海上风电并网与输送方案比较

风力发电是新能源发电技术中最成熟和最具规模开发条件的发电方式之一。大容量远距离的海上风电是未来风电发展的趋势。介绍海上风电系统的3种并网技术以及输电方式:高压交流、高压直流输电(high voltage direct current,HVDC)以及分频输电技术。工频交流海上风电系统一般适用于小规模近海风电场,HVDC和分频输电适用于大规模远距离海上风电场。分频海上风电系统是一种具有自主知识产权的本土技术,在目前的技术和经济条件下,分频海上风电系统是一种具有优势和竞争力的海上风电方案。主要对这3种海上风电并网的技术可行性、经济性以及效率等方面进行讨论,最后对海上风力发电技术进行总结和展望。     

分频输电在海上风电并网应用中的前景和挑战

通过比较3种风电并网方式,指出了分频输电系统(FFTS)在大规模海上风电并网中的应用前景。介绍了分频海上风电系统的结构和变频器的选择,对比表明了模块化多电平矩阵式换流器(M~3C)作为新一代变频器优良性能。分析了低频环境对分频海上风电系统中关键性设备的影响,进一步从设备角度表明分频海上风电系统的可行性和经济技术优势。最后指出分频海上风电系统中仍需解决的经济技术难题,为进一步研究指明了方向。     

采用“交直交”变流器并网的分频风力发电控制方法的研究

基于分频输电理论,研究分频风力发电系统中背靠背变流器的控制策略。对于电网侧PWM变流器,采用坐标变换和电网电压前馈,实现dq轴电流的解耦控制,使风力发电系统实现单位功率因数并网,或者实现无功补偿功能。对于凤机侧PWM变流器,采用恒压恒频控制,使风机发出分频即（50／5）Hz的电能。PSIM仿真结果和PE--ExpePt5实验结果验证了用双PWM变流器实现分频风力发电电网侧和风机侧控制的可行性。     

风电经分频输电并网系统穿透能力计算方法研究

风电经分频输电并网是一种全新的风电并网方案。在对该系统结构及优点进行介绍的基础上,提出了一种基于静态安全约束的穿越功率极限计算方法。该方法可以应用于常规风电并网系统以及风电经分频输电并网系统。最后,在RTS24节点测试系统中对3种风电并网方案进行分析,对其风电穿透能力进行了对比。分析结果表明,与风电就近并入电网边界相比,利用分频或者工频传输系统将风电传输至负荷中心可以数倍地提高风电的穿越功率极限的结论。由此可见,分频输电系统为风电并网提供了一种全新的方案,具有经济与技术优势,在大型风电场中有着很好的应用前景。     

分频输电应用于深远海风电并网的技术经济性分析

全球海上风电发展呈现大规模化、集群化及深远海化的特点。离岸距离大于100 km的大规模深远海风电的输电与并网方式成为海上风电发展和研究的热点方向。通过分析电缆等电气设备的传输极限和损耗,采用等年值法,综合考虑设备投资成本、维护成本、损耗费用及电缆选型,建立了系统的比较各种并网方式的技术经济评价方法。以某400 MW海上风电场为例,对高压交流输电技术、高压直流输电技术和分频输电系统3种并网方式进行技术经济分析。论证说明分频输电技术通过降低频率,既可提高电缆载流量,又显著降低了交流电缆中的充电电流,因此传输距离显著增加,表明分频输电技术在远距离、大规模深远海风电并网方面具有技术经济优势。     

分频输电系统及其应用

分频输电系统(fractional frequency transmissionsystem,FFTS)利用较低的频率(如50/3 Hz)传输电能,从而减少交流输电线路电气距离,提高系统传输能力。在水电、风电等可再生能源发电系统中,由于发电机转速较低,十分适合于利用分频进行发电和输电,在并网时转换为工频。首先介绍了分频输电的原理、并网特点等。其次,利用2个案例对水电、风电经分频输电并网的可行性进行了分析。特别是对分频风力发/输电系统的优越性进行了阐述。结果表明,水电、风电经分频输电并网是一种具有经济与技术优势的方案,在可再生能源发输电领域有着很好的应用前景。     

基于定子电压定向的分频风电系统多机控制

为提高中远距离风电传输的经济性,提出一种新型分频多机控制策略。该系统通过一台交交变频控制多台同步风力发电机运行,并实现风电变频、并网。由于系统内各机组具有相同的定子电压,而其转子磁链方向不同,所以采用基于定子电压定向的控制方法。此外,提出一种改进的多机频率寻优方法和一种基于瞬时无功原理的数字锁相技术。前者可提高分频系统风能捕捉率和运行的稳定性,后者可解决分频系统中电压锁相不准的问题。最后,利用PSCAD搭建了由4台同步风电机构成的分频多机系统,验证了上述控制方法的可行性。     

基于电压频率波动的小型风场并微电网可行性研究∗

海上作业平台是一种风力发电新应用场景.海上风资源条件优越,采用风力发电代替平台原有燃气发电可节约发电成本,降低污染排放.由于风电出力具有间歇性、随机性,风电的接入会对作业平台微电网系统安全稳定性带来一定影响.基于小型风场并入微电网系统模式提出一种初步判断可行性的研究思路.首先对风机出力波动特性进行统计,分析备用电源能否匹配风机波动达到平滑出力曲线目的.其次分析风机出力波动对系统频率、电压的影响情况,判断是否满足平台运行要求.该研究结果可为海上风电技术在微电网系统中的应用提供一定理论参考.     

基于自启动系统的海上风电并网技术

针对目前海上风电项目建设存在并网周期长的问题,提出了一种自启动的风机并网方法,并基于该方法开发了一套风机并网调试自启动装置。该装置可以安装在海上升压站平台上,在大电网电源送达海上升压站前,通过海缆为风机提供稳定电源,在此期间提前完成风机各项调试与并网工作。待正式电源送达海上升压站后,风机直接并网,大幅缩短海上风电项目建设工期,帮助风机提前并网发电,创造可观的经济价值,并能够加速清洁能源并网,助力“碳达峰,碳中和”的能源环境战略目标实现。目前,该技术已在江苏如东多个海上风电场落地应用,现场试验数据验证了研制系统和所提方法的先进性与有效性。     

风能利用的多元化发展方向

风能是最有开发利用前景和技术相对较成熟的一种可再生能源。文章分析了国内外风力发电现状与技术发展趋势,探讨风能利用的发展方向。介绍了风机的多种形式,包括海上风电、风电并网与对电网的影响、压缩空气蓄能发电技术,提出了解决调峰蓄能问题、大中小型风机共同发展是今后我国风电发展的主要方向。建议建设小容量压缩空气蓄能燃气轮机发电与小型风力发电结合的示范装置。     

考虑小干扰稳定的海上风电经不控整流直流送出系统 控制器参数优化设计

风机并网逆变器及送电系统的稳定性是大规模海上风力发电系统稳定运行的重要保证。提出一种考虑小干扰稳定的海上风电系统控制器参数优化设计方法。首先,利用谐波线性化原理推导了直驱风机并网逆变器、送端采用不控整流器的高压直流(diode-rectifier based HVDC, DR-HVDC)输电系统的序阻抗模型。然后,分析了风场经DR-HVDC并网互联系统的特点,讨论了稳定判据的适用性。进而,从控制器的角度,确定直驱风机并网逆变器控制系统的控制带宽和阻尼比的取值范围。并在此基础上,从系统的角度,综合考虑互联系统的右半平面零极点和控制参数等对阻抗比值的作用。最后,给出直驱风机并网逆变器的控制系统参数优化设计流程。基于Matlab/Simulink 建立海上风电经DR-HVDC直流送出系统的时域仿真模型。仿真结果验证了理论分析的正确性和所提方法的有效性。     

并网型风力发电系统的研究

并网发电是大功率风力发电机组高效、大规模利用风能最经济的方式,已成为当今世界风能利用的主要形式。为促进我国的风电事业,概述了并网型风力发电系统的基本工作原理、工作方式和风力发电机的空气动力学特性以及并网型风力发电系统中5种典型的电路拓扑结构及其工作原理、并网技术和控制方法,还比较了不同拓扑结构下风力发电系统的性能和效率,给出了各自的典型应用。最后指出了各种方法的优缺点以及今后的发展方向。结果表明,随着大容量电力电子器件的发展和现代控制技术的引入,并网型风电系统中直驱式永磁同步发电机拓扑结构将会得到更多的应用和发展。并网型大功率风电机组控制系统中,风机模拟系统设计、发电机控制技术、并网技术、桨矩角控制技术和系统监控等关键技术的解决将有助于我国风电产业的国产化和大容量风电系统自主知识产权的建立。     

分频海上风电系统的技术经济分析

介绍了分频输电系统(FFTS)应用于海上风电的拓扑结构,并通过一个装机容量300 MW、离岸距离250km的算例,比较其与现有高压交流(HVAC)和高压直流(HVDC)并网方式的技术及经济优劣。FFTS通过降低输电频率(如50/3Hz),显著降低交流电缆中的充电电流,提升海底交流输电的效率与性能。结果表明,FFTS能满足算例的并网需求,且风电穿透率大于HVAC。算例中FFTS换流站的投资折算和年维护费用比HVDC少9 126万元,等年值比HVDC低7.28%。在算例的基础上,文中进一步给出了FFTS-HVDC临界经济距离—装机容量曲线,相对而言FFTS更适用于装机容量大、离岸近的风电场,对于300 MW风电场,二者的临界经济距离约为634km,远超已有和规划中的海上风电场的离岸距离。分析结果表明了分频海上风电系统所具有的应用潜力。     

分频海上风电系统的不对称故障穿越控制EI北大核心CSCD

该文提出分频海上风电系统的不对称故障穿越控制策略。首先,介绍分频海上风电系统的基本结构与运行方式。其次,根据关键变频设备模块化多电平矩阵式换流器(modular multi-level matrix converter,M^(3)C)的数学模型,揭示电网电压不对称时M3C的运行特性,并提出分频海上风电系统的故障穿越控制策略。该策略在M3C双αβ0坐标变换控制的基础上,改进桥臂间均压控制策略,并引入M^(3)C-风电场联合电压–频率–功率下垂控制实现风电场减出力。最后,在MATLAB/Simulink中搭建分频海上风电系统电磁暂态仿真模型,对所提出的控制策略进行验证。仿真结果表明:提出的故障穿越控制策略能够在保证M3C运行安全的同时,满足风电场功率外送需求,实现风电场对工频系统的无功支撑目标。     

一种新型数模混合风力发电模拟技术

简述了风力发电模拟的重要性,总结了目前国内风电模拟的方法,指出了永磁同步风力发电机是未来风机发展的趋势,并分析了其并网结构。提出了一种新型数模混合风力发电模拟技术。利用PSCAD/EMTDC软件对某一实际模拟方案进行了建模仿真,通过对该模拟新技术与物理模拟技术的比较,验证了该新技术的可行性。     

计及无功补偿的双馈风机低电压穿越技术

为抑制风力发电的间歇性及波动性,需对风电并网系统低电压穿越技术的研究分析。另外,风电并网系统的无功调节性能也是研究的重点及热点。因此,提出一种计及无功补偿的双馈风机低电压穿越控制策略。首先针对传统撬棒的不足,提出了双模式切换的改进撬棒结构,可以减小撬棒投入期间从电网吸收的无功功率,同时更好地抑制转子过电流;其次针对低电压穿越的过程中无功补偿问题,提出了基于STATCOM的动态无功补偿,结合风机自身无功调节能力与改进Crowbar保护电路投切协同控制,促进双馈风电系统LVRT期间风电并网点电压的快速恢复和抑制转子侧过电流,改善双馈风机的低电压穿越性能。通过PSCAD/EMTDC进行仿真验证,结果证明了所提策略的有效性。     

基于RT-LAB的风电并网混合仿真系统

本文设计了一个风电并网混合仿真的实验系统,该实验系统结合实际的风力发电物理设备,以及RT-LAB实时电力仿真平台,通过实际系统与数字仿真系统中并网点电压、电流的耦合,将实际风电系统嵌入到电力仿真系统中,完成了风电并网数/模混合仿真的研究。通过观测该实验系统中并网点电压、电流等参数的变化可以研究风力发电系统接入电网后整个电力系统的动态特性,以及两者之间的相互影响和相互作用。本文以双馈感应风力发电机组并网控制为例构建了混合仿真系统,通过实验验证了所设计方案的可行性与有效性。     

独立小型风力发电系统的应用前景

介绍了独立风电系统的结构和工作原理。详细分析了独立风电系统在偏远农村、城市高层建筑用户、城市照明及沿海城市小型用户等各方面的应用前景。风力发电的运行形式主要有三种:一是并网运行;二是风力发电与其他发电形式相结合,比如风光互补发电系统;三是风力发电系统独立运行。目前国内大多数风电场为并网型,其优点是单机容量大,风机台数多,其所发电能符合标准电能要求,经并网后能给远距离用户供电。但是并网型风电系统也有其自身     

基于永磁直驱同步风电机组的分频海上风电系统控制策略

海上风电经分频输电线路传输的研究近年来引起国内外的关注。由去除机端换流器的多台基于永磁直驱同步发电机(PMSG)的风电机组、海底电缆和交交变频器组成的分频海上风电系统,可通过线路末端的交交变频器控制PMSG的转速捕获风能,可节省初始投资和运行维护费用。考虑变压器和输电线路的影响后,推导出分频海上风电系统的准稳态模型,基于转子平均磁链定向给出多机矢量控制器的设计原理;从曲线拟合的角度,给出多机组运行频率的求解方法;以4台PMSG为例,搭建了分频海上风电系统仿真模型。结果表明采用多机矢量控制方法,在不同风速条件下,风电机组的转速均能够跟随指令值,并实现风能的最优捕获。     

风-燃气混合发电对孤立电网动态特性的影响

将风力发电接入孤立电网可降低发电成本,但风电的不稳定性却使孤立电网的动态特性受到极大影响.分析了并网运行下燃气轮同步电机的动态特性,给出了带有全功率变换器的永磁同步发电系统的模型和并网特性.此处以国内第一座海上风电站为研究背景,建立了该孤网的PSCAD/EMTDC仿真模型.仿真结果表明,在一定容限的风机并网和风机全功率...