双馈风电场无功电压分层协调控制的研究

针对变速恒频双馈发电机和静止同步补偿器(STATCOM)组成的风电场,为了解决大型风电场并网运行的电压稳定性和无功裕度问题,提出面向并网点电压偏差指标和风电场无功源裕度最优的无功电压分层协调控制策略。阐述了双馈发电机组和STATCOM的无功分配原则,基于电压和无功裕度的综合指标构建无功电压分层协调控制策略的目标函数。采用粒子群优化算法的退火不可微精确罚函数法,求解该策略的非线性多约束最优化目标函数。基于Matlab/simulink搭建某风电场的电力系统仿真模型,仿真结果验证了所提控制策略的正确性与有效性。     

双馈风电场无功电压协调控制策略

针对大型风电场并网运行的电压稳定问题,研究了双馈风电场内多无功源在时间尺度上的动态响应配合和空间粒度上的物理分布特性,提出了一种综合考虑升压站集中动态无功补偿设备和双馈风电机组的无功电压协调控制策略。该策略以在线实时监控数据为基础,采用基于过滤集合的原对偶内点法求解风电场无功电压多目标优化控制模型,能够在满足公共接入点电压控制指令的同时,使得集中动态补偿设备无功裕度更大,馈线上各风电机组的机端电压裕度更均衡。对中国北方某风电场的仿真计算验证了所提控制策略的有效性。     

风电场群的无功电压协调控制策略

现有风电场无功电压控制模式仅考虑单个风电场的无功平衡,无法兼顾大型风电基地的电压综合控制需求.文中提出了风电场群的无功电压协调控制思路,以风电场群的汇集站为电压中枢点,以各风电场升压变压器的高压侧电压为约束,协调各风电场的无功调节装置动作.协调控制策略以多目标的优化模型为基础,应用遗传算法求解.对典型风电场群汇入系统的仿真分析表明,协调控制策略在提高电网的安全性和经济性方面较传统的各风电场单独控制策略具有较大的优越性.     

双馈风电场新型无功补偿与电压控制方案

为均衡双馈感应发电机感性和容性无功调节能力,改善电压稳定性,提出双馈风电场并联无功补偿方案:在各机组机端装设电容器,其电容值为双馈感应发电机定子电感的倒数;同时在主变的低压侧装设静止无功补偿器(static varcompensator,SVC)进行集中补偿。在此基础上,设计电压协调控制方案:稳态时通过三层无功分配策略充分发挥双馈风电机组无功调节能力,减小风电场内有功损耗;电网故障时则结合送出线路纵联差动保护控制SVC的等效电纳,避免保护动作时发生电压过冲的现象,同时改变机组内部无功分配以提高双馈风电机组故障穿越能力。最后以实际算例仿真表明上述无功补偿与电压控制方案的可行性和有效性。     

双馈风电场自动电压协调控制策略

依据当前风速与电网状态进行实时在线的电压无功控制(VQC)是大型风电场参与系统优化运行、改善局部电网电压水平的关键技术.以风电场自动电压控制(AVC)的3层结构模型为基础,讨论了升压站集中补偿设备和双馈风力发电机的协调控制策略.针对双馈风电场AVC优化,借鉴变电站综合无功控制方法,采用近似线性化方法推导出一种风电场AVC的分区图简化策略,为风力发电机群与集中补偿设备的协调优化提供了一种新型实用化方法.进一步考虑风能随机性与波动性的影响,对分区图策略进行了改进.该改进可显著提高电压合格率,减少设备调节次数.对中国北方某风电场仿真计算验证了所提出的模型与方法的有效性.     

风电场群接入地区电压无功协调控制的研究

针对大规模风电场群接入电网的现状,研究了一种风电接入地区的风电场群电压无功协调控制策略,通过控制各风场无功功率的输出,维持控制点电压稳定。首先计算控制点电压所需的无功调整量,然后采用无功功率电源的最优分布准则将无功调整量分配到每个风场中,充分利用了每个风场无功补偿设备的无功调节能力,使每个风场都参与到了接入区域的电压稳定控制中。模拟了风速、电压跌落两种扰动,结果表明采用文中的控制策略能够有效抑制控制点的电压波动。     

计及负荷预测的双馈风电场电压控制方案

针对大规模风电接入电网后引起的无功电压稳定和控制问题,提出了一种计及负荷预测的双馈感应发电机(Doubly fed induction generator,DFIG)型风电场电压控制方案。该方案以稳定风电场出口电压为控制目标,利用双馈发电机组的无功能力及SVC进行控制。其中双馈发电机组只针对由有功输出的不确定性与负荷变化引起的那部分电压波动进行无功输出,即风电场按照系统电压为1时的无功需求变化曲面进行无功补偿,实现快速控制。SVC再根据风电场出口电压与目标电压差值是否在死区阀值内,决定是否进行电压控制。最后搭建仿真模型,仿真结果表明所提双馈风电场电压控制方案可行并有效。     

计及控制时间窗内功率波动的风电场群无功电压分层优化控制

针对因风电场群的无功电压控制指令周期远大于风电场内有功无功控制周期而造成的场群电压控制指令没有考虑控制周期内有功出力波动带来的节点电压变化的问题,提出一种考虑控制时间窗内电压波动的大规模风电场群无功电压优化控制策略。区域场群控制层采用模型预测控制技术,通过对控制窗内风电出力的动态预测,求取控制窗内从当前至未来多个时刻的中枢点电压偏差和总网损的最优无功控制向量,然后对各风场下达当前无功控制指令。各风场进行自主优化跟踪。通过实时滚动优化,达到总体优化控制效果。在RT-Lab仿真平台上建立由9个大型风电场组成的场群模型,验证了所提出的控制策略比常规优化控制有更好的全局电压优化控制效果,可降低由于风电波动而产生的无功电压事故的风险。     

基于模型预测控制的双馈风电场无功电压快速优化控制

针对风电场单时间断面预测信息存在的无功控制滞后且电压指令跟随性差的问题,提出一种基于模型预测控制的双馈风电场无功电压控制策略,该策略以风电场并网点电压和机端电压偏差最小为目标。首先,基于时间尺度计算无功设备出力及负荷需求预测信息,建立无功电压预测控制模型。其次,在控制周期内划分更细化的预测控制点,修正预测模型,提前协调并分发双系统控制指令,有效降低反应时间。该策略在风速快速波动时可优化电压控制性能,提高跟随精度,使无功设备快速补偿无功以稳定并网点电压,并合理调控静止无功发生器的动态无功容量,实现无功储备最大化。在MATLAB/Simulink中建立双馈风电场模型进行仿真,结果表明,所提策略能够实现快速协调无功设备出力,有效降低反应时间,增强了风电场无功快速调节能力。     

考虑风电场暂态电压稳定的无功控制策略

基于哈密地区风电场内无功设备的动态补偿和物理分布特性,提出了一种综合考虑动态无功补偿设备和双馈风力发电机组协调控制无功出力的集群风电场暂态电压稳定的控制策略。算例分析的仿真结果表明,所提的无功暂态控制策略在满足风电场接入并网点暂态电压稳定的同时,能使得无功补偿设备补偿无功裕度更大,集电线上各风机的机端暂态电压裕度更均衡。     

以并网点电压和机端电压平稳性为目标的风电场无功电压协调控制

现有的风电场无功电压控制方法均没有同时以风电场并网点和各机端电压为控制目标,因而不能完备地解决机端电压因扰动而发生偏移越界的问题。提出一种适用于变速恒频风电机组风电场的多目标无功电压控制方法。该方法通过调节风电机组及风电场内快速无功补偿装置优化风电场并网点及场内机组端电压,降低机组因电压越限而导致的脱网事故。以实际双馈风电机组的大型风电场为例,在RT-Lab实时仿真平台上验证了所提控制方法的有效性。     

计及风电场静态电压稳定性的VMP系统无功电压控制策略研究

随着规模化、集群化风电基地的初步建成,风电作为一种清洁高效的能源得到了快速的发展,但短时间内大规模风电场集中接入电网,给电网的功率平衡带来扰动,造成了电网电压的不稳定。针对风电场并网后的电压控制问题,研究了大规模风电场并网的静态电压稳定机理。并在现有调压手段的基础上,通过适时调整风电机组无功出力,升压站变压器抽头以及调无功补偿装置,进一步提出了基于分层管理的无功功率/电压控制策略,并将该策略嵌入到风电场电压/无功自动管理平台(VMP)。通过新疆某地区风电场现场试验发现,该控制策略能够改善低电压穿越期间无功表现,提高风电场无功电压的稳定性,同时避免了功率振荡的产生。该研究结果可以为风电场无功电压协调控制的理论研究和工程实际提供参考依据。     

Voltage and reactive power control by particle swarm optimization considering control process

This paper presents a new approach to optimal voltage and reactive power control based on a particle swarm optimization (PSO). According to the proposed method, one controller is selected by PSO and the number of control actions to the convergence of the objective function is taken into account. Thus, this method can be used to design a control process. So far, no methods using PSO algorithms for a control process have been proposed. The effectiveness of the proposed method is demonstrated by application to 15‐bus and 118‐bus systems. © 2005 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 151(1): 9–18, 2005; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20055     

计及动态无功控制影响的大规模风电汇集地区电压稳定性分析

为了进一步分析大规模风电汇集地区电压稳定性,提出应考虑风电场动态无功控制的影响。基于电压-无功灵敏度法解释了动态无功补偿装置的恒无功控制方式所带来的汇集地区电压上升问题。利用小扰动稳定法,分析出采用高压侧恒电压控制的风电场内动态无功补偿装置之间存在很强的相互作用,并会引起不稳定的电压振荡。以华北某风电汇集地区为例,在PSS/E中比较分析区内所有风电场内动态无功补偿装置分别采用恒无功、高压侧恒电压和低压侧恒电压三种控制方式时受到小扰动后的电压变化。仿真结果验证了分析结论,表明在研究风电汇集地区电压稳定性问题上,考虑风电场的动态无功控制影响是必要的。     

双馈型风电场参与电压无功调节的分层控制方案

针对弱联接风电场并网点电压波动问题,通过对双馈风电机组功率关系分析,以及电机定子、网侧换流器功率极限的推导,在传统的无功控制方案的基础上,提出了一种在电压跌落时机组发出无功以稳定电压的无功控制模式。可以根据电网电压波动情况,选择参与无功控制机组数量,充分发挥双馈风电场的无功能力,减少使用率不高的无功补偿装置的投资。基于PSCAD/EMTDC平台搭建风电场接入电网仿真系统,仿真结果验证了所提控制方案的有效性。     

多风电场接入的灵敏度场景静态无功/电压评估

风电出力对电力系统运行的影响存在复杂的非线性,现有处理风电随机性的风电场景模型难以保证风电场景与电力系统优化运行保持一致,为此提出含多风电场的电力系统无功/电压灵敏度场景分析方法。首先利用网损/电压灵敏度计算方法计算多风电场相关性出力样本的网损/电压灵敏度,再基于主成分分析构建联合网损/电压灵敏度特征空间,并在此基础上进行场景聚类,得到多风电场网损/电压灵敏度场景。将某2个风电场的实际数据接入IEEE 30节点系统中分别进行传统风电场景分析和所提灵敏度场景分析,验证了所提方法的有效性和优越性。     

750kV地区集群风电场无功电压特性分析

随着集群风电场的不断扩容,风机类型的不同,无功补偿设备的不同,风电场周边电网结构愈加复杂,导致集群风电场电压问题突出。对新疆两个750 kV地区集群风电基地进行分析,根据风电场实际运行状况,按照定速风机及变速风机两种不同类型,采用并联电容器、SVC对风电场进行无功补偿,比较不同补偿措施对该地区750 kV及风电场电压特性影响。通过仿真分析,验证了无功补偿装置对规模化风电电压有积极的改善作用,综合补偿效果与经济因素,得出并联电容器组为保障该750 kV地区电网稳定运行的最优措施。     

提高双馈风电机组动态无功协调控制能力的实验研究

随着风电场规模不断增加,风电机组并网对电网的影响逐渐增大,故充分挖掘风电机组的无功电压调节能力和提高机组的无功响应速度对增强电力系统的电压稳定性具有重要作用。定量分析了蒙西电网某风电场单台双馈感应风力发电机(Doubly Fed Induction Generator, DFIG)的无功电压调节能力及限制因素,根据其单台机组的无功调节机理制定动态无功补偿协调控制策略。若系统无功需求超过DFIG无功出力极限时,在保证机组最大发电效益的基础上,提出基于无功差值的双馈感应风力发电机组有功附加控制。并且通过改进的遗传控制算法辨识得到附加控制器参数,该控制在降低机组最小出力的同时确保提高机组无功出力极限,进而满足系统无功需求。最后通过实验验证了所提出的双馈风电机组动态无功协调控制的可行性和准确性,增强了机组的电压稳定能力。     

风电场并网运行的无功补偿优化问题

风电场的功率输出具有很强的随机性,对风电场运行后的无功优化和系统稳定性问题进行了探讨。采用基于约束规划的无功补偿模型,提出基于随机模拟技术和Beta分布的粒子群优化解算方法。论述了Beta分布的粒子群算法的关键实施技术(Beta分布函数、初始可行解的产生策略、粒子的更新策略)及具体优化解算过程,并采用风电场并网运行的无功补偿优化及风电场并网运行的稳定性校验实例,表明该模型能满足可靠性和经济性条件下风电场所需的补偿容量,所采用的解算方法效果好。     

海上风电场自适应多目标无功优化控制策略

针对传统固定权重多目标无功优化在应对新型电力系统复杂多变的工况时无法针对实时工况做出最合适的控制决策的问题,提出了一种自适应多目标无功优化控制策略,该策略以系统有功网损和并网点电压偏离量的加权最小作为目标函数,目标函数的权重系数根据并网点电压的偏离情况自适应调节。首先,分析海上风电场并网点电压波动与有功、无功输出的关系,建立相应的无功分配模型,并针对风电机组及静止无功发生器（static var generator,SVG）的输入输出特性,建立相应的无功控制模型。此外,考虑海上运行的功率约束、安全运行约束等,采用变惯性权重粒子群优化算法对无功控制策略进行求解。最后,在MATLAB中搭建海上风电场模型进行仿真验证,仿真算例表明：相较于传统固定权重多目标无功优化,自适应多目标无功优化控制策略可以根据电网实时工况,迅速调整各优化目标的优先级,较好地实现有功网损和并网点电压的协调优化。