“风火打捆”交直流外送系统的暂态稳定控制研究

"风火打捆"交直流外送是未来千万千瓦级风电能源基地电力外送的重要方式之一,亟需掌握"风火打捆"交直流外送系统的稳定特性及其机理。功角是反映系统暂态稳定性的主要标志,分析了双馈电机的功角快变特性和"风火打捆"系统等值机械转动惯量对火电机组功角暂态稳定性的影响。针对系统的暂态稳定性问题,提出了一种附加控制策略,并设计出控制装置样机,可提高"风火打捆"系统的暂态稳定性。基于所提附加控制策略的试验样机通过了实时数字仿真器(Real Time Digital Simulator,RTDS)的闭环验证,结果表明:该附加控制策略通过改变直流输送功率和调节风机的有功输出,消除或减小了系统在暂态过程中的瞬时不平衡功率,增强了直流系统和风机对火电机组的等效阻尼作用,有效抑制了火电机组的功角摇摆幅度,提高了"风火打捆"系统的暂态稳定性。     

基于D-PMSG的风火打捆直流外送系统送端功角暂态稳定性研究

风火打捆直流外送是解决能源丰富基地电力消纳问题和负荷中心能源短缺问题的主要方案。研究风火打捆系统送端风电对火电的影响意义重大。本文通过扩展等面积准则研究了基于直驱永磁风力发电机(D-PMSG)的风火打捆直流外送系统送端功角暂态稳定性。当风火打捆系统中D-PMSG输入的功率由受扰严重群减机械功率来平衡的情况下,系统遭受大扰动时,其功角暂态稳定性比纯火电系统的好,且输电方式为直流线路时的功角暂态稳定性比交流输电方式的好。仿真结果与理论分析结果一致,由此可知,由D-PMSG构成的风电场与附近火电厂打捆,经直流线路外送的方案可以提高系统的功角暂态稳定性。     

风火打捆比例对直流孤岛系统稳定性影响的研究

风火打捆特高压直流外送是未来开发全球清洁能源资源的重要方式之一,其稳定特性研究值得重视。从跟随风电功率变化的角度提出了风电与火电容量配比方案,然后在考虑风电出力概率的基础上提出了不同的配比方案。通过仿真对比分析研究了两种风火配置比例对送端孤岛系统稳定性的影响。结果表明:风火打捆比例由1:2降低为1:1.5后,送端电源调节能力和等值机械转动惯量有所降低,直流系统发生故障失去部分功率后,系统频率上升幅度和系统功角首摆幅度相应增加,增大了系统失稳的风险。     

大规模风电直流外送方案与系统稳定控制策略

针对大规模风电集中外送,论证了风电孤岛直流外送、风火打捆孤岛直流外送、风火打捆联网直流外送3种方案,重点从频率稳定、电压稳定方面研究各方案的安全稳定问题,分析了风功率波动、送端交流线路短路等典型扰动形式对系统稳定性的影响,通过比较给出了合理的大规模风电直流外送方案。在此基础上,以酒泉风火打捆特高压直流外送规划系统为对象,研究系统安全稳定问题,提出了利用直流调制跟随风功率波动、改善系统稳定性的控制策略,通过仿真计算验证了所提出控制策略的有效性。     

风火打捆直流送出系统电压稳定控制策略

在风火打捆直流外送系统中,风电机组的调压能力、直流系统的无功电压特性及无功补偿设备都会影响系统电压稳定性,分析风火打捆直流外送系统的电压稳定性需要综合考虑风电、直流、交流系统之间的交互作用。随着直流的功率调整或发生故障,直流给风火打捆直流外送系统带来了安全稳定问题。文章分析了直流闭锁后电压暂升原因,研究了直流系统无功调节与风电机组无功电压控制的机理,提出直流、风电协调控制策略,并以黑龙江电网为例进行了仿真验证,对风火打捆直流外送系统电压稳定控制具有一定的指导意义。     

故障限流器改善风火打捆系统暂态稳定性研究

风火打捆外送模式解决了风电就地消纳能力不足、单独传输经济性差的问题,但同时风电的并入也给系统暂态稳定性带来了不利影响.在此背景下,基于双馈风电机组(doubly fed induction generator,DFIG)外特性建立风火打捆系统单端送电功率方程,分析了由于风电并入使同步机组功角特性发生改变,导致暂态稳定性降低.考虑在风火打捆系统并网输电线路上串联故障限流器(fault current limiter,FCL)来提高故障期间功率传输能力,在建立的含故障限流器的风火打捆系统等值电路基础上,分析了电抗型和电阻型两种故障限流器在系统故障期间对功率特性的影响和改善系统暂态稳定性的机理,并比较了应用两种故障限流器的差异.最后进行仿真验证,结果表明在线路上串联故障限流器能够显著改善风火打捆系统的暂态稳定性.     

风火电配置比例对风火打捆系统暂态稳定性的影响

从理论上分析了双馈风电机组和同步电机的暂态稳定性机理;基于同步电机和双馈风电机组动态数学模型,通过仿真分析研究了不同风火电配置比例对系统暂态稳定性的影响,仿真分析进一步验证了理论分析的结果;得出结论:在风火打捆外送系统中,双馈风电机组对系统暂态稳定性的影响取决于在发生故障时,双馈风电机组对同步电机电磁功率的作用;风火打捆外送时风火电配置比例对系统暂态稳定性的影响取决于系统发生故障时是否首摆失稳。     

复合型FCL改善风火打捆系统暂态稳定性研究

为改善风火打捆系统的暂态稳定性,提出将具有串补功能的复合型故障限流器（Fault Current Limiter,FCL）接入到风火打捆系统中。将双馈风电机组(Doubly-Fed Induction Generator,DFIG)对系统的影响用等效外特性参数表示,在分析DFIG接入系统对暂态稳定的影响和复合型FCL工作原理的基础上,分析带复合型FCL的风火打捆系统的功率特性方程,通过分析在不同运行状态下复合型FCL对功率特性方程中输入阻抗、转移阻抗的影响,确定其对传输功率极限的作用,分析其提高暂态稳定性的机理。制定了故障发生前、中、后不同阶段,复合型FCL提高风火打捆系统暂态稳定性的控制策略。正常运行及故障切除后发挥复合型FCL的串补功能;故障状态下通过确定目标功率差与触发角之间的关系,通过控制限流电抗,发挥FCL限制短路电流、提高母线电压的作用,达到提高功率输送能力,改善暂态稳定性的目的。仿真分析表明机理分析和所提控制策略的有效性。     

提高系统暂态稳定性的风电直流协调控制策略

风电规模的扩大和直流线路的增多,风火打捆交直流混联系统的暂态稳定性受到关注.本文从风火打捆交直流混联系统的实际网络拓扑结构出发,通过对节点导纳矩阵的收缩变换获取风电和直流输电功率外特性与系统等值机械功率间的关联关系,在此基础上基于扩展等面积定则,确定出DFIG和VSC-HVDC接入网络拓扑位置和输出特性对风火打捆交直流混联系统的暂态稳定的影响规律.进一步利用DFIG和VSC-HVDC对功率的可控性提出一种协调阻尼控制策略,利用风电和直流本身的灵活调节能力实时调节功率输出,促进系统快速恢复稳定.仿真结果表明,所提控制策略使得系统功角摆幅更小,恢复更快,在不添加额外硬件设备的情况下,有效提升了系统的暂态稳定性.     

功率调制在风火打捆孤岛直流外送中的应用研究

特高压直流输电是解决大规模风电外送问题的较好方案。基于DIg SILENT仿真软件,建立风火打捆特高压孤岛直流外送系统仿真模型,深入研究风功率波动情况下对送端换流站交流母线电压、频率波动的影响。提出利用直流功率调制实现特高压直流输电系统不完全跟随风功率波动的控制策略,并研究其关键参数对送端换流母线电压和频率的影响。仿真结果表明,直流功率调制为抑制风功率波动对风火打捆特高压孤岛直流外送系统的影响提供了一种有效的手段,其关键参数调制增益值越大,对电压稳定性的改善越差,对频率稳定性的改善越好。