基于柔性直流技术的风电场并网系统电压稳定研究

以霍林河地区某孤立系统为研究对象,以降低系统电压波动和提高系统电压稳定性为目的,提出风电场采用柔性直流方式接入系统。柔性直流输电方式基于具有自换向特性的电压源换流器,并采用脉宽调制技术,实现了有功无功的解耦,从而可进行独立连续的调节。首先对采用不同输电方式和不同风电并网容量的系统进行稳态潮流仿真,负荷节点电压维持在稳定范围内;之后对系统中常规机组故障、负荷故障和线路故障进行暂态仿真,故障后电压波动在允许范围内,并迅速趋于平稳,无需稳定措施。仿真结果表明,风电场可以采用柔性直流输电方式接入系统,系统电压稳定性较常规交流方式有很大提高。     

海上风电场柔性直流送电并网控制研究

针对大型风电场并网难题,分析了适合大型海上风电场送电并网方式。针对应用柔性直流方式送电并网方式,研究了柔性直流输电系统的数学模型和控制策略。应用变速恒频风机的海上风电场随风速变化而功率输出变化,海上换流站的控制需要保持电压频率稳定,根据其暂态方程提出了改进的直接电压控制来控制风电场母线电压频率。对电网侧换流站采用双闭环直接电流控制,控制直流电压和无功。基于PSCAD/EMTDC仿真平台搭建了海上风电场等效模型以及通过柔性直流送电系统仿真模型,对风电场风速变化、当地负荷切入以及无功指令变化进行了仿真,验证了控制策略的正确有效。     

DFIG风电场经交流/柔性直流并网系统最优潮流与灵敏度分析

针对经交流和柔性直流(AC/VSC-HVDC)并网的双馈感应发电机(DFIG)风电场,考虑风速波动和电压源型换流器控制方式切换,引入直流潮流控制器,以交直流网损和直流电压偏移指标最小为目标,建立计及DFIG详细结构的最优潮流(OPF)模型,从而优化DFIG和VSC-HVDC控制变量。根据OPF拉格朗日乘子,建立目标函数对DFIG与VSC-HVDC控制变量约束灵敏度的解析表达式,以量化DFIG与VSC-HVDC潮流控制能力。给出IEEE 14节点系统的计算结果,验证了所提优化模型及其灵敏度分析的有效性和应用价值。     

多端柔性直流输电系统在海上风电场并网中的应用

随着地理上高度分散的近海风电场的大规模开发,传统并网方式已不能满足要求,提出了风电场经多端柔性直流输电系统及交流线路与电网互联的策略,并设计了各换流站的控制方法。建立了VSC-HVDC的数学模型,并分析了其工作原理。在PSCAD/EMTDC的仿真环境下,搭建了含多端柔性直流输电系统的模型,分析了混合输电方式下电网运行的稳定性。仿真结果表明交直流混合输电模式灵活、可靠、经济,风电场出口处短路故障切除后电压能够快速恢复,确保了风电的可靠输出。     

风电场柔性直流并网控制保护技术现状与展望

采用柔性直流送出是未来大规模远距离风电并网的主流趋势。随着相工程的不断投运,风电场-柔性直流并网系统的控制与保护技术已成为当下的研究焦点。本文从实际工程出发,针对系统结构、稳态控制、小干扰稳定性、主动频率响应、交直流协调运行及暂态控制等几方面,综述了风电场-柔性直流并网系统的研究成果及发展现状,介绍了当前工程中的技术难点,并对未来的研究方向做了展望。     

经柔性直流输电并网的大型风电场频率控制策略

在大型风电场经柔性直流输电系统并入交流电网的场合,传统的电网调频方法难以适用。提出一种频率控制策略,分别在逆变侧换流器、整流侧换流器和风电机组上设计响应频率变化的控制环节。所有控制环节均基于本地测量的信号,无需远距离通信。该方法可以使风电场参与交流系统调频,此外,当系统故障引起柔性直流送出容量受限时,该方法可以自动降低风电机组功率,防止直流侧过压保护动作。     

风电场柔性直流并网与传统直流外送的源网协调控制策略

针对西部高原地区风电场采用柔性直流并网与传统直流外送导致送端电网频率变化敏感的问题,提出传统直流、柔性直流、风电场参与送端电网频率调节的源网协调控制策略。首先,在传统直流和风机中引入一次调频特性和惯性控制环节的变功率附加控制,在柔性直流电网侧换流站引入变电压附加控制,风电场侧换流站引入变频和直流电压偏差附加控制;其次,协调了发电机、传统直流、柔性直流、风电场参与送端电网频率调节的时序;最后,在PSCAD/EMTDC中搭建仿真模型。仿真结果表明:该源网协调控制策略能增加送端电网的惯量,提高系统频率稳定性;能有效减小送端电网故障期间柔性直流的直流电压波动幅度。     

风电场交直流并网系统的储能和柔性直流联合调步控制策略

考虑在风电场交直流混合并网系统中风电场的功率差额可以沿交流线路传递给主网,风电场和主网都存在频率稳定问题,提出储能与柔性直流附加控制参与系统频率调节,优化风电场和主网频率特性。在风电场侧柔性直流换流站中加入基于风电场频率变化的柔性直流频率附加控制,以改善风电场频率特性;将储能系统通过换流器并联在风电场和主网间直流线路上,弥补风电场侧直流附加控制对主网的频率恶化作用,并改善主网频率特性;建立了储能与柔性直流附加控制共同作用下的风电场交直流混合并网系统频率模型。算例分析表明,通过储能与柔性直流附加控制的配合,能有效减少风电场功率平衡被破坏时风电场和主网的频率波动幅度。     

柔性直流输电技术在风电场并网中的应用探讨

柔性直流输电是在电压源换流器技术和全控型功率器件的基础上发展起来的,通过电压源换流器技术,可以控制系统中的无功功率、抑制并网公共点的电压波动。文章分析了电压源换流器（VSC）的基本模型,研究了换流站无功功率控制和电压控制策略对改善并网风电场电压稳定性的作用,阐述了风电场并网对电网的可靠性和稳定性等方面的影响。     

DFIG风电场经模块化多电平柔性直流并网控制策略

比较了风电场常见的3种并网方式,分别讨论了适用于风电接入的模块化多电平柔性直流输电系统启动控制策略及双馈感应发电机(DFIG)自身的启动控制,设计了稳态运行时的模块化多电平柔性直流控制器,以可靠接纳风电并网。基于PSCAD/EMTDC仿真平台分析了所提出的控制理论,验证了在稳定运行及风速改变等不同工况下,模块化多电平柔性直流输电系统均可实现风电场启动及可靠高效并网。     

风电场柔性并网辅助系统及其优化模型

目前面向min级风电柔性并网的储能系统一般由蓄电池组成,因蓄电池配置容量有限,在应对风电场长过程连续下调峰导致的风电功率波动越限问题时,其控制效果将大打折扣。为此,引入容量在日内调度可近似视为不受限的氢储能系统,与蓄电池共同组成混合储能系统,并基于其各自特点,设计了最大发挥2种储能优势的混合储能系统,建立混合储能协助下的风电场并网状态空间模型,并求解可实现风电场柔性并网最小化能量转换损耗的混合储能系统最优充放电功率决策,根据决策执行结果分析混合储能系统的能量转换特点。仿真结果表明,与采用单独蓄电池储能的控制策略相比,在相同的储能系统配置成本下,提出的优化模型可以结合氢储能系统的能量容量优势来提高储能系统的供电持续性,并且能够合理安排蓄电池和氢储能系统的工作顺序来尽量减小风电场能量损耗,由此实现相对最优的风电场柔性并网功能。     

基于柔性直流输电的风电场并网故障穿越协调控制策略

分析了新型模块化卸荷(dynamic braking resistor,DBR)电路的结构特点与工作特性,并基于模块化卸荷电路控制方法与升频法/降压法,提出一种适用于由双馈感应风电机组与普通异步风电机组构成的混合风电场柔性直流输电并网系统的故障穿越(fault ride-through,FRT)协调控制策略。根据风机实际运行特性与电网规范要求设计升频/降压限值,充分利用风电机组(wind turbine generator,WTG)自身特性降低风场侧出力,配合模块化卸荷电阻可获得更加理想的故障穿越效果,同时进一步降低了系统造价。根据南澳柔性直流输电示范项目实际参数,应用PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真软件搭建相应的三端柔性直流输电系统模型验证了所提控制策略的有效性。     

海上风电场运用柔性直流方式并网的无功控制研究

海上风电已成为我国沿海地区风电发展的趋势,为提高发电效率,海上风电场单机容量不断增大,风电场离岸距离从近海逐步向50 km外的深海拓展。由于大部分深海风电场采用柔性直流方式(VSC-HVDC)集中并网,电压管理与无功控制必须从电网、电源两方面着手,增强风电场、电网调压灵活性。本文针对柔性直流接入的大型海上风电场的无功规划及其控制策略开展研究。在不同接入容量的海上风电场群中通过采用推荐的无功控制方案,可以有效地改善风电集中区域电压运行质量,提高电网电压稳定水平,减少风电由于电压波动导致的大规模脱网的发生。     

直驱风电场经柔性直流输电并网的宽频振荡特性分析

随着可再生能源渗透率的提高，电力系统中电力电子装置不断增加，装置间相互影响会诱发频率从几赫兹到数千赫兹范围内的宽频振荡。针对直驱风电场(Direct-Drive Wind Forms, DDWFs)经柔性直流输电(Voltage Source Converter based High Voltage Direct Current, VSC-HVDC)并网引发的宽频振荡问题，基于DDWFs经VSC-HVDC并网系统动态数学模型，建立了小信号模型与阻抗模型。进而采用特征值分析法对振荡模式进行了分析，并验证了“负电阻”理论在该系统宽频振荡机理分析中的适用性。最后结合特征值分析法和阻抗法全面分析了参数变化对振荡特性的影响，并利用PSCAD/EMTDC验证了上述分析的正确性。结果表明，可以基于特征值分析法和阻抗法进行参数调整以减小宽频振荡幅值。     

风电场柔性直流并网控制保护技术现状与展望北大核心CSCD

采用柔性直流送出是未来大规模远距离风电并网的主流趋势。随着相工程的不断投运,风电场-柔性直流并网系统的控制与保护技术已成为当下的研究焦点。本文从实际工程出发,针对系统结构、稳态控制、小干扰稳定性、主动频率响应、交直流协调运行及暂态控制等几方面,综述了风电场-柔性直流并网系统的研究成果及发展现状,介绍了当前工程中的技术难点,并对未来的研究方向做了展望。     

风电场柔性直流并网控制保护技术现状与展望北大核心CSCD

采用柔性直流送出是未来大规模远距离风电并网的主流趋势。随着相工程的不断投运,风电场-柔性直流并网系统的控制与保护技术已成为当下的研究焦点。本文从实际工程出发,针对系统结构、稳态控制、小干扰稳定性、主动频率响应、交直流协调运行及暂态控制等几方面,综述了风电场-柔性直流并网系统的研究成果及发展现状,介绍了当前工程中的技术难点,并对未来的研究方向做了展望。     

风电场并网振荡的频域网络分析及抑制

针对当前风电场振荡原因难以确定的问题,提出一种能够定位振荡失稳要素的频域网络分析方法。首先,计及风电场拓扑信息,建立节点频域网络模型;然后,基于该模型的零极点分布,给出判稳依据并提取主导模式;利用模态分解以及导数链式法则,建立节点参与因子和参数灵敏度指标,确定主导节点与关键参数;最后,评估关键参数对于失稳模式的牵引作用,通过逆向调节实现振荡抑制。在Matlab/Simulink平台中搭建一个典型风电场测试案例,验证了所提分析及抑制方法的有效性。     

适用于风电并网柔性直流控制器设计

针对传统风电并网对交流系统稳定运行产生的不利因素,提出采用柔性直流输电系统完成风电并网外送。首先给出基于柔性直流输电系统风电并网系统结构设计,并针对该系统结构展开理论分析,提出适合风电系统接入送端换流器控制功能配置、受端换流器控制功能配置。详细分析换流器桥臂结构及子模块模型结构,在上述分析基础上,进行整流侧频率控制器设计、交流电压控制器设计、逆变侧直流电压控制器设计和无功控制器设计。最后,在PSCAD/EMTDC完成上述一次模型搭建以及控制策略的仿真验证,对仿真结构进行总结分析。     

一种风电场经柔性直流输电并网控制方法改进探讨

基于PSCAD仿真工具对通过柔性直流输电进行大型风电并网的问题进行了研究。建立了采用永磁同步电机的风电场等效聚合模型,分析了柔性直流输电的结构及控制改进方法,研究了在交流大电网互联和大型风电并网两种情况下的柔性直流输电系统响应。当风电场接入柔性直流输电系统时,输电系统对风电场产生一定的影响,使得风电场的输出波动通过电流内环的电压补偿项经过二次反馈给风电场,从而导致输出有功功率和无功功率的波动。为了解决风电场并网输出波动的问题,对柔性直流输电控制方案进行了改进。仿真结果显示在保持了系统优异故障穿越能力的同时,该改进方案能够有效地减小风电场的输出波动,增强了系统的稳定性。     

风电场直流并网的拓扑结构研究

直流并网结构可以有效避免传统交流并网结构中能量转换效率低、灵活性差的缺点。通过对各类典型直流并网风电场的拓扑结构进行分析,从能耗、建设成本和适用性等方面,概述了应用变流器作为电能转换环节的各直流并网风电场特性,重点分析了直流升压型的并网拓扑结构,并将各直流并网结构相互对比,剖析了不同结构的优缺点。与传统结构相比,风电场直流并网的结构易实现单位功率因数控制,拥有良好的长远距离输电能力,具有很强的可控性和稳定性。