大规模风电并网无功电压协调控制策略研究

本文开展了大容量、集团式风电场接入输电网的协调电压控制方法研究。针对双馈风电机组(DFIG)的无功电压控制方式,提出了考虑运行约束的风电机组及风电场无功调节能力计算方法,并提出了基于电压控制器和控制任务协调分配的风电场电压控制策略,使风电场相对电网整体表现为可控电压源;进一步,基于危险节点等值模型,选择控制节点和构建风电网系统协调电压控制模型,并通过在线求解简单的优化问题确定控制量;基于此提出了风电场并网的电压协调控制系统方案,使并网DFIG风电场参与电力系统电压控制。基于典型系统的仿真结果表明,该方案能充分利用系统中的电压支撑能力,提高系统的电压稳定性,能适应风电并网系统在线电压协调控制的要求。     

统一潮流控制器在风电机组并网运行中的应用

大规模风电并网改变了原来电网的潮流分布、线路传输功率以及电网故障时的暂态特性。将统一潮流控制器(UPFC)应用于异步风电机组并网的环形输电网络模型中,研究UPFC改善风电并网的性能。通过设计UPFC并联侧的双闭环反馈控制,设置风电输出线路三相短路故障来研究UPFC提高风电场低电压穿越能力。再建立UPFC串联侧有功与无功的独立控制系统,向输电线路输出补偿电压,研究其优化风电并网系统的潮流分布能力。在Matlab/Simulink软件中建立模型,仿真结果表明基于UPFC强大的无功补偿能力与潮流控制能力,UPFC能够显著提高风电并网的低电压穿越能力和优化潮流分布。     

计及风电场概率模型的多目标无功优化

随着风电场装机容量的增加,风电场并网对电网的影响越来越大,因此对风电并网后电力系统的不确定分析显得尤为重要。首先将随机响应面法(SRSM)应用到风电并网后电力系统的不确定分析中,并利用该方法建立了含风电场的电力系统概率潮流计算模型。然后将基于个体最优位置自适应变异扰动粒子群算法与前述概率计算模型相结合,建立了以系统有功网损期望值、节点电压越限概率为优化目标的多目标无功优化模型。接着以风电场接入IEEE 14节点标准测试系统为例,根据SRSM计算出节点电压累积分布,与蒙特卡洛法进行比较,算例结果表明随机响应面法具有较高的效率和精度,证实了SRSM的有效性。最后将该无功优化模型应用于IEEE 14节点标准测试系统进行仿真分析,证明了基于个体最优位置自适应变异扰动粒子群算法相对于常规改进粒子群算法(IWPSO)而言,能够有效地避免早熟收敛。     

风力发电潮流计算

正潮流计算是分析风电对电网影响的基础。基于风力发电的特点,分析了风电潮流计算的几种常用等值模型,并比较了其优缺点,对PQ模型的迭代方法提出了改进。风电场接入电力系统后,由于风电场的出力随风速的变化而随机变化,因此会使线路的功率、节点电压以及电网的频率产生波动,特别是大容量风电场并网时,可能会造成线路功率及节点电压越限的现象,另外也可能会因为风电机组端电压过低或者过高,引起保护装置的动作。所以,在风电场     

抑制大规模连锁脱网的风电汇集区域电压预防控制策略

风电场连锁脱网事故给风电并网带来了新的挑战。传统无功优化虽能得到较好的优化控制量,但当风电场N-1脱网,并且在风电场慢无功补偿设备未能快速动作的情况下,系统潮流重新进行分布,从而导致节点电压不能满足安全约束条件。因此,文中建立了带风电场安全约束条件的无功优化模型,以最大化风电安全接纳量和最小化系统网损为目标,保证系统电压在正常情况下和N-1脱网后均能满足安全性要求。其次,采用Benders分解算法求解该优化模型,将优化模型分为主问题和若干子问题,通过主、子问题的交互迭代得到最优解。采用某风电基地9个风电场的实际算例对所提方法进行验证和分析,与传统无功优化的对比结果表明安全约束无功优化能保证系统正常和故障下的电压安全性,是抑制风电场连锁脱网的一种有效预防控制措施。此外,详细分析了风电场容量、风电机组无功调节容量与最大风电接纳量间的关系,为风电场运行调度提供支持。     

基于状态转移的风电并网下线路潮流分析

针对风电并网产生的不确性潮流转移可能造成线路功率越限问题,提出了一种电力系统线路潮流越限分析方法。该方法基于状态转移理论对系统变化情况进行描述,首先建立系统状态转移模型;其次根据Weibull分布对风电节点注入功率进行不确定性描述,采用状态转移理论确定风电注入功率对支路潮流变化的影响,并提出风电并网的状态转移决策模型;应用模糊综合评判法,有效结合所提出的指标识别了系统接入风电后各线路运行风险大小,并发现了最危险线路,最后给出了保证电网最大安全运行的风电并网容量大小。IEEE-30节点算例结果表明了所提理论与方法的正确性和有效性。     

电压越限概率指标及其在含风电场电网无功优化控制的应用

针对间歇性风电使得基于实时无功优化的电压控制效果劣化问题,提出一种含风电场的无功优化控制模型,用以应对风电功率不确定性对电压控制的影响。根据变速恒频风机有功出力的概率分布,联合风电出力变化与电压变化的关系提出电压越限概率指标及其表达式,基于电压越限概率建立无功优化控制模型。以国内某电网为例,分别应用传统无功优化控制模型和文中所提出的模型进行无功优化控制,并对比其优劣性。结果表明,所提模型不仅能够有效地控制电压,还能降低风电接入下节点电压发生越限的概率。     

大型风电基地连锁故障在线预警系统研究与开发

针对大规模风电连锁脱网事故频发,研究并开发了大型风电基地连锁故障在线预警系统。首先分析风电连锁故障的事故特征,确定建立风电连锁故障在线预警系统的关键环节,完善风机模型、建立风机保护模型和无功补偿模型。然后基于在线动态安全评估技术,提出了适合于大型风电基地的连锁故障在线安全预警的方案和基本结构,包括在线数据整合与预想故障集,风电场连锁脱网事故搜索方法,连锁故障严重性评估方法和连锁故障在线预警并行计算方案。研发的系统在电网中进行了实际应用,验证了所提方法的合理性和有效性。     

京津唐电网第一个百万千瓦风电基地并网运行分析

京津唐电网第1个百万千瓦风电基地总容量为1300MW,由12个风电场组成,并网线路总长度为605km,到并网点的最长送电距离达189km,计划于2010年前后全部并网运行。根据电网实际运行参数,针对风电场并网后电网的稳态运行和故障情况进行全面的仿真计算分析。对并网线路产生的充电功率、容性及感性无功补偿装置的配置、风电机组有功出力变化引起并网线路潮流波动、系统故障对风电机组的影响及电压的控制措施、风机提供的短路电流等分别进行了研究,提出满足电网安全运行的具体建议。     

基于遗传算法的风电场最优接入容量问题研究

针对大规模风电场并网运行会引起接入系统节点电压越限、影响系统电压稳定性的问题,提出了采用遗传算法对系统稳态运行进行优化分析,并结合典型风速扰动和故障方式校验系统暂态稳定性的方法,确定风电场的最优接入容量。以某实际含风电场的电力系统为例,对所提方法的可行性和有效性进行验证,结果表明按照所提方法确定的风电场最优容量接入系统,稳态运行时可保证系统各节点电压合格,且风电场升压站母线电压和并网点电压接近额定电压,减小了风电并网对系统电压稳定性的影响;系统经历暂态过程时,可保证系统和风电场均稳定。     

基于遗传算法的风电场最优接入容量问题研究

针对大规模风电场并网运行会引起接入系统节点电压越限、影响系统电压稳定性的问题,提出了采用遗传算法对系统稳态运行进行优化分析,并结合典型风速扰动和故障方式校验系统暂态稳定性的方法,确定风电场的最优接入容量.以某实际含风电场的电力系统为例,对所提方法的可行性和有效性进行验证,结果表明按照所提方法确定的风电场最优容量接入系统,稳态运行时可保证系统各节点电压合格,且风电场升压站母线电压和并网点电压接近额定电压,减小了风电并网对系统电压稳定性的影响;系统经历暂态过程时,可保证系统和风电场均稳定.     

考虑不确定性和无功需求的风电场群接入系统协调规划方法

风电功率由于其随机性和波动性,接入系统后对于主网潮流分布有着较大影响,且大规模风电场大多距离接入点较远,功率汇集后并网有着较大的无功需求,因此风电场不同接入方案对电网运行安全性和投资建设经济性影响显著.传统直流规划模型无法计算系统无功潮流及功率损耗,也无法将主网母线电压及汇集站节点电压进行有效约束,规划结果精确度差甚至某些情况下可能产生不可行方案.文章统筹考虑风电场直接并网和经汇集站汇集后并网的不同并网方式,以经济性最优为优化目标,提出一种风电场集群接入系统协调规划的混合整数二阶锥规划(MISOCP)模型.该模型采用交流潮流模型,可有效计及风电并网功率与系统有功、无功潮流及线路损耗、节点电压之间的耦合关系.利用随机优化方法,通过考虑基础场景与随机场景来平衡风电出力随机性带来的经济性和安全性问题,规划方案更加经济灵活.最后通过算例分析验证了所提出模型和方法的有效性.     

含风力发电的电力系统电压越限概率评估

针对以往含风力发电随机潮流计算的研究中存在的局限性,提出了一种适应于不同风季风速分布的电力系统电压越限概率评估方法。基于对风电机组输出功率概率空间的划分,给出了含多风电机组的系统风电功率输出场景划分方法;通过对系统各场景下的随机潮流计算得到既定场景下节点电压越限概率,从而计算出节点电压越限概率、系统电压越限概率指标和节点群电压越限概率指标。以含风电场的IEEE30系统为算例,给出了四种不同风季条件下,系统电压越限概率指标的仿真计算结果,验证了方法的有效性。     

基于电压无功协调控制策略的风电并网研究

随着风电在电力系统中渗透率的快速增长,风电并网问题受到越来越多的关注。大规模风电并网造成的电压稳定性问题,是制约风电并网容量的重要因素之一。对风电并网导致的电压稳定性问题进行分析,并采取优化的九区图控制策略(其中无功补偿装置采用的是STATCOM,升压站变压器为OLTC)对并网点进行电压控制,改善并网点的电压稳定性,提高电网接纳风电能力。利用PV曲线法,结合并网点的电压要求,以及风电场内部的风机保护系统,进行风电并网静态电压稳定性的研究;以故障极限切除时间为指标,进行风电并网暂态电压稳定性的研究。通过仿真和计算分析,验证了电压无功协调控制策略在改善并网点的电压稳定性,提高电网接纳风电容量方面的有效性。     

基于GPRS的风电并网稳定控制系统

研究了风电场并网存在的稳定问题,针对风电场通信通道的特殊性,研制了基于GPRS的风电场并网稳定控制系统,实现了风电并网的有功潮流和无功电压的综合自动控制.系统应用GPRS实现了如下通信功能:数据缓冲功能、心跳报文功能、自动重拨功能、数据标识功能、软硬件看门狗功能.该系统的主要功能包括:过载切机;低压切机;高频切机;系统运行状态接近稳定极限时,若风机出力波动幅度持续较大,切除风电机组;根据系统关键断面潮流的情况实时调整风机出力的上限;依据风电场并网节点母线电压水平,控制风电场无功补偿设备的投切.最后,介绍了风电场并网稳定控制系统在阜新电网的应用.     

含同步风电机组的电力系统动态最优潮流

同步风力发电机因电压和无功可控、并网效率高的特点,成为目前发展趋势。考虑同步风力发电机的无功控制方式与机组爬坡约束,对风电场无功运行边界和并网点电压条件进行探讨,推导出同步风电机组的无功极限计算方法,建立了含同步风电机组的电力系统动态最优潮流模型。由于发电机的有功、无功只与风速和节点电压有关,因此计算过程中无需额外修正节点电压值。在同步风力发电机基础上,考虑风速和负荷变化,选取某地区24小时风速和负荷变化典型曲线,分别在恒电压和恒功率因数两种控制方式下采用现代内点理论对IEEE-14和IEEE-118标准算例进行仿真,其结果为分析风电场接入电力系统的影响,制定风电有效容量,提高系统接纳风电能力提供决策依据。     

基于改进深度强化学习的风电场无模型无功电压控制

在风电大规模并网的背景下,风电场的电压越限问题愈发严重。为缓解风电场的电压越限问题并提高风电场的安全性和经济性,无功电压控制方法受到广泛关注。现有风电场无功控制方法大多基于准确的风电场物理模型进行优化计算,部分研究虽考虑了风电场模型不完整的因素,但仍存在稳定性差、效率低的问题。针对当前许多风电场缺乏维护良好的模型这一现状,提出一种基于改进深度强化学习的风电场无模型无功电压控制方法,通过挖掘在线交互样本的信息智能学习得到最优控制策略。为提高现有基于深度强化学习的无功电压控制的效率和稳定性,引入了随机策略和柔性约束技术避免陷入局部最优,并通过仿真实验验证了本文所提方法的有效性与优越性,能够在风电场的模型缺失场景下,提供稳定、高效的风电场无功电压控制服务。     

江苏海上风电接入系统若干问题探讨

结合江苏近阶段开发建设的海上风电场项目,介绍了海上风电接入系统并网的电压等级、并网回路数的选择原则,讨论了长距离海缆并网的大型海上风电场输电系统的无功平衡、内部过电压限制措施,并通过工程实例,探讨了一种解决大型海上风电场接入系统后引起电网电压波动的无功补偿配置容量计算原则及方法。     

风电大规模并网对系统暂态稳定性的影响

随着风电的不断发展,风电在电网的比例不断增加,风电大规模并网对电力系统暂态稳定性的影响日益突出。本次仿真研究以内蒙古某地区实际含风电厂的电网为例,使用FASTEST软件搭建出风电并网的模型,并对含风电场的电力系统进行潮流计算。在潮流计算结果收敛的基础上,主要研究风电接入的电网在三相短路故障下系统的暂态稳定性。主要包括不同风电出力的情况下系统的故障极限切除时间,故障下系统的电压稳定性,以及考虑低电压保护的系统故障对风电机组机端电压、输出的有功功率和无功功率的影响。为了提高系统稳定性,使用静止无功补偿装置(SVC)为系统提供有效的无功支持,通过仿真验证了SVC可以提高风电并网电力系统的暂态稳定性。     

风电机组建模在电力系统稳定性研究中的应用

大型风电场的并网不仅会在一定程度上改变电力系统原有的潮流及网损分布,而且由于外界环境因素变化会使得并网风电场的出力呈现出波动、间歇、随机、难以预测等特点,与其相关的局部电网稳定性、无功电压波动等电力系统安全稳定问题不容忽视。采用PSD软件进行风电机组建模,分析研究了不同因素对于风电机组出力特性的影响程度,以及风电机组并网对于电力系统潮流、短路、稳定的影响,研究成果能够为今后的大规模风电机组并网研究提供参考。