基于超级电容储能控制的双馈风电机组惯量与一次调频策略

双馈感应发电机在最大功率点跟踪控制下,发电机的输出功率难以响应电网频率波动,常规超速减载控制虽然可保留部分有功备用参与系统调频,但存在风电机组发电效益降低、转速调节范围减小及桨距角控制启动频繁等问题。为此,文中结合双馈感应发电机网侧变流器的控制特性,提出了基于超级电容储能控制的双馈风电机组惯量与一次调频策略。其中,虚拟惯量调节和一次频率调节都由超级电容控制实现,无须改变或增加风电机组额外附加控制,提高了单台风电机组的自稳性和抗扰性;根据实际超级电容模组的成本和充放电效率对储能单元容量进行优化配置。通过对比预留备用一次调频方案的经济性,表明所提方案具有较强的经济优势。最后,通过仿真实验表明其惯量支撑和一次频率调节能力及发电效益相较于常规一次频率控制具有明显提高。     

考虑源–荷功率随机波动特性的双馈风力发电机一次频率平滑调节方法

常规超速减载控制下的双馈感应风力发电机组虽然可参与系统一次调频,但存在发电效益低、转速调节范围小等问题。为提高系统频率品质,增强电网稳定性,该文综合考虑源–荷功率随机波动对系统频率产生的影响,提出双馈感应风电机组一次频率平滑调节控制策略。根据风电场一次大风气象周期的风电功率波动历史数据,研究单台风电机组在不同时间尺度下风电功率波动对系统频率产生的影响,确定了最佳时间尺度下一次频率平滑调节所需储能装置的容量,并对其进行优化配置。最后,通过仿真与实验验证表明,所提控制策略的一次频率调节能力相较于常规一次调频控制具有明显提高,为双馈感应风力发电机的升级改造提供了新思路和新应用。     

风电机组参与电网一次调频的控制策略研究

为了解决大规模风电机组并入电网对电力系统频率稳定性问题,阐述了系统惯量对电网频率变化的影响,分析比较了不同类型风电机组的动态频率响应特性,并根据双馈风电机组参与电网一次调频的基本原理,对比了现阶段有关风电参与电网一次调频的控制策略。研究结果表明,储能设备对风电机组参与电网调频的能力具有重要辅助作用,联合控制方法能够较好地实现风电调频的能力,有利于电力系统的安全稳定运行。     

双馈风电机组变系数虚拟惯量优化控制

传统的变速恒频风力发电机采用电力电子变流器控制,导致机组输出功率与系统频率解耦,使风力机无法响应系统频率变化,降低了系统转动惯量。在分析双馈风力发电机运行特性和虚拟惯量特性的基础上,研究了双馈风力发电机采用虚拟惯量控制的机组转速变化与输出功率的关系,提出了同时考虑调频效益和调频成本的变系数虚拟惯量控制策略。该控制策略分别以调频时双馈风电机组输出功率、转速恢复时间衡量调频效益、调频成本的大小,并采用遗传算法离线计算机组不同运行状态下的调频系数曲线和机组转速变化程度的最优值,以实现机组频率控制系数随机组转速变化而改变。根据计算所得调频系数曲线在MATLAB/Simulink软件平台进行仿真实验,结果表明所提方法能够使双馈风电机组在不同运行状态下响应系统频率变化,并保证机组自身稳定运行。     

基于变功率点跟踪和超级电容器储能协调控制的双馈风电机组一次调频策略

通常双馈风电机组运行在最大功率点跟踪模式下,发电机功率输出难以响应电网频率波动,亦无备用有功功率支撑电网频率控制,风电渗透率的提升使得系统的等效时间常数降低,并且系统频率调节压力增大,从而弃风现象严重。传统超速减载控制通过保留部分有功备用参与系统调频,但存在风电机组发电效益降低、转速调节范围减小及桨距角控制起动频繁等问题。为此提出了基于变功率点跟踪和超级电容器储能协调控制的双馈风电机组一次调频策略,为储能装置在新能源机组渗透率逐渐加大的背景下提供了新的应用思路,同时综合考虑储能装置容量优化配置问题,设计出一套最高放电效率下成本最低的超级电容储能装置。相比传统超速减载控制预留备用容量的一次调频方式,通过经济性评估可知,具有较强的经济优势,仿真分析可得到在源荷随机波动场景下,其发电效益接近于最大功率跟踪模式,明显高于超速减载控制模式,同时还具有明显优于传统超速减载控制的一次频率调节能力,且无需进行桨距角调节。有利于延长变桨系统的寿命,提高其运行的安全性和可靠性。     

应用于双馈感应风电机组中的虚拟惯量控制研究

介绍了双馈感应风电机组发电系统原理、气动模型和机械模型的建立,分析了最大功率追踪控制、桨距角控制以及虚拟惯量控制,在Matlab/Simulink仿真软件中搭建双馈感应风电机组发电系统模型,通过电力电子变流器控制对电力系统频率响应的影响进行仿真验证。仿真结果表明:虚拟惯量控制的实施给双馈感应风电机组提供一个虚拟惯量,这一虚拟惯量由存储在转子中的旋转动能提供,并对系统频率起到了支撑作用。     

影响风电一次调频能力的参数选取

变速风力发电机本身没有频率调节能力,因此随着孤岛运行的微电网中风电渗透率的增加,系统频率调节能力越差,提出在风电机组转子侧附加虚拟惯量和转速控制环节使风力发电机主动响应频率变化,参与系统的一次频率调节,由于风电调频效果受多个因素的影响,因此要达到最佳的调频性能就需分析影响风电调频能力的参数并选取合适的参数值。通过增大微电网中风电渗透率验证所提控制策略对提高系统频率稳定性的作用,并分析风电机组与常规同步发电机的一次频率调节系数以及风电机组预留的备用大小对微电网一次频率调节的影响,通过仿真,选取合适的调频参数从而充分发挥风电机组的调频能力,减轻同步发电机的调频压力,增强系统的频率调节特性。     

基于协同控制优化风储系统频率响应的策略研究

风电机组的友好型调频控制对改善风电并网系统的频率响应特性具有重要作用。该文在分析最大功率跟踪(maximum power point tracking,MPPT)运行风电机组,利用变比例系数调速、飞轮储能基于功率调节实现频率支撑可行性的基础上,从优化风储系统频率响应特性出发,基于协同控制理论,提出飞轮储能协同MPPT运行风电机组提供频率响应的两层协同控制方案。通过将频率偏差和风电机组虚拟电气惯量线性组合构成宏变量,并利用宏变量的零输入响应控制流形,设计实现不同风速风电机组协同提供频率支撑的变比例系数调速策略。进一步,基于频率偏差、储能调频功率指令和风电机组虚拟惯量的线性组合构成宏变量,采用相同的控制流形设计飞轮储能协同风电机组提供频率支撑、快速恢复风电机组MPPT运行和避免频率二次扰动的附加调频有功调节策略。最后,利用风电并网系统的负荷频率扰动,验证所提协同控制的有效性,结果表明,该策略不仅有助于提高系统恢复同步稳定的动态特性,而且能够降低同步发电机参与调频的有功调节速度要求。     

基于可变系数的双馈风电机组与同步发电机协调调频策略

双馈风电机组的解耦控制决定了其输出的有功功率无法响应电网的频率变化,当风电的渗透率不断升高时,电网的调频压力不断增大。当风电作为一种新的调频电源并入电网时,为使其更好地为电网调频服务,提出一种基于可变系数的双馈风电机组与同步发电机协调一次调频策略。在不同的运行模式下,定义并整定了双馈风电机组的可变调差系数,使其可以根据当前备用容量决定其调频出力深度;兼顾风电机组的调频备用与经济性,在频率偏差允许范围内通过协调双馈风电机组与同步发电机的调频出力,实现了既能减轻同步发电机的调频压力,又能间接减少风电机组弃风量的双重目标。仿真结果表明,所提出的调频策略可使风电机组的储备功率更加充分地参与调频,有效减轻同步发电机的调频压力。     

基于超级电容储能的双馈风力发电机一次调节方法

随着风电穿透功率不断增大,系统对于风电出力的控制要求进一步提升,且对无功功率有着更为灵活的要求。双馈感应发电机(double-fed induction generator, DFIG)转速与电网频率解耦,难以在电网的频率、电压波动过程中提供快速、精准的支持。为增强单台双馈风电机组的并网致稳性,将超级电容器储能单元接入DFIG的直流母线处参与电网一次频率调节,针对储能需求讨论阵列配置。并通过增加网侧变流器(grid side converter, GSC)电压下垂控制,实现双馈感应发电机组一次调压功能,挖掘DFIG自身调节能力。通过搭建风电场-同步机系统模型,证明其对于系统稳定性的提高;最后通过10 kW双馈感应发电机实验平台,验证了所提控制策略的有效性与准确性。