考虑DFIG机组容量限制的风电场功率分配方法

当风电场参与系统的有功无功控制时,它将面临如何将有功无功调度指令分配到底层风电机组的问题.针对DFIG风电场,介绍了DFIG的基本有功无功解耦控制框架.考虑到DFIG机组的额定容量限制,根据有功可能出力大的机组所分担的有功多,有功出力多的机组所分担的无功少这一原则,采用一种简单有效的风电场有功无功分配算法,可以合理利用各台机组的有功无功容量,减少视在功率饱和.在设计分配算法时,提出一种修正有功无功指令的方案,以消除因风电场内部有功无功损耗所引起的跟踪误差.利用Matlab/SimpowerSystems软件进行了仿真试验,仿真结果验证了该功率分配方法及修正指令方案的可行性.     

采用改进下垂控制和双层无功优化的风电场无功均衡分配研究

计及风电场详细模型,按照双馈风电机组(DFIG)无功容量比例分配无功,难以实现风电场无功裕度均衡控制。根据DFIG无功裕度和并网点(PCC)允许电压偏差,提出可变下垂系数以改进无功-电压控制。结合每台DFIG无功裕度及其与PCC间电气距离,定义新的无功不均衡度。针对大规模风电场控制问题,建立双层无功优化模型,其中电网层以减小网损、电压偏差和风电场铜耗为目标,整定电网无功需求量;风电场层以场内线损、DFIG铜耗及无功不均衡度最小为目标,确定各台DFIG无功出力。采用有限记忆拟牛顿信赖域(LBFGS-TR)算法求解无功均衡分配方案。算例结果表明,所提算法可充分利用DFIG无功调控能力,实现风电场无功裕度均衡控制。     

考虑拓扑影响的风电场无功优化策略研究

双馈风电机组(DFIG)机群的拓扑结构对风电场无功优化有较大影响。分析了DFIG的无功出力极限,将DFIG作为风电场连续无功源,计及风电场有载调压变压器分接头设置对DFIG机端电压的影响。以风电场内部有功损耗最小为优化目标建立风电场无功优化模型。最后,以丹麦HornsRev1离岸风电场为例,采用粒子群优化算法对所建立的无功优化模型进行求解。仿真结果验证了所提优化控制策略的安全性和经济性。     

采用功率预测信息的风电场有功优化控制方法

风电场接受系统有功调度指令后需将调度需求分配到场内各风电机组。考虑到风电机组控制系统的频繁动作会直接影响其出力可靠性和机组寿命,提出一种新的风电场有功优化控制方法。该方法通过超短期风功率预测数据判断风机出力趋势以确定风机出力加权系数,优化风电场内有功调度分配指令,减少机组控制系统动作次数,平滑风电机组出力波动。最后,应用实际数据将所提方法与现有方法进行了比较,验证了所提方法的合理性和先进性。     

基于改进HPSO算法的风电场内部无功优化研究

双馈风电机组(DFIG)是当前风电场的主流机型之一,具有有功功率和无功功率可解耦控制的优点。将风电场中每一台DIFG机组作为单独的连续无功源,以每台DIFG机组无功出力为控制变量,把双馈风电场内部有功网损设为目标函数建立无功优化模型。为了减少风电场内部有功网损并稳定节点电压,在基本粒子群(PSO)算法的基础上引入了自适应权重和遗传算法中的杂交概念,提出了一种混合PSO算法,并将该方法应用于风电场内部无功优化模型求解。以华北地区某风电场为例,在MATLAB软件中采用改进HPSO算法对所建立的无功优化模型进行了求解,求解结果与基本PSO算法和线性递减权重的PSO算法相比,改进HPSO算法收敛速度更快且结果更优,验证了文中模型和算法的正确性。     

考虑输入风速缺失时风电场风机功率调度方案

使用风机输入风速数据对风电场功率调度方案进行优化,当某些台风机出现输入风速数据异常或缺失时,利用线性回归模型建立各台风机风速之间的关系,从而计算出缺失的风速数据。在得到所有风机输入风速数据的基础上,针对由双馈感应异步发电机(DFIG)组成的风电场,考虑发生弃风时根据电网调度向风电场下达的有功出力指令以及电网需求的无功指令,以该风电场所有DFIG损耗最小为目标函数建立了有功、无功统一调度模型。在算例分析中与按各台DFIG的无功极限占风电场无功极限比例的无功分配方案进行了对比,在PSCAD上搭建了风电场模型,验证了该调度方案的有效性和优越性。     

基于优先顺序法的风电场限出力有功控制策略

随着风电并网容量的增加,风电场应具备有功功率调节能力,能根据电网调度部门指令控制其有功功率输出。结合甘肃酒泉风电基地集群风电有功控制系统的实际需要,以实现最大风能利用、避免风电场频繁起停为目标,基于经典优先顺序法提出了一种应用于变速恒频风电场的限出力有功控制策略。针对风电场限出力控制需要,设计了风电场层有功功率控制框架及限出力控制流程,综合考虑场内风电机组的预测信息、运行状态与控制特性,建立了以风电机组调节性能指标为排序指标的风电场限出力控制序列,进而基于此控制序列,给出了风电场限出力有功分配方法。最后,通过算例验证了所提方法的正确性和有效性。     

基于分层MPC的风电场电压协调控制策略研究

针对弱连接并网风电场电压稳定性易受风功率波动影响,提出了一种基于分层模型预测控制(MPC)的风电场电压协调控制策略。首先,建立自适应调节层,根据风电场无功补偿能力以及有功预测信息对并网点电压进行预测,实现对并网点电压的自适应调整。其次,建立无功分配层,通过计算风电机组在无功补偿中所需要的无功容量,根据不同风电机组的无功裕度对其无功出力进行分配。最后,根据跟踪控制层的反馈信息对电压控制的误差进行修正,从而达到对弱连接并网风电场无功电压的有效控制。仿真结果表明:提出的无功电压控制策略实现了对无功输出的自适应调整,并可有效地解决风电场存在的无功缺额问题;保证了在多种情况下的风电场并网电压控制的稳定性;通过分层MPC,各层内不同时间级的预测信息可被高效利用,各层间不同时间尺度的控制亦可得到有效协调。     

基于遗传算法的双馈风场分群无功控制策略

现有的双馈风电场无功控制多数采用恒功率因数控制,既没有充分利用风电场内双馈风电机组和无功补偿设备的无功调节能力,也没有考虑风电场集电系统的网损。提出了一种综合考虑集电系统特点和DFIG无功调节能力的无功控制策略,该策略以实时监测的风电场并网点电压数据和DFIG有功出力数据为基础,通过分析双馈风电机组的功率特性和风电场的无功需求,利用遗传算法求解风电场多目标无功优化控制模型,达到降低集电系统网损和改善并网点电压的目的。对某实际风场的仿真算例验证了所提策略的有效性。     

直驱式机组风电场的无功补偿分析研究

文章基于装机总容量为49.5MW的某达坂城实验风电场为研究对象,根据风电场实测数据计算不同有功和无功出力、风电场的无功损耗和母线电压波动情况。为了让风电场不同容量直驱式机组的无功能够充分发挥出来,文章提出了恒功率因数无功控制方案,建立相关模型,通过仿真论证该方案的可靠性与实用性。实验结果表明直驱式风电机组的风电场能够充分利用风电机组的无功容量,减少母线汇集点无功补偿容量,基本能满足风电场的无功损耗,提高了母线电压的稳定性和安全性,具有较好的经济效益。     

双馈风力发电机组无功调节机理及无功控制策略

以双馈感应发电机组(doubly fed induction generator,DFIG)等效电路为基础,分析DFIG定子和网侧换流器的无功调节机理。对比两者动态过程和稳态效果,确定两者无功调用的优先级,并根据两者无功调节能力制定DFIG的无功控制策略。当无功需求大于DFIG无功出力极限时,通过减小有功出力来扩大DFIG无功出力范围,并采用基于无功缺额的定子有功功率附加控制器,以机组无功出力极限与电网需求相等和机组出力最大为控制目标,最小限度地降低机组出力,提高机组的无功出力极限。基于PSCAD/EMTDC的数字仿真结果验证了理论分析和控制策略的正确性。     

考虑双馈机组无功调节能力的海上风电场无功优化

针对目前海上风电场运行时大量无功传输会引起有功损耗增加的问题,分析了海上风电场集电系统各电气设备的无功特性,以及双馈风电机组(doubly fed induction generator,DFIG)无功出力约束、风速变化对风电场内部无功潮流影响,提出了在保证最大风能利用的前提下将双馈风力发电机组作为连续无功源参与风电场无功补偿的方式,在保证风电场内部节点电压质量的前提下同时获得风电场内部网损最小的目标。以各风电机组的无功实时输出值为控制对象,将风电场无功优化问题转换为一个多变量、多约束的非线性混合优化问题,并采用粒子群优化算法(particle swarm optimization algorithm,PSO)进行求解。算例结果验证了该方法的有效性。     

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。     

DFIG风电场在附加变桨控制下的三维综合静态模型研究

当采用双馈感应发电机(doubly-fed induction generator,DFIG)的风电机组加入附加桨距角控制环节后,其将具备一定的功率备用以有效响应系统频率的变化,从而可使DFIG风电场表现出一定的静态特性。以往研究静态特性主要采用单机无穷大系统,系统频率对机组有功输出的影响、系统电压对机组无功输出的影响是单独分析的。实际风电场并网点的电压和频率常常是联动变化的,且实际风电场由数十甚至数百台机组连接而成,风电场的有功、无功输出与系统频率和电压的变化都相关。基于此,通过仿真研究了附加桨距角控制下DFIG风电场的综合静态特性,结果表明其应该描述为有功–电压–频率和无功–电压–频率三维特性。研究还表明,当风电场有功出力不变时,风电场内风速的随机分布不会显著影响风电场的整体静态特性。最后,对比了3种用以描述风电场三维综合静态特性的模型方程,结果表明标准多项式模型更为准确。     

基于STATCOM的双馈风电场无功电压控制的研究

基于STATCOM和DFIG的数学模型研究与控制器建模,提出一种由两者共同参与的风电场无功电压控制方案.该方案利用STATCOM的电压控制模式,并充分考虑到双馈风机的无功调控能力,将双馈风机集群电压控制分为无功需求决策层和无功协调优化分配层.此外,针对风电场出口发生三相短路的紧急状况,提出一种故障时双馈风力发电机组的改进控制策略,该策略通过故障时将转子侧变流器由功率控制模式切换为电压控制模式,有功电流优先切换为无功电流优先,网侧变流器由单位功率因数运行切换为极限无功功率运行的方式提高风电场的低电压穿越能力.仿真表明,该方案不仅能实现正常运行时对风电场并网点电压指令的快速跟踪,风速、系统负荷和系统电压波动时快速稳定风电场并网点电压,而且当风电场出口发生短路故障时,能显著减小故障对双馈风机的不利影响,加速故障后电压恢复.     

基于VSC-HVDC的DFIG风电场低电压穿越 改进控制策略

提出了一种适用于VSC-HVDC系统并网DFIG风电场的低电压穿越控制策略。根据DFIG机组和VSC模型,计算了无功功率极限。传统的Crowbar电路在系统故障时将转子侧换流器（RSC）进行短路,使DFIG风电场失去对系统提供无功功率的能力。提出了改进控制策略,根据电网故障严重程度控制Crowbar电路的动作。根据风电场和VSC-HVDC系统各个换流器的功率极限,提出了输电系统风电场侧换流器（WFVSC）优先的无功功率分配策略,根据电网的无功缺额分配换流器之间的无功出力。使用MATLAB/Simulink平台搭建了仿真系统,对改进控制策略进行了验证。     

双馈感应电机稳态无功出力范围的优化算法

随着风电容量的增加,风电机组无功出力对风电系统电压水平和无功平衡的影响更加显著。研究了双馈感应电机(DFIG)稳态无功出力范围和最小有功损耗问题。基于感应电机扩展潮流模型,将风电机组节点功率平衡、转矩平衡和背靠背变流器稳态控制目标作为等式约束,将绕组和变流器电流和容量约束、滑差约束作为不等式约束,以无功出力最大/最小为目标,确定不同机端电压和网侧变流器无功支持下DFIG无功出力范围;以有功损耗最小为目标,确定风电机组内部无功最优分布。算例分析验证了机端电压、变流器容量及其控制目标对DFIG稳态无功特性的影响。     

改善连锁脱网的风电场群电压无功紧急控制策略

针对大规模风电场动态电压问题可能导致的连锁脱网事故,首先分析并仿真验证了风电场连锁脱网的演化机理及时空特性;在对风电场内的无功源及双馈风电机组的调节特性进行分析的基础上,提出了协调静止无功补偿器(SVC)和双馈感应发电机(DFIG)机组的电压无功紧急控制策略,控制的原理是利用DFIG的有功、无功解耦控制,在故障时由SVC和风电机组共同输出容性无功功率,提高故障中的风电机组端电压,同时对DFIG的有功功率进行限幅;故障清除后,风电机组依据电压情况迅速输出一定的感性无功功率,以抵消SVC的滞后效应。仿真结果表明,所提紧急控制策略能够很好地抑制大规模风电场的连锁脱网事故。     

风电场层AGC常用分配策略的对比研究

风电场层AGC负责接收、分配和下发系统调度有功指令目标值至场内各机组,其中分配策略将直接影响风电场AGC的控制性能。目前常用的分配策略有有功变化量平均分配、有功等比分配和相似出力裕度分配。从机组台数、限电量和可用理论有功计算误差等方面分别比较了三种常用分配策略对风电场AGC响应时间的影响。结果表明,机组台数和限电量对风电场AGC响应时间的影响很小,但可用理论有功计算误差有可能导致系统调度下发的有功指令目标值经风电场层AGC分配、下发,再经机组层AGC执行后仍无法进入调节死区,需二次分配,增长了风电场AGC的响应时间。该研究将为风电场AGC控制性能的改善提供技术依据。     

风电场有功功率控制策略研究

风电场传统的有功功率分配以平均分配为主,未能充分考虑风电场内机组的运行信息。对此,提出了一种基于机组分类的有功功率控制策略,即根据风电机组的出力特性、运行状态和功率预测等情况对风电机组进行分类,按不同类型风电机组升降功率能力的不同,依次对每类机组进行控制,从而提高风电场有功功率输出的准确性和响应速度。通过仿真分析,所提风电场有功功率控制策略能够较好地协调风电场有功出力。