Research on optimal configuration strategyof energy storage capacity in gridconnectedmicrogrid

To coordinate the protection of PMSG (permanent magnet synchronous generator), collector circuits and outgoing lines, a comprehensive and improved protection method of PMSG based wind farms with LVRT (low voltage ride through) capability is proposed. The proposed method includes adding a short time delay to the collector network current protection zone I and a directional protective relaying to the collector network protection, installing grounding transformers and zero sequence current protection, and generator low-voltage protection action improvement. A LVRT scheme consisting of variable resistance dumping circuit, grid side dynamic reactive power control and reactive power compensation control is proposed. The fault characteristics of PMSG based wind farms are analyzed, and a PMSG based wind farm in Dabancheng, Xinjiang, is used as an example to analyze typical wind farm protection configuration, the setting values considering LVRT requirements, and the coordination problems. Finally, an improved wind farm protection coordination methodology is proposed and its validity is verified by simulation.     

基于VSC-HVDC并网风电场的低电压穿越技术研究

VSC-HVDC系统应用于大规模风电集中并网、远距离输送时,要解决电网故障时风电场的低电压穿越(LVRT)问题。为此,提出VSC-HVDC系统与风电场的协调控制策略。低电压穿越期间,通过HVDC两端变流站对电网提供无功支持并采用基于频率控制的快速功率降低算法控制风电场馈入功率,维持直流线路功率平衡。同时,提出风电机组分层控制,使之与HVDC功率控制相协调,保持风电机组的电压稳定。VSC-HVDC系统与风电场间无需通信连接,无需增加设备投资,具有较好的经济性。最后,算例仿真结果验证了该控制策略的快速性和有效性。     

VRB储能系统对风电场LVRT特性影响分析

为满足电网规定的并网风电场必须具有低电压穿越能力（LVRT）要求,提出一种在风电场并网点加入直接功率控制的钒液流电池（VRB）储能系统的拓扑结构来提高风电场LVRT.根据目前风电机组发展趋势风电场采用基于全功率双脉宽调制AC/DC/AC控制策略的逆变器的永磁直驱风电机组（PMSG）,VRB储能系统逆变器采用DC/AC双向功率流动的控制策略.所提出的控制策略通过协调控制风电机组机侧整流器、网侧逆变器和VRB变换器,实现平抑风电场出力和电压跌落时PCC点电压稳定控制及向电网提供一定的无功补偿.仿真结果表明,风速波动和系统电压跌落时,提出的方案可以有效平抑风电场出力波动,提高风电场LVRT能力,减小对系统安全稳定运行的负面影响.     

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。     

风力发电机组低电压穿越测试与分析

随着风电在电力系统中的穿透率逐年上升,风力发电与电力系统之间的相互影响越来越大,电力系统对并网风力发电机组在电网故障下能不间断运行提出强制性要求。分析了直流卸荷电路的工作原理和拓扑结构,建立了直驱风电系统模型。机侧变流器采用改进的直接电流矢量控制策略,实现了发电机平稳高效运行;对网侧逆变器控制策略做了进一步改进,增强机组的低电压穿越能力。利用移动式低电压穿越检测设备对内蒙古某风场永磁直驱风电机组进行了现场测试,测试结果满足国网的风电低电压穿越运行要求。     

直驱风机低电压穿越控制技术研究及实测验证

随着风电大规模接入电网,新的并网规范要求风力发电机组必须具有低电压穿越能力.针对直驱式风电机组,采用直流母线卸荷电阻限制电压跌落时变流器直流环节产生的过电压,并通过改进电流控制策略抑制变流器过电流,从而实现永磁同步发电机风电机组的低电压穿越运行.在网侧变流器数学模型的基础上进行了卸荷电阻的优化设计,提出了电网电压跌落故障时网侧变流器的改进电流控制策略,最后在1.5 MW级永磁同步发电机风电机组上进行现场低电压穿越能力测试,实测验证了所提出方法的正确性.     

基于保障低压穿越能力的风电机组撬棒自适应投切策略研究

针对风电场低压穿越(Low Voltage Ride Through, LVRT)能力提升问题,以并网型中大规模风电场为研究对象,从整个风电场层面出发,分析了故障扰动场景下双馈风机(Doubly-fed Induction Generator, DFIG)的暂态特性及LVRT能力。利用RBF(Radial Basis Function)神经网络对切除后的DFIG转子电流暂态过程进行有效拟合,提出了一种撬棒保护自适应投切策略。算例仿真结果表明,RBF神经网络对故障后转子侧最大电流预测较为准确,能够有效避免撬棒的重复投切。该策略进一步提升了故障场景下风电场的无功支撑和LVRT能力,显著提高了风电场运行的安全稳定性水平。     

Pitch control based on voltage dip detection for improving the LVRT of wind farm

For the stability of power systems including large‐scale generation of wind power, wind farms are expected to fulfill the requirement with the capability to remain connected to the systems during a momentary voltage dip occurring in power networks. This has prompted many utilities to adopt the low‐voltage ride‐through (LVRT) of wind turbine generators (WTGs) as one of the requirements in interconnection of large wind farms. This paper presents a new method of pitch angle control for fixed‐speed wind turbine (FSWT) to achieve LVRT capability improvement. The FSWT is equipped with directly grid‐coupled squirrel‐cage induction generator and the LVRT behavior of such wind turbine is closely related to the overspeeding of wind turbine rotor during voltage dip. If the turbine rotor speed can be reduced quickly during voltage dip so as not to rise over the maximum speed, then the sudden disconnection of WTG can be avoided. The proposed pitch control system can modify the pitch angle in the short response time by the coordination of protective relay. Then the pitch angle is adjusted by a feedback proportional integral controller based on the measurement of induction generator terminal voltage. Simulation study shows that the application of the proposed pitch control system can improve the LVRT performance of a wind farm equipped with FSWTs. © 2011 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

直驱式风电场功率协调控制策略

针对因风速扰动、负荷变化等引起的缓慢且幅度较大的电压波动,提出了一种基于直驱式风电场的功率协调控制策略。通过调节桨距角降低有功出力,从而增加风电场无功功率的调节能力,维持风电场出口电压水平,从而预防或避免由于电压偏差较大引起风电机组进入低电压穿越模式,造成其对电网更大的冲击。仿真结果表明,上述方法能够合理协调控制风电场的有功和无功出力,有效为风电场出口电压提供无功支持,从而维持接入点电压的稳定性。     

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。     

基于模式切换的永磁同步风力发电机组低电压穿越控制策略

随着风电机组安装容量的不断上升,风电系统在电网故障情况下的稳定运行尤为重要,电网导则要求风电机组在电网电压瞬间跌落一定范围内不脱网运行,具备低电压穿越能力(low-voltage ride-through,LVRT)。对于永磁同步风力发电机(permanent magnet synchronous generator,PMSG)机组,快速控制直流电容电压是实现低电压穿越的关键。文章采用一种基于模式切换的PMSG机组低电压穿越控制策略,该策略在电网电压正常和故障时进行控制模式切换,选择网侧变流器或机侧变流器来控制直流电容电压。另外,为加快直流母线控制速度,提出了一种改进前馈方法,加快了控制速度,降低了直流母线电压的峰值。仿真结果验证了所提控制策略的有效性。     

考虑风电预测及电压分布的风电场无功设备协调控制优化研究

为解决风电场内多类型设备导致的风力发电间电压偏移和场站内无功分配协调控制研究不足的问题,本文在传统风电场AVC系统的基础上,提出考虑大型风电场内所有风电机组电压控制水平及动态无功储备的多目标控制方法,首先分别计算考虑风机机端电压均衡分布后的每个风电场的所有风力发电机组和无功补偿设备的总无功功率的可调节容量,其次根据超短期风功率预测,确定离散型无功设备的投切计划,使用最小二乘拟合法获得系统安全系数与所有无功补偿设备调节量之间的函数,然后基于最优潮流计算考虑电压偏差、无功调节量最小、动态无功储备满足故障后要求等多目标约束获取无功补偿设备的最佳设定值。最后,本文通过甘肃电网某实际风电场验证了该方法的有效性。     

基于改进遗传算法的风电场多目标无功优化

针对风电场并网运行的多目标无功优化和电压稳定问题,建立了基于异步发电机内部等值电路的含风电场的电力系统无功优化模型,提出了风电场无功优化的目标函数和约束条件。结合非支配排序思想、精英保留策略、改进的小生境技术,得到了一种将向量模适应度函数作为淘汰准则的改进Pareto遗传多目标优化算法。以某风电场接入IEEE 14节点标准测试系统为例,将改进算法用于含风电场的电力系统无功优化。仿真结果表明,应用改进的遗传多目标优化算法可以同时得到多组Pareto最优解,为决策者提供了更多的选择余地,使风电场并网点母线电压在允许范围内。     

多级联H桥STATCOM在风电场中的应用

大规模风电场接入电网会对电网稳定性产生巨大影响,风电场出力变化会引起电网电压波动,严重时会导致系统电压崩溃.静止同步补偿器(STATCOM)可提供感性和容性无功功率,对改善风电场电压稳定具有重要作用.采用链式STATCOM作为风电场的无功补偿装置,针对链式结构直流侧电容电压不平衡问题采用了改进的直流侧电压平衡控制方法.最后,通过仿真结果验证了所采用链式STATCOM直流侧电压平衡控制策略正确可行,同时验证了STATCOM对风电场低电压穿越(LVRT)能力的改善.     

基于多相PMSG和三电平变流器的风电机组低电压穿越

当前国内外对于风电机组的并网规范都要求电网发生电压跌落时风电机组能够保持不脱网运行以帮助电网故障恢复。针对一种新型的基于多相直驱永磁同步发电机(PMSG)和混合式三电平变流器的大功率直驱风电系统的低电压穿越技术进行了研究。首先分析了电网故障对直驱风电系统带来的影响,然后给出了新型机组的低电压穿越策略,即通过改变电机侧和电网侧变流器的电流给定,配合发电机转速调节的方法来控制系统的能量传输,进而达到穿越故障的目的。最后建立了所提出的风电系统的时域模型,给出了不同电网故障情况下的仿真结果,验证了控制策略的可行性和有效性。     

风电场送出线路距离保护的探究

风电场的电气特性必须符合新的大型风电场并网标准和要求。按照这些要求,风电场受到的约束仅仅是当时的风力条件,应该能在传统发电厂的水平上完成控制任务。例如,在电网降低输电容量时(如主干电网器件替换或检修),风电场的所有风力机可以运行,但功率水平降低。风电场也必须能参与局部平衡控制(二次调频)。主要基于具有低电压穿越能力的双馈风机,在联络线的风电场侧和网侧都采用距离保护,增加保护的可靠性,并建立保护模型,并将其与风机模型相结合进行研究。     

低电压穿越控制下双馈风电机组短路电流特性与计算方法

双馈风电机组(DFIG)的规模化应用使得电力系统的故障特性发生了变化,极大制约了电力系统继电保护的实施。针对现有研究未计及低电压穿越(LVRT)措施对DFIG故障特性的影响问题,对低电压穿越控制下DFIG的短路电流进行研究,重点考虑DFIG无功功率输出通过改变机端电压对机组故障输出特性的影响。着眼于DFIG定转子绕组反应、变换器LVRT控制的相互耦合,通过构建LVRT控制下的DFIG矢量模型,导出了LVRT控制启动前和启动后的DFIG短路电流表达式,从无功功率输出和LVRT控制启动延时两个方面分析LVRT控制对DFIG短路电流的影响,建立LVRT控制启动前和启动后的DFIG故障等效模型,提出考虑LVRT控制影响的DFIG并网系统短路电流的计算方法。     

提高直驱永磁风机低电压穿越能力的功率协调控制方法

在分析直驱永磁同步风力发电机低电压穿越问题产生机理的基础上,提出了一种适用于直驱风机的新型功率协调控制方法。该方法综合使用改进的双侧变流器和桨距角控制手段,低压暂态时,利用变流器直流母线电容充电储能配合风机转子变速储能承担风机产生的不平衡能量,减弱机组机械轴系所受的冲击作用;使用变桨系统减少风机捕获的风能,减轻机组低电压穿越的负担;通过网侧变流器向电网提供动态无功功率,减小网侧电压的跌落幅度;同时在双侧变流器的控制器中增加协调限流控制环节,用以保证风机有功无功控制目标的有效实现。文中所述方法不附加任何硬件,充分使用直驱风机自身可用的控制手段,能够有效提高直驱风机在全风域范围内的低电压穿越能力。最后,使用DIgSILENT/Power Factory搭建仿真实例,验证了所述方法的实用性和有效性。     

基于无功判定法的Crowbar保护电路退出控制

"并网难"已成为风电发展的瓶颈,而低电压穿越(Low Voltage Ride Through,LVRT)是风电并网中的核心技术,目前主要采用Crowbar保护电路实现风电机组在大干扰下也具有LVRT能力,而Crowbar电路退出时间对电网故障恢复有很大的影响。根据我国风电大规模远距离的特点,在DIgSILENT中建立了双馈风力发电机组(Doubly-Fed Induction Generator,DFIG)的动态模型,并经过远距离输电线与IEEE9节点电力系统相连,仿真分析了DFIG在各种短路故障条件下的运行特性,提出一种基于无功功率判定的Crowbar退出控制方法,能实现Crowbar电路在故障切除后立刻退出,提高了DFIG的LVRT能力。     

直驱风力发电系统设计与仿真

对直驱风力发电系统的风力发电机和网侧变换器的数学模型进行了分析,并在此基础上设计了机侧和网侧控制器。根据风力机功率与风力机转速和转矩的关系,设计了基于最优转矩控制的最大功率点跟踪控制算法。设计了基于Crowbar的低电压穿越方案,采用Buck电路连接,减小了电流冲击。运用Matlab/Simulink软件,搭建了直驱风力发电系统模型,对并网过程,机侧变换器和网侧变换器的控制性能,以及MPPT和LVRT方案进行了验证。