荡的产生机理进行进一步分析研究。通过MATLAB/Simulink进行仿真试验。结果表明,控制策略能更快地抑制振荡,更好地提高电能质量,同时验证了方法的可行性和正确性。     

经多端直流并网的海上风电场调频协同控制和风机转速恢复策略

针对海上风电场经多端柔性直流电网提供频率支撑的功率安全分配问题以及二次频率跌落问题,提出了风电场与换流站协同频率支撑控制策略及风机预设恢复策略.协同控制包括换流站和风电场两个层面.换流站层面,采用功率电压下垂控制,引入功率裕度因子修正自适应下垂系数,实现对风电场提供频率支撑功率在换流站间的合理分配以避免过载;海上风电场...     

大规模海上风电场并网接入方式

海上风电场以其储量丰富、风力稳定、干扰少等特点,受到越来越多的关注,是未来风力发电发展利用的大趋势。对比分析了适用于海上风电场并网的高压交流(HVAC),常规高压直流(LCC-HVDC)和柔性直流输电(HVDCFlexible)3种并网方式,并着重探讨了几种柔性直流输电并网的具体方案以及适用于海上风电场的直流换流站拓扑结构。     

海上风电柔直并网系统主动能量控制与交流耗能装置协同策略

针对目前海上风电柔直并网系统采用直流耗能装置存在的工程经济性差、能量浪费等问题,该文提出一种能够协同交流耗能装置运行的主动能量控制策略。首先,通过计算柔直系统能量裕度,定量地验证基于主动能量控制的盈余功率解决方案的可行性。随后,提出柔直换流器交直流电流对偶控制技术,构建换流器的电容能量控制器。进一步考虑交流耗能装置的运行特性,提出换流器能量–交流电压控制器。在此基础上,设计可充分利用柔直系统能量裕度的主动能量控制与交流耗能装置协同控制方法。最后,在PSCAD/EMTDC仿真平台中搭建典型海上风电柔直并网系统的仿真模型,对不同故障类型的交流故障进行仿真,验证所提主动能量控制与交流耗能装置协同策略的有效性。     

轻型直流输电在海上风力发电并网中的应用

比较海上风电场的并网方法,说明了轻型直流输电技术在连接风电场与电网方面具有的独特优势。在换流站的d-q解耦控制基础上,研究设计了轻型直流输电控制器,并利用PSCAD/EMTDC仿真软件,对海上风电场的轻型直流输电模型进行仿真。仿真结果表明,轻型直流输电能很好地承担海上风电场的并网工作,并且具有快速的电流响应特性和鲁棒性。     

大规模海上风电高电压穿越研究进展与展望

海上风电因其风速高、风力稳定、对环境影响小、发电量大等特点成为可再生能源的发展重心。因海上传输线路产生容性无功,风电场容易面临高电压穿越问题。梳理了当前国内外海上风电机组高电压穿越的发展历程,并以当前主流机型双馈风机系统为研究对象,从风机控制器控制策略、电压源换流器控制策略、增加补偿装置以及增加组合保护电路方面,对目前文献进行了分类和总结。通过对现有高电压穿越方法的综述,指出了大规模海上风电场高电压穿越存在的问题和进一步研究方向。     

特高压直流故障对风电场送出可靠性的影响及改进措施

介绍了风电特性和特高压直流故障对电网的影响,分析了特高压直流故障对风电送出可靠性的影响。通过对系统进行模拟仿真,发现通过优化直流无功控制系统与稳控系统间的动作配合等措施,对减小直流系统故障对系统电压波动及风机脱网的影响有明显的作用。     

海上风电场海底高压电缆故障监测方法的研究

海底高压电缆是海上风电场传输电能的重要组成组成部分,因此海底高压电缆的安全运行对海上风电电力系统至关重要。针对分布式光纤传感器在线监测海底高压电缆运行状况的方法,利用有限元软件ANSYS建立XLPE海底高压电缆模型,仿真分析海底高压电缆在不同故障形式下,海底高压电缆内部物理量的变化,为分布式光纤传感器在线监测海底高压电缆运行状态提供参考。最后,根据这些仿真结果提出了一个信息融合的模型,以方便综合利用这些特征量和提高定位精度。     

直驱风电场高电压穿越控制策略研究

高电压故障给新能源机组和电网安全稳定运行带来的危害日趋严重。本文首先介绍当前各国高电压穿越(HVRT)的技术标准,分析了电网中高电压故障产生的典型原因,根据原因和故障程度的不同将高电压故障分为两类。其次以永磁直驱风电机组(PMSG)为例,分析了PMSG在高电压故障期间的暂态过渡过程,并设计了高电压穿越控制策略。分析表明,典型参数设计下,利用该策略,PMSG机组难以穿越由直流输电系统闭锁等导致的深度高电压故障。进一步,提出了新能源机组与无功补偿装置的协同控制策略,以实现新能源机组在深度高电压故障下的穿越。最后基于PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真验证了本文分析结果和所提方法的有效性。     

多端电压源型直流互联系统频率稳定性控制策略

以提高电压源型换流器多端直流互联系统的频率稳定性为目的,提出了一种适用于多孤岛电网换流站共同参与主网频率调节的多端协调控制策略。该控制策略首先是根据互联系统的数学模型,利用非线性鲁棒控制中的反馈线性化H∞方法设计出了各孤岛电网换流站直流功率调节量的控制律。然后考虑各孤岛电网自身频率波动情况,利用单纯形法滚动优化直流功率调节量控制律中的直流功率分配系数,从而得到最优分配的直流功率调节量,保证了各换流站以最优直流电压斜率控制协调参与主电网的频率稳定调节过程。最后,在PSCAD/EMTDC中以三端柔性直流互联系统为例,通过与常规控制策略进行对比仿真,验证了所提控制策略的正确性和优越性。     

海上风电场高压XLPE绝缘海缆可靠性评估的方法

海上风电场需要对所使用的高压XLPE绝缘海缆方案的稳定性能以及故障损失风险进行评估,但目前国内外尚无应用在此领域中可靠性评估的实用方法。结合近海风电场海底电缆传输系统多种故障状态的特点,建立海底电缆的故障树模型和马尔可夫可修系统可靠性评估模型。最后,以国内某海上风电项目为案例进行分析,计算结果显示:三种方案的稳态无故障状态概率分别为97.5%、96.7%、97.4%;年传输容量期望计算值分别为1.9496×10~2、1.9673×10~2、1.9496×10~2MW;年故障损失成本期望值分别为2.51×10~3、1.77×10~3、2.61×10~3万元。根据计算结果可知,方案1无故障状态概率最大,但是三方案中,年传输容量和故障损失成本期望计算值对比分析,方案2(2回110 k V三芯高压XLPE绝缘交流钢丝铠装海缆)较优。实例表明,近海风电场高压XLPE绝缘海底电缆传输系统的可靠性评估需考虑其不同的故障状态,马尔可夫可修系统模型能够根据海缆传输系统不同的故障状态,从传输容量和故障损失成本的角度优化海缆的设计方案。     

海上风电场VSC-HVDC并网不对称故障负序电流控制

基于大型海上风电场通过柔性直流输电并网系统,分析研究了柔性直流输电系统的数学模型和控制策略。针对交流电网侧发生不对称故障时产生负序电流,采用延时法进行正负序分解,进而对正负序电流单独控制,提出了负序电流控制策略,抑制不对称故障时产生的负序分量。基于PSCAD平台搭建了仿真模型,仿真验证了所提策略可以很好地抑制负序电流。