基于风速预测的风电场虚拟惯量协调控制技术

针对现有风电场虚拟惯量协调控制在风电机组调频辅助功率协调分配方面的研究,提出一种基于风速预测的风电场虚拟惯量响应场级协同分配策略,具体是通过经验模式分解（EMD）和BP神经网络训练风速时序序列获得风速时序模型,预测短时段内的风速,根据实时转速和预测风速计算惯量分配权重因子,根据频率变化计算全场惯量响应值,通过惯量分配权重因子结合变流器容量限值给单机分配惯量响应值。该控制策略成功应用于云南某148.5 MW风电场站级调频测试,验证了算法的有效性。     

考虑动态频率响应的风光水互补发电短期优化调度模型

针对风光并网会降低系统惯量、削弱系统调频能力的问题,综合考虑水电机组同步惯量、风电场和光伏电站的虚拟惯量和下垂控制作用,提出含风光水的多机系统动态频率响应模型,推导系统频率变化率约束、最低点频率偏差约束和准稳态频率偏差约束。基于此,为实现清洁能源利用最大化,以弃风、弃光、弃水最小及水库调度期末蓄能最大为目标,兼顾梯级水电、风电、光伏和发电系统的多种运行约束,构建风光水互补发电系统短期优化调度模型,并使用混合整数线性规划方法进行求解。最后通过算例仿真验证所提模型的有效性和适用性。     

双馈风电机组动态虚拟惯量和阻尼模糊自适应控制策略研究

针对传统双馈风电机组虚拟同步控制（VSG）中因负载突变导致电网频率、输出有功功率波动较大和暂态调节时间过长的问题，提出一种基于模糊自适应控制策略的变参数风电机组虚拟同步发电机控制策略。首先，在机组转子侧变流器中引入VSG算法使得风电对电网频率具有主动支撑能力，并建立DFIG-VSG有功功率小信号模型分析惯量和阻尼系数对系统稳定性的影响；然后，通过分析系统暂态过程中的功频变化原理并结合不受线性量化约束的模糊算法，将虚拟惯量和阻尼的范围作为模糊自适应环节的输出论域，进而实时调整惯量和阻尼系数以降低功率超调和频率偏移。最后，在Matlab/Simulink中基于DFIG-VSG机组的仿真结果验证了所提模糊自适应VSG控制策略的可行性、有效性及优势。     

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。     

直驱风电系统自适应惯量和一次调频协调控制策略

提出一种直驱风电系统自适应惯量和一次调频协调控制方法：构建了基于运行曲线偏移的频率支撑统一控制框架。该框架首先根据电网对风电场的调频需求以及直驱风机控制结构,确定风电机组的运行曲线簇;进一步通过引入运行曲线偏移机制并结合df/dt前馈环节,实现对电网的频率支撑。该方法可将直驱风电系统的惯量支撑以及一次调频支撑集成在一起,风电场自适应选择合理的风力机功率跟踪曲线,实现电网调频需求,尽可能减少因调频控制导致的风能利用效率的降低,同时还可削弱惯量响应过程中原控制系统外环对df/dt前馈控制环的抵消作用。最后基于PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真验证了分析结果和所提方法的有效性。     

计及新能源虚拟惯量的电力系统最低惯量评估

电网频率安全和稳定性是电力系统的重要性能指标,而电力系统的惯量水平是影响频率响应能力的关键因素。由于我国实施双碳战略,新能源发电比例持续提高,导致电力系统的惯量水平不断下降,使得电网在遭受有功扰动时的频率波动加剧,系统运行边界收缩。为了提高电力系统在高新能源渗透场景下的惯量态势感知能力,增强电力系统对有功扰动的频率适应性、量化系统运行边界,基于电力系统频率响应模型,分析了电网在受到有功扰动后不同时间尺度下的频率响应过程,构建了系统频率响应数学关系。基于频率响应全过程,构建计及新能源虚拟惯量的电力系统最低惯量评估模型及其求解算法。最后,基于IEEE-39节点模型,通过仿真试验验证了所提方法的有效性和准确性。     

考虑N-K故障下系统频率稳定性的储能电站优化规划

风电、光伏等新能源通过逆变器并入电网,不具有惯量支撑能力,因此大规模新能源接入电网会降低系统的惯量水平。在N-K故障下,系统可能因惯量水平过低而频率失稳,导致电源脱网,给系统造成严重经济损失。针对此问题,提出一种考虑N-K故障下系统频率稳定性的储能电站优化规划方法。首先,分析系统惯量与系统频率变化的关系,给出系统惯量需求约束。其次,充分考虑储能电站在系统中调频、调峰及潮流调度等应用场景,以储能电站建设成本及极端故障下切负荷成本最小为目标函数,构建储能电站定容选址优化模型。最后,以IEEE 39节点系统为仿真算例。仿真结果表明,基于所提方法的定容选址规划方案能够有效提升系统频率稳定性,缓解系统在极端故障下的大面积停电问题。     

计及风电场与负荷惯性响应的电力系统惯性时间常数测量

大量风电接入导致电力系统惯量减少、频率稳定性变差.为评估电力系统频率稳定性,将电力系统的惯性划分为同步发电机、风电场和负荷提供的三种不同类别的惯性,通过摇摆方程建立目标函数,应用粒子群算法求解风电场和同步发电机惯性时间常数,为提高粒子群算法计算结果的稳定性引入绝对中位差算法,在Matlab/Simulink中搭建含有风...     

一种风电场自适应最优惯量控制器设计

风电大规模并网会造成电网惯量水平下降,并引发一系列系统稳定问题。鉴于此,文章设计了一种风电场自适应最优惯量控制器。将风电场惯量支撑问题建模为风机超速运行下的转速优化问题,以确定所有风机的最优转速,根据最优转速值自适应调整惯量控制中每台风机的最优下垂控制系数,不但实现了风电场对系统惯量的有效支撑,而且降低了此过程中捕获风能的损失。仿真实验表明,与传统方法中各风机采用相同下垂控制系数相比,文章设计的控制器在提供系统惯量快速支撑的同时,实现了风电场风能捕获能力的最大化。     

基于动态离散电价协约的风电-抽蓄联合日运行优化研究

鉴于风电场和抽水蓄能电站联合运行是电网提高风电消纳能力的有效方式,提出了风电-抽蓄联合与电网签订并网电量和多种动态离散成交价格的协约交易方式,建立了风电-抽蓄联合系统经济效益最大化为目标的调度模型,利用改进粒子群算法求解模型,得到联合系统的最优运行调度计划,分析协约条件对联合系统运行和收益的影响,进而通过实例仿真几种风电场典型日场景。结果表明,所提运行模式有助于减小弃风;降低基本并网功率、增大并网功率范围,可增加联合系统的收益。     

一种考虑风电出力和负荷不确定性的最优调峰方法研究

摘要： 风电的随机波动特性可能使风电系统存在反调峰现象。在分析风电并网使系统对调峰需求发生变化的基础上,建立了风电出力和负荷的不确定性模型,并以最大限度消纳风电为目标,通过考虑使电网收益最大、满足潮流安全约束等因素建立了基于实时电价的火电、水电和抽水蓄能联合调峰优化模型,并采用最优潮流和粒子群算法研究了改进优化模型的求解方法。最后,对所研究调峰策略优化方法进行了仿真验证,证明了该策略在提高电网收益的同时,能够充分利用各调峰机组的调峰能力,确保系统的安全性。     

海上风场与海岛微网交互调频机制及控制策略研究北大核心CSCD

为缓解大规模海上风电接入末端薄弱电网对系统频率造成的冲击,文章提出了海上风场与海岛微网交互调频机制及控制策略。首先,构建海上风场与海岛微网互联下的电力系统负荷频率控制模型,基于虚拟惯量控制方法,利用海岛微网可调分布式电源支撑海上风场参与调频;其次,为避免风机在提供虚拟惯量过程中发生转速恢复状态跳变,造成系统频率二次扰动,进一步设计了自适应动态量化因子,根据风机不同运行工况实时调控海岛微网支撑能力;最后,基于仿真模型验证了该交互机制及控制策略的有效性。     

基于蚁狮算法的风电集群储能容量配置优化方法

随着风电渗透率提高,风电并网对电网安全稳定运行影响更加显著。风电配备储能可有效改善风电出力波动性和不确定性,增强可调度性。该文建立以风电集群联合储能系统售电收益最高为优化目标的模型,采用蚁狮算法算法进行求解,得到风电集群功率备用、储能功率和容量最优配置方案,对比蚁狮算法、遗传算法和粒子群算法优化结果,分析储能电池单位成本和寿命对优化结果影响。最后以中国东北某风电集群作为算例,验证了所提算法与模型的有效性。     

高耗能企业参与电网内风电消纳的机会约束模型研究

风电出力的波动性增大了电网系统的调峰难度.为了维护电网系统的安全稳定运行,限制了部分风电的接入.抑制风电波动,提高风电穿透率具有实际意义.该文基于Weibull风速模型,研究了风电场和高耗能企业在电网系统内联合运行的模型,提出了一种新的电价模式,充分考虑了风电出力与价格之间的关系以及电网负荷峰谷对电价的影响.机会约束模型为决策者在系统满足要求的置信水平里做出有利选择.利用随机模拟技术和粒子群算法求解.算例分析验证了该模型的有效性.     

局部阴影下光伏电站参与一次调频的控制策略

针对采用光伏虚拟同步发电机（PV-VSG）控制策略的光伏电站参与电网一次调频的问题，考虑光伏阵列受局部阴影遮挡的情况，提出一种基于自适应虚拟惯量的有功备用式PV-VSG控制策略，采用粒子群优化算法实现局部阴影条件下光伏阵列的最大功率点跟踪和减载备用运行，并根据电网频率变化过程中不同阶段的特性，自适应调节虚拟惯量参数以减小频率超调量并加快频率的恢复速度。此外，为了使调频模式下光伏电站内各PV-VSG的有功功率合理分配，采用一种基于等可调容量比的有功分配策略，使站内各光伏机组具有相同的调频功率裕度，避免部分光伏机组的过度调节。最后，以10 MW光伏电站参与电网一次调频为例进行仿真分析，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。     

考虑风电和光伏出力不确定性的日调度优化方法

文章采用一种改进的序列运算算法建立风电及光伏出力的不确定性综合模型,并将该模型引入调度优化问题中,建立了计及CO2排放费用及备用出力费用影响的考虑风电和光伏出力不确定性的日调度优化模型。采用机会约束理论处理含风电及光伏出力的不确定性约束,提出了一种离散粒子群与连续粒子群混合的智能算法求解该模型。最后,通过包含风电场和光伏电站的IEEE39节点算例,对所提模型以及算法进行了仿真分析,验证了数学模型和优化算法的环保性、经济性和有效性。     

考虑风速相关性的风电接入能力分析

同一地区的风电场一般建立在相互接近的地理位置上,因此其风速往往呈现出一定的相关性。采用Copula函数建立多风电场的风速相关性模型,继而生成具有相关性的风速分布样本空间。考虑风速的随机性与相关性,应用机会约束规划理论,在满足系统安全可靠运行的前提下,以系统可接入的风电机组装机容量最大化作为优化目标,建立了计算风电穿透功率极限的概率最优潮流模型,并采用一种基于随机模拟技术的粒子群优化算法进行求解。以IEEE30节点测试系统为算例,分析风速相关性、风电场接入点和机会约束置信水平对风电接入能力的影响,结果验证了所提模型与算法的合理性与可行性。     

双馈风机虚拟惯量控制策略研究

双馈风机由于其转子转速不能像传统同步机一样保持与电网频率的一致性,导致风机的机械惯性不能参与电网频率调节。针对常规虚拟惯量控制策略通过释放转子"隐藏"的动能,为电网提供转动惯量,参与频率调节,但只能为电网提供短暂的频率支撑,频率恢复过程中,还有可能导致频率二次下跌的问题。文章提出了利用储能系统协同风电场为电网补偿惯量的控制策略,在Matlab/simulink中搭建仿真模型,仿真结果表明,在电网负荷发生突变时,虚拟惯量协同控制策略能够为电网提供较长时间的频率支撑,并有效防止频率二次下跌,提高电网频率稳定性。     

基于机会约束规划的分散式风电场优化规划

研究了分散式风电的多状态运行模式,提出了一种基于机会约束规划的分散式风电场多目标优化规划方法。基于风速与负荷的随机变化及常规发电机组运停的问题,构建了风电并网系统的多运行状态数学模型。以开发商净现值收益和电网节点静态电压稳定为目标函数,以节点最大接入容量、风电场最大装机容量和分散式风电极限穿透功率等因素为约束,构建了系统多目标规划数学模型。根据节点优选原则,确定分散式风电场拟接入节点;借助随机潮流计算方法,使用改进的GA算法对上述模型求解,以确定分散式风电场的规划容量与待接入节点的接入容量。基于IEEE14节点系统仿真结果表明,文章所提出的分散式风电场优化规划方法的有效性与正确性。