柔性直流与风电协同的受端系统频率调控方法

针对柔性直流输电联网的受端岛屿电力系统频率稳定性问题,提出了受端系统风电与柔性直流输电系统协同的频率调控方法.在分析双馈风电机组(DFIG)和柔性直流输电系统(VSC-HVDC)有功功率调控性能的基础上,设计了 DFIG和VSC-HVDC参与受端系统惯性响应与一次、二次调频的总体方案;通过风电场附加频率控制,利用超速减...     

含风电接入多端直流输电系统的建模仿真

阐述了风电入网的多端柔性直流输电系统的运行及建模,介绍了如何运用闭环控制器实现多端直流输电系统的稳定运行,功率输出端接入风电机组,加入了风速变化及功率补偿研究系统波动时的稳定性.在PSCAD/EMTDC平台上建立了四端的柔性直流系统,其中两端为发送端,由一个电压源端口以及一个风电机组端口组成,两端为受端电网,每个端口通过模块化多电平变流器完成电流交直流的转换,汇入直流电网.各个换流站接收站级控制和系统控制的调控指令实现整个电网的协调运行,达到风电接入电网稳态运行的目的.     

VSC-HVDC系统在海上风电传输中的应用

为了实现将轻型高压直流输电系统应用于海上风电传输,从轻型直流输电系统原理与特性入手,通过其数学等效电路图推导出有功、无功功率表达式,在此基础上分析了其换流器的3种基本控制方式.结合交流输电和传统直流输电系统,分析了轻型直流输电系统的性能优势,分别从技术角度与经济角度分析了将轻型直流输电技术应用于海上风电系统的可行性,并研究了相关工程案例.     

VSC-HVDC系统在海上风电传输中的应用

为了实现将轻型高压直流输电系统应用于海上风电传输,从轻型直流输电系统原理与特性入手,通过其数学等效电路图推导出有功、无功功率表达式,在此基础上分析了其换流器的3种基本控制方式.结合交流输电和传统直流输电系统,分析了轻型直流输电系统的性能优势,分别从技术角度与经济角度分析了将轻型直流输电技术应用于海上风电系统的可行性,并研究了相关工程案例.     

风电与多端柔性直流输电系统自适应分频协调控制策略研究

针对风电接入多端柔性直流输电系统,为充分发挥风电参与系统调频能力,解决交直流并网故障引起的直流系统电压和交流电网频率波动问题,本文在现有下垂控制基础上提出了附加自适应分频控制策略。将直流电压偏差信号作为控制器输入信号,通过一阶低通滤波器将输入信号分为高频波动信号和低频波动信号,根据风电和直流输电系统各自调频能力的不同,将高频波动信号附加在风电机组转子侧换流器有功功率控制环,低频波动信号附加在直流有功功率控制外环,同时将电压源换流器（voltage source converter,VSC）实时功率裕度与直流电压变化量引入分频控制,实时调整低通滤波器的时间常数,动态调整功率输出,提高系统稳定性。在PSCAD/EMTDC中搭建仿真模型,仿真验证所提控制策略的有效性。     

我国海上风电机组的现状与发展趋势

随着风力发电技术逐步走向成熟,海上风电占比不断扩大,掌握海上风电机组的现状与发展趋势,有助于加快我国海上风电的部署。结合已有的研究成果,综合考虑了我国海上风电机组的容量变化、海上风场分布等因素,对海上风电机组的现状与发展趋势展开了分析。结果表明,我国未来将会向更大风力发电机组容量和更深海域发起挑战。海上风电技术的发展将呈现机组吊装便捷化、叶片制造技术以及传动系统性能持续改善、传统三相海上风电机组向多相化海上风电机组转变、漂浮式基座和输电环节不断创新、数字化和人工智能投入应用的趋势,并在新的发展趋势下提出了对策和建议。     

基于分散式储能的风电柔直并网直流故障穿越协调控制

采用架空线的柔性直流输电技术是解决高渗透率、远距离可再生能源并网消纳的有效方案。然而,架空线路故障率较高,其直流故障穿越问题亟待研究。本文提出利用风场现有分散储能实现风电柔直并网直流故障穿越协调控制。首先,研究风电场接入多端柔性直流输电系统（multi-terminal HVDC based on MMC, MMC–MTDC）中MMC及风电场储能系统等主要组成部分的拓扑结构和基本工作原理;其次,针对大规模风电经柔直并网系统的直流故障,定量分析非故障极功率裕量,通过控制风电机组全功率变流器现有并联储能系统来消纳故障期间的不平衡功率;针对不同功率消纳方案,提出由储能系统、换流站、直流断路器和风电场协调配合进行故障穿越,根据直流断路器动作信号进行故障分类,改变换流站控制方式与风电场出力,从而实现不同故障类型的快速恢复。该策略能够保持系统在故障期间并网运行且不出现闭锁、过载等问题,提升系统的稳定性。最后,在PSCAD/EMTDC仿真平台搭建上述仿真模型,详细研究了风电场经MMC–MTDC并网系统的直流故障穿越策略,验证了本文所提出的基于储能系统的直流故障穿越策略能够维持故障期间的功率平衡,实现故障快速恢复,平稳实现直流故障穿越。本文所提故障穿越策略有望对新能源柔直并网提供必要的依据和参考。     

多端柔性直流输电系统的控制策略设计

主要对柔性直流输电系统的控制策略进行了研究。首先对柔性直流输电系统主从控制、电压裕度控制和直流电压下垂控制的控制原理及特点进行详细的介绍,并在此基础上,提出了一种协调控制策略,该策略综合三种控制方式并加入裕度思想分层协调各换流站,能够适应较大范围的不平衡功率,避免换流站过载的现象。最后,在Matlab/simulink平台上构建了多端柔性直流输电模型,分别仿真验证了所提控制策略的有效性。对于深入了解柔性直流输电系统的控制的原理具有重要的理论意义,也可为采用下垂控制的柔性直流输电系统设计提供理论依据。     

自同步型直驱风电机组暂态稳定分析

随着大规模风电的接入,电网面临系统变弱及调频能力变差的问题.直驱风电机组采用自同步控制,在有效提升设备自身的小扰动稳定性和对电网的支撑能力的同时也带来了复杂的暂态稳定问题.为此,针对2种典型的控制结构（功率自同步和直流电压自同步）分别建立风机系统暂态模型,揭示机侧动态及直流电容动态对暂态特性的影响.针对功率自同步型风电机组,分析频率跌落下风机系统的同步失稳风险;结果表明,机侧动态会降低风机系统在电压跌落下的稳定裕度.针对直流电压自同步型风电机组,揭示暂态下直流电容动态导致的直流电压崩溃失稳风险.总结对比储能和风电机组的暂态特性差异,讨论直驱风电机组的暂态控制设计思路.基于Matlab/Simulink的时域仿真模型验证理论分析的正确性及控制的有效性.     

柔性直流变压器有载分接开关控制策略

目前,针对柔性直流输电系统在交流电网电压波动时的稳定运行问题,一般采用通过调节有载分接开关保证变压器阀侧空载电压的恒定,但这种方法没有充分发挥有载分接开关的作用,导致正常运行时换流器损耗偏高。为此,提出一种有效降低换流器损耗的新型有载分接开关调节策略。首先,考虑柔性直流输电系统的运行特性,分析所提有载分接开关调节策略的原理,即以最大调制比限制和阀侧最高持续运行电压限制两方面综合确定变压器阀侧空载电压的上限值,再根据网侧电压的实际情况计算分接开关档位。其次,针对具体算例,分析不同交流电压下系统无功功率的要求,根据所提策略计算得到各种实际工况的分接开关档位需求,并且计算对比新型调节策略与传统策略在多种系统传输功率下的换流器损耗,数据显示新型调节策略可有效降低换流器损耗。最后,搭建典型海上风电柔性直流输电系统的PSCAD仿真模型,针对交流电压波动和变压器运行台数变化2种关键工况验证所提新型分接开关调节策略的稳定性和有效性。     

基于Clark变换的VSC-HVDC系统控制器设计 及其PI参数整定

随着我国对输电技术要求的不断提高,发展和应用电压源型高压直流输电技术(VSC-HVDC)已经成为必然趋势.VSC-HVDC技术中的控制系统对柔性直流输电的正常运行尤为重要,柔性直流输电系统的控制直接关系到柔性直流输电系统的安全、经济运行.利用Clark变换建立数学模型的思想,经常应用于无功功率补偿、故障分析、锁相环设计和单端控制器设计中,故沿用该思想方法,提出一种基于Clark变换的VSC-HVDC系统PI控制器结构并利用状态空间平均法进行PI参数整定.并且分别从耦合、稳定性、跟随性和总谐波畸变率四方面与传统PI控制器进行了比较.并通过Matlab仿真软件搭建基于Clark变换的VSC-HVDC系统PI控制器模型并对设计的PI控制器进行仿真验证.     

大规模风电外送中的次同步振荡问题

目前,中国正在建设7个千万kW级风电基地,大规模风电外送成为必然.串补交流输电和高压直流输电作为风电外送的2种重要方式可能会诱发次同步振荡问题.分析鼠笼异步型、双馈感应型和永磁同步型风电机组的结构特点,论述次同步谐振、装置引起的次同步振荡以及风电机组控制器引起的次同步振荡,并分析总结不同类型风电机组可能发生的次同步振荡类型.最后,指出亟待研究解决的问题.     

基于风储联合系统的受端电网黑启动技术及协调恢复策略

受端电网发生故障停电时要求送端电源具备黑启动能力,目前我国现有的黑启动电源主要为火电厂及水电厂。随着高比例风电地大量接入,电网要求风电机组具有一定的黑启动能力,但风能由于其不确定性和波动性导致风电机组很难单独参与黑启动。为使得风电机组具备较好的黑启动能力参与电网恢复,本文针对双馈风电场,提出了一种基于风储联合系统的受端电网三阶段协调恢复策略。初始阶段,通过储能装置建立交流频率和电压并实现风机顺利并网;中期阶段,切换储能装置控制模式并在风机转子侧设计虚拟同步控制为系统提供频率和电压支撑,完成部分发电机组及负荷的恢复;后期阶段,在储能侧设计了基于H2/H∞的附加鲁棒控制器抑制多机组并网的低频振荡,实现受端电网平稳恢复。最后,基于PSCAD/EMTDC搭建了风储联合系统模型,仿真分析了虚拟同步控制与常规控制在风电机组参与黑启动过程中对频率波动抑制效果的差异,通过对比频率振荡幅值验证了虚拟同步控制具有更好的频率支撑能力,更适合风电机组参与黑启动;并且黑启动各阶段系统频率及电压波动曲线均处于安全范围,从而验证了所提协调恢复策略的有效性和可行性。     

基于混合直流的受端电网黑启动方法及协调恢复策略

作为直流输电的新方向,混合直流结合了传统以及柔性直流系统的优点,可在电网黑启动中发挥重要作用。为明确混合直流参与黑启动的技术条件与控制方法,针对两端电网换相换流器–模块化多电平换流器（line commutated converter–modular multilevel converter,LCC–MMC）混合直流输电系统,提出了受端电网大停电情况下基于混合直流的黑启动方法及受端电网协调恢复策略。根据黑启动不同恢复阶段特征,首先,明确了在起始阶段受端系统全黑情况下混合直流的启动方法,包括送端LCC换流器和MMC受端换流器的启动及控制方法。然后,针对黑启动初期的弱交流系统阶段,采用可增强系统稳定性的混合直流虚拟同步协调恢复策略;在系统达到一定强度后,提出了相应的控制策略及不同控制方式间的平滑切换方法。最后,在PSCAD/EMDTC软件中进行了仿真验证,结果表明：黑启动初期LCC采用耗能电阻启动能有效满足最小启动电流限制;MMC经限流电阻启动后采用无源网络控制可实现无源端交流电压的建立,并维持系统电压和频率在稳定范围内;在非黑启动电源机组和负荷并网后,交流系统强度改变,所提的3阶段控制切换策略能够有效实现各阶段平滑过渡,且在弱交流系统阶段采用虚拟同步控制可保证弱交流系统阶段的系统稳定性,3阶段控制策略与两阶段恢复策略相比具有显著的优势,从而验证了所提黑启动方法和协调恢复策略的有效性。     

柔性直流输电系统联网转孤岛运行稳控措施对比

针对采用柔性直流输电异步联网后,交流联络线N-2故障跳开形成换流站近区局域电网孤岛运行方式下系统存在的频率稳定问题及其特性进行了分析.在给出联网转孤岛详细稳控措施的基础上,选取频率问题最突出的方式对频率暂态特性展开研究,梳理其主要的影响因素,并对切机措施与柔直功率紧急控制进行了对比分析.分析表明切机与功率紧急控制都能有...     

扎鲁特直流对吉林省风电消纳影响研究

当前吉林省窝电严重,全网机组利用小时数持续下降,火电机组利用小时数远低于全国平均水平,调峰困难,风电消纳能力严重不足,弃风比例全国居首.为解决东北地区窝电问题,国家发展和改革委员会核准建设扎鲁特-青州特高压直流输电工程(简称扎鲁特直流或扎鲁特),此举必然将大大缓解东北境内三省一区的多电问题.针对扎鲁特直流投运前后的吉林省风电消纳情况进行分析,量化扎鲁特直流对缓解吉林省风电消纳压力的作用,为吉林省风电的可持续发展提供建议.     

大规模风电接入对电力系统暂态稳定性影响机理研究

根据双馈风机的暂态特性,详细分析将双馈风机视为恒功率源的可行性,并提出相关限制条件。分析风电机组接入引起潮流分布和系统惯量变化的2种情景,即通过减少同步机出力以平衡新增风电、停运部分同步机组平衡风电;并在此基础上,基于直流潮流模型和等面积定则,分析风电接入后对电力系统暂态稳定性的影响机理。最后,通过仿真分析验证该暂态稳定机理的正确性。     

面向可及度的海上风电机组维修策略研究

为降低海上风电机组运维成本,考虑海上天气情况对维修活动的影响,采用马尔可夫法和动态时间窗描述海上天气情况,提出可及度指标评估海上风电机组的维修可及性。采用机会维修策略对机组关键部件开展维修优化,并以周期内成本期望值最小为目标函数,对机组关键部件的机会维修役龄与预防性维修役龄进行优化。最后以某海上风电场机组为例进行仿真分析,结果表明采用机会维修策略比役龄预防性维修策略的维修成本降低了10%,证明了机会维修策略在考虑海上天气因素制约的海上风电机组维修优化方面的有效性与优越性。     

基于模糊控制的风电机组变系数综合惯性控制策略

针对传统综合惯性控制在系统频率发生突变参与调频时,调节系数适应性、灵活性较差的问题,提出了一种基于模糊控制的双馈风电机组变系数综合惯性控制策略。首先,分析了双馈风电机组传统综合惯性控制系数调整的必要性;其次,分别对虚拟惯性控制和下垂控制各自附加一个单独的模糊控制回路使调节系数随风速和频率变化量进行实时调整;最后,在MATLAB/Simulink 中建立了三机九节点系统模型仿真,验证了与传统固定系数综合惯性控制相比,变系数综合惯性控制策略的适应性和灵活性更好。     

级联型混合直流与UPFC的柔性潮流协调控制策略

级联型混合直流输电系统具有能抑制换相失败、传输大容量功率的优势。但当级联型混合直流低端模块化多电平换流器（MMC）采用主从控制时,若系统发生交直流故障或负荷突增,可能会产生电流不平衡问题,导致受端交流侧功率出现大范围反向传输及电压支撑能力下降。为解决该问题并增强受端电网的稳定性,针对级联型混合直流输电系统,提出一种基于统一潮流控制器（UPFC）的柔性潮流协调控制策略。研究了基于柔性交流输电（FACTS）设备统一潮流控制器（UPFC）的级联型混合直流系统柔性潮流控制特性,针对系统故障及大扰动时出现的功率返送及电压稳定性问题,提出基于UPFC的频率支撑策略和基于动态限幅的电压支撑策略。该策略将送端侧故障带来的功率扰动转移到受端交流系统UPFC所在线路,利用UPFC功率补偿能力进行协调,同时基于动态限幅控制策略,采用无功优先控制方式提高换流站无功输出能力。最后,在PSCAD–EMTDC平台搭建了含受端交流系统的级联型混合直流输电系统模型。首先,仿真了LCC直流电流指令值下降过程,结果表明,本文所提基于UPFC的协调控制策略可以有效地减小交流系统频率波动,抑制功率返送现象;其次,仿真了系统负荷...