考虑风荷协同参与调频的电力系统低频减载策略仿真研究

随着新能源机组的大规模并网,传统的低频减载策略由于未充分考虑风电参与调频的优势,且采用负荷被动切除的策略,很难满足电力系统运行的安全性与经济性要求。为了探究风电机组与柔性可调负荷共同参与调频对电力系统低频减载策略的影响,分析了风电机组及柔性负荷参与电网频率响应的模型,阐述了电力系统低频减载实施方案的配置原则,在仿真软件中搭建风荷共同参与调频模型并依照区域大电网实际运行情况进行低频减载仿真计算。计算结果表明,考虑虚拟惯性控制的风电机组与柔性可调负荷共同调频下的低频减载切除负荷量相比于传统低频减载策略明显减少,风荷协同参与调频对增强电力系统频率稳定防线及优化减载量等方面都具有重要的研究意义。     

双馈风电机组参与电网一次调频的控制策略

由于现有风电机组不能响应电网频率的变化,不增加电力系统的转动惯量,大规模风电接入将对电网频率稳定性构成威胁。基于双馈风电机组的控制特性,提出一种实用化的风电参与电网调频的控制方法。采用分段控制的方式,要求风电机组在一定的频率范围内参与调频。基于转子动能控制原理,在电网频率上升到该范围时通过吸收部分转子动能减少风电机组的有功出力,实现风电机组的频率控制。最后在电力系统仿真软件中搭建风电调频控制的电网模型并以大规模地区实际电网为例进行仿真,研究风电参与电网调频的作用。仿真结果表明,风电机组对频率变化具有快速响应能力,可有效改善电网的频率特性,为双馈风电机组安全稳定并网运行提供了可借鉴的理论依据。     

参与系统调频的风电机组控制策略研究综述

电力系统频率是衡量电力系统电能质量的重要指标,风电机组自身运行特性导致大规模风电并网对系统频率稳定产生极大威胁,风电参与系统调频将成为电力系统未来发展的必然趋势。由于风机本身不具备频率调整的能力,因此风电机组调频控制策略已成为目前风力发电技术的研究热点,为此,在双馈感应风电机组(double fed induction generator,DFIG)正常运行控制基础上,对其参与系统调频控制策略方面相关研究进行分析和综述,分析了减载(deloading,del)运行参与调频的必要性和最优减载法案,研究虚拟惯性控制、下垂控制、桨距角控制等控制方法及其相互辅助从而达到高效调频的协调控制策略,最后展望了需进一步重点研究的内容:储能技术参与风电场调频的协调控制,风电参与系统调频的经济性分析。     

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。     

大容量双馈风电机组虚拟惯量调频技术

针对风电机组不主动参与电网频率调节的问题,量化评估了大容量双馈风电机组利用风轮旋转动能进行调频的能力,提出了基于附加转矩的风电机组虚拟惯量调频控制方法,并研究了其实现原理与控制策略,建立了大容量双馈风电机组Bladed+MATLAB联合仿真模型,实现了虚拟惯量调频全过程动态仿真。首次在MW级风电机组上进行了虚拟惯量调频现场试验,揭示了大容量风电机组虚拟惯量调频的动态特性与技术特点。试验结果表明了理论与仿真分析的准确性及控制策略的有效性。     

基于减载功率跟踪曲线切换的风电机组调频策略

变速恒频风电机组通过变流器并网后,机组转速不再与系统频率发生耦合,导致系统总的转动惯量不断下降,严重威胁到了电力系统频率稳定性。根据频率发生变化时减载后的功率跟踪曲线比例系数的变化,提出了一种基于减载功率跟踪曲线切换的风电机组调频策略,并对各风速区间减载控制的具体过程进行了详细的分析,根据给定减载指令和减载策略的不同,对风速区间进行划分,各风速区间采用不同的减载策略（低风速的超速点采用二分法,中风速采用变参考功率的思想,高风速采用牛顿法求解附加桨距角或给定减载功率）。仿真结果表明,所提调频控制策略在保证自身稳定运行的同时,能够提高电力系统的频率稳定性。     

大规模双馈风电机组并网频率稳定控制策略

风电在电网中的渗透率逐年升高,尽管其在优化电源结构、节能减排方面有颇多贡献,但是由于自然风的波动性和不确定性,大规模风电并网势必会对电网频率稳定等方面产生影响.针对此问题,对装机量较高的双馈型风力发电机组(doubly-fed induction generator,DFIG)控制系统进行研究,制定大规模双馈型风电机组...     

双馈风电机组减载运行的协调控制研究

为了使收益和风能利用率最大化,双馈风电机组通常运行于最大功率点追踪模式下,但这样对并网系统来说风力发电机组此时无备用调节容量。在分析双馈风电机组有功功率控制方法的基础上,提出一种通过协调控制风力发电机转子转速和桨距角的策略,来实现双馈风电机组的减载运行,从而获得风力发电机组应有的可调容量。最后通过PSCAD软件建立仿真模型,验证该控制策略的正确性和可行性。     

基于转子动能与超级电容器储能的双馈风电机组惯量和一次调频改进控制策略

风力发电的大规模应用缓解了常规能源紧张的压力,但由于其不具备频率动态调节能力,给电网安全稳定运行带来了较大隐患.双馈风力发电机组在利用转子动能参与系统频率调节时,能有效响应频率变化,但在退出调频时存在频率二次跌落和输出有功功率减少的问题,且不能长时间提供功率支撑.针对这一问题,该文在分析过转子动能的惯量支撑能力之后,提出基于转子动能与超级电容器储能的协调频率控制策略.利用转子动能和超级电容器分别实现类似于同步发电机组的惯量特性和下垂特性,保证双馈风力发电机组在系统频率波动时能够提供快速且持久的功率支撑.同时控制超级电容器在转子动能退出惯量支撑时增发有功,以避免功率骤降造成的频率二次跌落现象发生;改变转子转速回升过程中的转速-功率运行轨迹,最大程度降低输出有功功率的减少量.     

风电机组参与地区电网调频实用效果分析

针对传统风电机组利用变频器控制功率输出,通常与系统频率完全解耦,不具备响应系统频率变化的能力,导致大规模风电接入显著降低了电网调频能力的问题,结合某地区电网结构及电源构成情况,利用仿真工具平台对风电场参与电网调频前后的系统频率特性及调频效果进行了计算分析。结果表明：在地区风电机组具备一次调频功能的情况下,能有效改善地区电网的频率稳定状况。     

双馈风电机组惯量控制对系统小干扰稳定的影响

研究了双馈风电机组加入惯量控制后对系统小干扰稳定的影响。首先,分析了双馈风电机组为系统提供惯性支持的基本原理,讨论了两种惯量控制的方法。然后,分析了这两种控制方法对系统小干扰稳定的可能影响。最后基于仿真,用模式分析法分析了不同控制策略和参数下的惯量控制对系统小干扰稳定的影响特性。分析表明,引入惯量控制对系统的小干扰稳定存在较明显的影响,在设计控制方法和参数时需要考虑小干扰稳定的安全约束。     

对中国低频减载方案制定中若干问题的探讨

按照特高压电网发展规划,中国将形成华北-华中-华东跨区同步互联电网.文中对大区联网统一协调低频减载方案及大区联络线低频解列设定值提出要求.对DL428-91<电力系统自动低频减负荷技术规定>提出修改建议.分析评价调速系统模型及大规模风电对低频减载方案制定的影响.通过理论证明国外自适应低频减载目前在国内不应大规模采用.提出了采用直流调制解决电网严重故障下频率稳定的方法,结果表明,可以大幅提高电网频率稳定性能,降低电网低频减载装置动作切除负荷的风险.     

考虑频率约束及风电机组调频的风电穿透功率极限计算

随着风电渗透率持续增加以及虚拟惯性/一次调频控制技术逐步推广应用,准确计算风电穿透功率极限对于确保电网安全稳定运行和指导风电并网规划建设具有重要意义。为此,文中定量表征了风电场虚拟惯性响应特性,并采用传递函数模型表示风电场一次调频响应特性,进而建立了包含风电场、同步发电机组调频控制的电网等值转子摇摆方程,用于描述电力系统频率响应特性。在此基础上,以电网稳态频率偏差约束和频率变化率约束为边界条件,提出了风电穿透功率极限的解析求解方法。最后,通过IEEE 14节点系统算例验证了所提方法的精确性和有效性。     

弱电网下双馈风电机组电网电压扰动补偿控制策略

针对弱电网下双馈风电并网系统的稳定性问题,文中提出了一种基于电网电压扰动补偿的双馈风电机组补偿控制策略。首先,在同步旋转坐标系下建立双馈风电机组,包括转子侧变换器和网侧变换器的统一阻抗模型。然后,基于所建立的阻抗模型分析了并网点电压扰动到控制器输出的传递关系,分别在转子侧电流环和网侧电流环引入了电压扰动补偿对变换器进行改进控制,并通过广义奈奎斯特判据证明了该方法能有效提高双馈风电机组在弱电网下的并网稳定性。理论分析表明,基于并网点电压扰动补偿的转子侧和网侧补偿控制能很好地改善双馈风电机组的输出阻抗特性,从而提高其在弱电网下的稳定性。最后,通过仿真分析验证了该补偿控制方法的有效性。     

计及低频减载动作的最大暂态频率偏移快速估计

随着大容量远距离高压直流输电工程建设和大规模可再生能源的接入,受端电网频率安全风险增大。针对大容量直流闭锁等可能触发低频减载的严重扰动,文中提出基于机器学习的电力系统最大暂态频率偏移快速估计方法。将问题分解为低频减载响应判断和最大频率偏移估计两个子问题,通过子模型交替求解估计最大暂态频率偏移;基于支持向量回归方法构建最大频率偏移估计子模型,以支持向量机为个体学习器构建基于Bagging集成学习的低频减载响应判断子模型;以运行方式信息和扰动信息为输入,采用ReliefF算法和主成分分析法对输入特征进行选择和提取,降低模型复杂度。以某多直流馈入受端系统为例构建最大暂态频率偏移估计模型,验证所提方法的准确性和适应性。     

大型双馈风电机组电网故障穿越过程载荷特性分析

目前,针对大型双馈风电机组电网故障穿越过程载荷特性的研究不足。首先,基于弹簧-阻尼-质量建模方法,建立了双馈风电机组传动链轴系载荷响应模型及塔架左右方向运动响应模型,获得系统固有谐振频率及阻尼系数解析表达式,理论分析结果表明,电网故障穿越过程可能引起传动链扭振和塔架左右晃动。其次,建立GH Bladed-MATLAB联合仿真模型,并基于此研究了电网对称与不对称故障对传动链轴系及塔架左右载荷特性的影响,仿真结果验证了理论分析的正确性。最后,进一步研究了不同有功恢复策略对机组载荷的影响,结果表明,有功功率恢复速率过快会导致机组载荷大幅增加,并得出了"机械友好型"风电机组故障电压穿越控制原则。     

双馈风电机组虚拟惯量控制对系统小干扰稳定性的影响

含虚拟惯量控制的双馈风电机组与电力系统的动力学特性存在耦合关系,而锁相环的跟踪能力将直接影响虚拟惯量的控制输入量,因此,考虑虚拟惯量控制的双馈风电机组在锁相环作用下,对系统小干扰稳定性的影响成为亟需解决的问题。首先,计及双馈风电机组的转子电压、锁相环、虚拟惯量控制、转子侧变频器、风电机组机械部分等暂态特性,建立了考虑锁相环与虚拟惯量控制的双馈风电机组并网的互联系统小干扰模型。在此基础上,考虑到锁相环与虚拟惯量控制均会影响同步发电机振荡模态,采用解析的方法从机理上揭示了二者共同作用下系统的小干扰稳定性,即对于含虚拟惯量控制的双馈风电机组,锁相环主要通过影响虚拟惯量对系统的参与程度进而影响系统阻尼:锁相环比例—积分(PI)参数越小,虚拟惯量控制状态变量对区间振荡模态的参与因子越小,机电振荡模态阻尼比越大,这与不含虚拟惯量控制的双馈风电机组中锁相环对系统阻尼特性的影响相反。仿真结果验证了所建模型的合理性与分析结果的正确性。     

Protection of Large-scale Wind Power Integration

More and more large capacity wind power will be integrated into power system in the future,and certain technical challenges will emerge due to the fluctuation characteristics of wind power and the complex control of power electronic devices inside the wind turbines(e.g.,low voltage ride through(LVRT)).By comparing a wind power integration grid with a hydropower integration grid,the special transient phenomena caused by the wind power integration is studied and simulation results are presented.Furthermore,the potential impacts on the traditional protection are discussed.Results show that the special transient phenomena can decrease the sensitivity,reliability and operation speed of conventional protections.     

一种新型孤立小受端系统的低频减载设计

目前在电网中出现了比较多的孤立小受端系统,与大系统大电网相比,这些系统有其自身特点。提出了一种新的针对独立小受端系统的低频减载方案,该方案基于对切负荷延迟时间的整定,从根本上改善了低频减载方案的控制效果。仿真分析表明,新方案有助于系统频率的快速恢复,其频率恢复特性明显优于现有方案。