提高复杂拓扑风电场动态等值水平的增广路径标号算法*

随着风电场装机容量增加、规模扩大、拓扑结构日益复杂,风电场等值建模对电网仿真分析的影响越来越大。首先建立BPA风电场仿真模型以及两机电网模型,针对复杂拓扑风电场等值建模,提出采用增广路径标号算法分组识别大型风电场复杂拓扑结构特性,以集电参数功率损耗为等值建模原则,经过干线式和放射式接线组合的多次迭代后,完成复杂拓扑风电场的单机等值建模。最后,应用BPA程序仿真分析不同规模风电场的动态等值水平,比较并网点功率及频率特性,验证了所提出的等值方法能够解决复杂拓扑风电场等值问题,提高了动态等值水平。对于大规模风电场,此方法提高了并网点功率的适应性,但对暂态响应特性的适应性不足,仍须进行多机等值建模。     

风机低电压穿越控制对系统暂态过电压的影响及优化

特高压直流输电工程及近区大规模风电场的陆续投运使系统交直流故障扰动后的暂态过电压问题愈发凸显,严重威胁交直流设备安全,已成为严重制约特高压直流输电能力及风电场并网功率的关键因素,其中风电机组在系统交直流故障扰动后低电压穿越过程中的有功/无功功率动态特性是引起系统暂态电压进一步升高的重要因素。鉴于此,结合我国风电机组并网技术规范,首先阐明了风电场在电网故障穿越过程中的控制切换逻辑,并详细分析了风电机组在低电压穿越期间及恢复过程中的暂态有功及无功输出特性。其次,探讨了风电场低穿过程恶化系统暂态过电压的作用机制,在此基础上,对比分析了不同低穿控制方式对风电机组功率特性及对系统暂态电压的影响,并指出了敏感影响因素。最后,提出了风电机组低穿控制性能优化建议,可用于指导实际并网风电机组低穿控制策略优化,以有效抑制系统暂态过电压水平。     

关于双馈风电场动态等值的认识和探讨

以双馈风电机组为例,对不同风速下机组的暂态响应特性进行了模拟分析,发现和解析了一些有意义的现象,并以此为基础对双馈风电场动态等值的相关问题进行了研究和探讨。研究表明:低风速机组在暂态过程中存在明显的有功消耗现象,使其在风电场动态等值中不宜忽略;工作于不同风速下的风电机组,其有功功率和电流暂态响应曲线在幅值大小、波动程度及响应速度方面呈现出非线性差异,导致分群数多但等值效果可能变差;工作于恒转速区和恒功率区的风电机组,其有功功率和电流暂态响应曲线的聚群特性,使其可以合为一群;大型风电场集电线路较长且接线复杂,基于功率损耗相等原则得到的等值阻抗,不能保证暂态过程中的一致性,因此应加强集电网络阻抗动态特性方面的研究。     

一种实用的风电场等值方法研究

针对现有的大型风电场等值方法仅考虑风电场外部特性对等值模型的影响,忽略了风电场内部机组之间和风电场与并网近区系统之间的耦合关系,分析了风电场不同开机方式、不同单机出力功率对系统暂态稳定特性的影响,找到了描述风电并网对系统冲击最恶劣的风电场运行工况,提出基于该运行工况下的风电场简化等值方法,并以等值算例验证其有效性。     

基于实时数字仿真的大型风电场双馈型机组等值模型的建立

为了仿真大型并网风电场的动态电气特性,正确评价风力发电场对电力系统稳定性的影响,需要对风电场进行整体建模。介绍了风电场等值建模的基本原理,研究基于实时数字仿真(RTDS)的双馈型机组各参数等值方法,通过对比分析风电场详细模型和等值模型正常运行时的稳态特性和故障时电磁暂态特性,验证等值模型的可靠性。     

计及风电场集电网络等值模型的仿真研究

以双馈感应发电机组构成的风电场为研究对象,考虑了风力发电机与集电网络的等值,提出两种模型,研究了单机加权等值与等功率损耗结合模型,降阶变尺度等值与并联化结合模型。针对风电场机组参数完全相同的算例,利用PSCAD/EMTDC建立了风电场的不同等值模型,对风速扰动和PCC处发生电压跌落故障下的风电场暂态特性进行了比较分析,研究结果验证了等值模型的正确性。     

基于遗传算法的风电场等值模型的研究

在分析笼型异步风力发电机组动态模型的基础上,利用含笼型异步风力发电机组的风电场详细模型的运行数据,提出了基于遗传算法的风电场单机等值建模方法和参数优化模型。针对风电场内机组参数完全相同和不同的两种算例,对风速扰动和风电场出口处发生三相短路故障下的风电场动、暂态运行特性进行仿真,并与风电场详细模型和容量加权单机等值模型时的结果进行比较。结果表明基于遗传算法的单机等值模型具有和详细模型一致的风电场运行特性;与风电场容量加权单机等值模型相比,能更好地表现风电场的动、暂态运行特性。     

基于遗传算法的风电场等值模型的研究

在分析笼型异步风力发电机组动态模型的基础上,利用含笼型异步风力发电机组的风电场详细模型的运行数据,提出了基于遗传算法的风电场单机等值建模方法和参数优化模型.针对风电场内机组参数完全相同和不同的两种算例,对风速扰动和风电场出口处发生三相短路故障下的风电场动、暂态运行特性进行仿真,并与风电场详细模型和容量加权单机等值模型时的结果进行比较.结果表明基于遗传算法的单机等值模型具有和详细模型一致的风电场运行特性;与风电场容量加权单机等值模型相比,能更好地表现风电场的动、暂态运行特性.     

风电场电缆集电系统雷电暂态数值计算

针对风电场集电系统升压变压器和避雷器在雷害事故中大量损坏现状,在雷害事故现场调查的基础上,对风电场电缆集电系统雷电暂态过电压及电流分布进行了数值计算。建立了单台机组模型和多台机组模型,考虑了风电机组数量、雷电流幅值、机组冲击接地电阻等各种因素对雷电暂态过电压和雷电流分布影响。结果表明:避雷器标称放电电流偏小是雷击损坏主要原因,多次回击电流将导致避雷器以及与其并联连接的升压变压器损坏。对于35 kV风电场电缆集电系统,如果风电机组冲击接地电阻很难降低,提高避雷器标称放电电流可以有效解决电缆集电系统雷电暂态过电压和避雷器保护问题。根据计算结果提出了避雷器标称放电电流推荐值,当雷电流幅值50 k A时,标称放电电流5 k A的避雷器可满足要求;当雷电流幅值≥100 k A时,则需要相应提高避雷器标称放电电流。对风电场电缆集电系统,在接线工艺规范的前提下,升压变压器高压侧安装1组避雷器可以满足过电压保护和绝缘配合要求。     

暂态过电压引起风电机组连锁脱网风险分析及对策

直流换相失败、闭锁等扰动过程中会在换流站产生暂态过电压,而且暂态过电压的大小与直流输送容量密切相关。如果直流近区存在大量风电场,暂态过电压可能引发风电的过电压脱网及连锁反应。分析了直流近区暂态过电压问题的原理和影响因素,阐述了过电压可能引起风电脱网的机理,并通过实际案例和仿真分析进行了验证。最后,从提高短路容量、加强网架结构、提高风电耐压能力等方面提出了防范风电连锁脱网的应对策略。     

风电场架空集电系统雷电暂态过电压分析

针对风电场集电系统箱变在雷害事故中大量损坏的现状,对雷击风电场架空集电线路引起的暂态过电压进行了计算。运用ATP/EMTP电磁暂态仿真软件建立了包括风电机组、集电线路和箱变的等效模型,考虑了雷击方式、雷电流波形、风力机接地电阻以及风电机组拓扑结构对箱变两侧暂态过电压的影响。研究结果表明:箱变低压侧的暂态过电压与波头时间成反比关系,波头时间为1.2μs时箱变低压侧的暂态过电压是20μs时的8.75倍,箱变高压侧的暂态过电压几乎不受波头时间的影响;接地电阻越大,箱变两侧的暂态过电压越大;风电机组架空集电线路遭受雷击时,环形拓扑的可靠性最高,环形拓扑联合为风电机组的最优联合方式。     

用P-V分析法比较几种风电场静态等值建模

以多台鼠笼异步发电机组构成的风电场为研究对象,分别用容量加权单机等值法、改进加权单机等值法、参数变换单机等值法以及变尺度降阶多机等值法对风电场运行特性进行等值建模,并在等值过程中考虑了风电场集电系统和变压器参数。用P-V分析法比较不同等值模型的风电场静态电压稳定性裕度,并考察各种模型表示的电压崩溃点与真实的电压崩溃点的逼近程度。结果表明,变尺度降阶多机等值法更适合风电场内机组参数一致的场合,参数变换单机等值法更适合风电场内机组参数不一致的场合。     

大规模风电直流送出系统过电压抑制措施及控制方案优化研究

大规模风电特高压直流集中外送系统中,直流故障时由于扰动大且风电机组抗电压扰动能力差,暂态过电压问题突出,导致直流功率和新能源功率形成互相制约的矛盾关系,严重影响大规模风电特高压直流外送系统安全稳定运行和近区新能源消纳。为解决上述问题,提升大规模直流送出系统稳定水平及新能源消纳能力,分析了大规模风电直流送出系统电网暂态压升机理及影响过电压水平的因素,根据影响过电压水平的关键因素,提出利用风机过压保护差异性,允许部分风机高压保护动作脱网,利用直流FLC(Frequency limit control)功能及联切风电场电容器阻断大规模新能源连锁故障、优化风电机组无功控制特性等多项组合措施以降低过电压的思路。根据上述思路,以祁韶直流风电送出系统为研究对象,制定了直流近区新能源优化控制方案,仿真计算结果证明了文中所提思路的有效性。文中成果已经在祁韶直流运行控制中得到实际应用,有效提升了新能源消纳能力和系统稳定水平。     

基于自适应变异粒子群算法的双馈风电机组等值建模

风电机组等值建模是风电并网研究的基础,文中提出一种基于自适应变异粒子群(AMPSO)算法的双馈风电机组等值建模方法。首先依据风力机型号进行机群划分,通过简化双馈风电机组控制策略,建立了双馈风电机组等值模型。根据模型中各参数对双馈风电机组运行特性的影响特点,将其分为暂态参数和稳态参数,采用收敛速度快、通用性强的AMPSO算法对稳态参数寻优,采用试测法辨识暂态参数。通过仿真,验证了所述等值方法精确、简便,适用于大规模风电场接入电网的分析计算。     

风电场集电网络等值模型结构分析及参数辨识

风电场集电网络等值建模的难点在于如何获得结构简单、普适性强且精度较高的模型结构。针对该问题,首先采用REI等值方法构建了集电网络等值模型结构。其次针对该REI等值模型存在结构复杂、参数较多且难以辨识的缺点,基于理论分析提出了集电网络简化等值模型的构建方法,并通过时域仿真验证了所提风电场集电网络等值模型的可行性。最后以某实际风电场为例,采用粒子群优化算法对集电网络等值模型进行了参数辨识。进一步将参数辨识值与解析值进行了对比,结果表明所提风电场集电网络等值模型有较好的精度和适应性。     

风电场建模研究综述

概括分析了风电场等值建模的国内外研究现状。首先,总结了风电场风速-功率特性建模的研究情况,进而从不同类型风电场静态建模、含风电电力系统的潮流计算两个方面对风电场静态等值建模研究现状作了概括;随后对风电场动态等值的集总参数建模和同调等值建模方法以及风电场内部集电系统的等值化简做了简单分析,另外从加权求和法、频域聚合法、时域聚合法3个方面对风电场机群参数的聚合方法作了总结归纳;最后,展望了风电场等值建模的需求以及研究趋势。     

换相失败对含风电场的交直流混联系统送端过电压的影响

针对直流系统换相失败后引起的送端交流母线会出现暂态过电压的问题,详细分析了直流换相失败后送端交流母线出现暂态过电压的机理,提出一种根据暂态过电压的大小来确定调相机容量进而抑制暂态过电压的策略,并在此基础上对定电流控制环节参数进行优化,达到进一步抑制暂态过电压的目的。仿真结果表明:所提策略对于受端单相接地故障引起的换相失败所产生的送端母线暂态过电压具有有效的抑制能力;再结合直流控制系统参数优化,对于受端三相接地故障引起的换相失败所产生的送端母线暂态过电压可起到进一步抑制的效果。该策略对于含风电场的交直流混联系统故障后送端暂态过电压的抑制具有一定的指导意义。     

基于机组电压支撑效果的直流近区火电最小开机方法

随着大规模新能源集中接入及直流送出规模的提升,送端电网面临暂态过电压和事故后稳态过电压等电压问题。基于送端电网特高压直流运行特性,全面评估了火电机组暂态稳定、潮流组织等安全性及充裕性作用。在此基础上,首先分析了火电机组对多回直流换流站静态电压支撑效果,通过故障下机组无功出力随时间变化积分获得直流预想事故集下动态电压支撑效果。结合静态及动态电压支撑效果,确定直流配套机组最优开机顺序,兼顾直流稳控切机容量。最终确定直流近区最小开机方式,并以实际电网算例进行验证。     

计及尾流效应的双馈机组风电场等值建模研究

针对双馈机组风电场内机组间尾流的相互影响,提出一种新的风电场等值建模方法。该方法考虑尾流效应,定义了"尾流影响因子"表征各台风电机组受其他风电机组尾流影响的程度,并以此作为风电场内风电机组的分组依据。将风向作为输入,从而进行风电机组的分组以及合并等值。同时给出了合并后等值模型参数的计算方法,得到风电场的多机等值模型。仿真结果表明,利用该方法建立的等值模型较之传统的等值模型能更准确地体现风电场的功率输出特性。     

计及Crowbar状态改进识别的双馈风电场等值建模方法

故障过程中双馈风机Crowbar投入与不投入的暂态响应特性差异明显,因而在风电场等值中场内机组Crowbar状态是一个良好的机群划分指标。然而,双馈风电场与单台机组间故障特性的差异性,使得现有采用单机模型来识别场内机组Crowbar状态的方法存在识别不准确的问题,从而降低风电场等值建模精度。为此,该文提出一种计及Crowbar状态改进识别的双馈风电场等值建模方法。通过分析风电场故障特性,构建Crowbar状态特征向量;收集风电场各工况下的样本数据,建立基于支持向量机(support vector machine,SVM)的识别模型。在新工况下,依次以Crowbar状态识别结果和输入风速为分群指标对场内机组进行机群划分,从而建立风电场等值模型。仿真算例结果表明,该文提出的基于SVM的Crowbar状态识别方法在各个故障场景下相较于传统方法均有较好的识别效果,所建立的等值模型与详细模型故障暂态特性十分吻合,等值方法合理有效。