基于数据驱动的风电场有功功率分配算法

针对常规风电场有功功率分配中,通过风速评价机组的功率调节能力不准确的问题,提出一种基于数据驱动的风电场有功功率分配算法。首先,采集不同风速下风电机组转速和桨距角数据,利用Takagi-Sugeno模糊模型和变异系数法评价变速系统和变桨系统参与功率调节的相对权重系数,确定机组的功率调节能力。然后,完成基于机组调节能力的风电场有功功率分配。最后,在MATLAB仿真平台上完成含有10台风电机组的风电场有功功率分配。仿真结果表明,与按风速权重有功功率分配算法相比,所提分配算法的风电场有功功率波动小,风电机组的转速和桨距角变化较为平滑,且高风速机组的载荷小。     

海上风电场疲劳分布与有功功率统一控制

针对风电场各机组疲劳不均匀导致机组维护不同步的问题,以及风电场疲劳优化和有功功率控制顾此失彼的现状,将机组疲劳优化问题转化为有功功率控制问题,综合考虑尾流效应的影响,提出了利用风电场限值发电形成的有功功率调节自由度进行疲劳优化的原理,基于最优控制理论给出了风电场疲劳分布与有功功率统一控制的控制策略;为使控制策略可基于风电场现有软硬件环境实现,重点基于多智能体技术研究了控制策略的实现方法,设计了多智能体系统的部署方案、智能体层次状态机和智能体间的信息交互方案。仿真表明,提出的方法能在保证风电场有功功率跟踪调度给定值、不损失发电量的前提下,均匀风电场疲劳分布,保证各机组维护的同步性,降低维护频率,减少维护成本。     

双馈风电机组传动系统扭振抑制自抗扰控制

扭振是造成风电机组传动系统零部件疲劳损伤的主要原因之一。为了通过控制减小风电机组传动系统疲劳载荷,本文在分析风电机组传动系统中非线性不确定因素作用的基础上,设计了一种扭振抑制自抗扰控制器。该控制器将传动系统中的非线性不确定因素作用和外界扰动归结为系统总扰动,通过扩张状态观测器进行实时估计,并在发电机转矩控制中给予补偿,增强了控制器的适应性和鲁棒性。以3MW双馈风电机组为控制对象的试验结果表明,该控制器可以在不影响机组发电量的前提下抑制传动系统扭振,明显减小齿轮箱的转矩波动,从而减轻扭转载荷对主要零部件的疲劳损伤。     

考虑疲劳载荷的风电场分散式频率响应策略

风电场参与调频时会增加风机的疲劳载荷,导致风电场维护成本上升、运营效益下降.为此,提出一种考虑疲劳载荷的风电场分散式频率响应策略,可在维持风电场调频性能的同时,降低风机疲劳损伤.为实现该目标,首先分析风电场调频及有功控制结构,推导风机线性动力学模型,并构建考虑疲劳载荷的单机频率响应模型.然后基于Jensen尾流模型,推...     

风电机组转矩的非线性控制

风电机组发电机转矩控制不仅直接决定机组的最大功率追踪效果,而且对传动系统疲劳载荷有明显影响。风电机组发电过程时刻受到风速的扰动,而且机组传动系统具有明显的非线性特性。本文设计了一种非线性转矩控制器,在计算出最优转速后,对风电机组转矩进行控制跟踪最优转速。在考虑机组传动系统柔性的情况下,实现最大功率追踪的同时可减小传动系统疲劳载荷。在FAST软件中针对5MW风电机组仿真,结果表明该方法能够很好地追踪最大功率,且相对传统PI控制输出的功率更加稳定平滑,对传动系统载荷有一定的改善。     

基于尾流效应的海上风电场有功出力优化

以海上风电场风速平稳和尾流效应影响距离远为背景,提出基于尾流效应的海上风电场有功出力优化方案,使风电场各机组有功出力之和大于传统单机最大风能捕获方案。挖掘风电机组有功出力和尾流效应的关系,给出基于有功控制的尾流定量调控方法,并建立了风电场有功出力优化模型;重点研究了基于现有计算资源实现控制策略的方法:根据尾流传播路径,对风电场进行分组,有效降低控制对象数;根据风电机组运行与有功控制特性,降低优化方程求解的搜索空间,抑制计算规模;通过数据拟合,降低优化变量数,将离散域优化问题转化为连续域优化问题,便于使用具有广泛公信力的优化算法。仿真结果表明,提出的方案能有效提升风电场功率,在不增加风电硬件设备投资的前提下,提高风电场效益。     

基于改进转子转速和桨距角协调控制的变速风电机组一次调频策略

风电机组参与一次调频缓解了传统同步机组的调频压力,但其调频性能受功率跟踪方法的影响,不利于系统频率稳定。为此提出了基于改进转子转速和桨距角协调控制的一次调频策略,在全风速范围内预留调频所需功率裕度,在系统频率波动时能够提供快速且持久的有功支撑,实现对风电机组静调差系数的整定。对比分析不同减载控制策略下机组疲劳载荷和损伤等效载荷,结果表明所提策略可有效降低机组的疲劳载荷,延长使用寿命。最后,通过仿真验证了所提一次调频策略的有效性,频率改善效果优于传统一次调频控制,提高了风电场参与系统频率调节服务的一致性和可预测性。     

基于MPC方法的风电场一次频率协调控制策略

随着越来越多的风力发电机通过电力电子设备接入电网,系统频率稳定性问题需要关注.提出了一种模拟预测控制方法,在风电场一次调频过程中,降低转子转速畸变率.通过该模拟预测控制器实时测量风力发电机递归拟合动态模型并优化有功调度,实现完全数据驱动控制方式.协调风电机组群运行,使风电场一次调频具有灵活的频率下垂特性,稳定各风电机组的转子状态,延长机组工作寿命.同时,该协调控制策略可以通过在线调整风电场的下垂特性来追踪上级控制中心发出的调度信号.以IEEE9总线研究案例,验证了该方法的有效性.     

考虑载荷抑制的风电场分布式自动发电控制

为了优化风电场进行自动发电控制时风电机组承受的疲劳载荷,提出一种风电机组控制模型并将其应用于风电场控制。建立了一种多入多出的风机控制模型,同时控制转子转速和桨距角。在此基础上提出一种分布式控制框架的风电场控制系统,使得风电机组相互协调,并以改善疲劳特性为目标直接优化所有机组的转子转速和桨距角。仿真结果表明,该文提出的多入多出控制模型可实现对风电机组更加灵活有效的控制,结合风电场分布式控制框架,在完成自动发电控制(AGC)指令的前提下,风电机组疲劳载荷可以明显降低。     

风电集群有功功率控制及其策略

鉴于大规模风电并网的集中控制和精细化调度要求,文中基于区域有功功率分层调度思想,设计了风电调度中心站—风电集群控制主站—风电场控制执行站3层体系架构的风电集群有功功率控制系统,并给出风电集群控制主站和各场站间控制接口的设计方案。继而考虑风电场、分散接入风电机组的调节性能差异,针对运行实际需求提出一套面向集群控制主站的有功功率控制策略,实现风电场有功控制模式的在线决策和相应模式下的有功功率指令值的在线快速计算,并验证了控制策略的有效性。所建系统可实现风电集群内风电场、分散机组的统一调度与监控,并且在充分利用电网接纳风电能力的同时提高集群运行的经济性,有效解决目前风电分散控制导致的资源浪费、协调困难等问题。     

基于EMTP-RV的电网短路故障对风电场运行的影响研究

分析风电场并网运行时公共连接点母线的电压波动是由风电场输出的有功功率变化引起的.从异步电机作为负荷的等效电路出发,研究由双馈式异步发电系统构成的风电场单机等值模型.搭建由双馈风电机组构成的风电场的电力系统模型,分析了风电场并网运行特性.分析电网发生三相接地短路和单相接地短路故障时的风电场输出的有功输出、公共连接点母线无功电压波动以及系统频率的变化等暂态变化.     

含风电场的发输电组合系统可靠性评估

为评价风电并网对系统可靠性的影响,考虑了风速的时序性和自相关性,建立了风速的自回归移动平均模型,采用东台风电场实际监测的风速历史数据,并结合机组、线路和变压器等状态模型,建立了基于序贯MonteCarlo仿真方法的风电场发输电可靠性模型,对含风电场的发输电组合系统进行可靠性评估,同时采用了最优切负荷的方法,尽量减小切负荷量,并给出了具体的算法流程。算例采用IEEE-RTS测试系统,利用可靠性指标缺负荷概率LOLP、电量不足期望EENS和电力不足期望LOLE等反映风电并网对系统可靠性的影响。通过对仿真结果的比较和分析,可看出风电机组的接入对提高发输电组合系统的可靠性具有一定的积极作用。     

基于柔性直流输电技术的风电场暂态稳定性

研究了风电场分别通过电压源型高压直流输电（VSC-HVDC）和交流输电（HVAC）2种方式并网的问题;基于dq同步旋转轴变换的VSC-HVDC的数学模型,设计了两端换流站的控制策略;在电力仿真软件DIgSILENT/PowerFactory中建立了风电场的2种（AC、DC）并网接入方式模型,针对受端换流站交流母线短路故障工况进行了仿真验证,分析了风电场母线电压、输出功率、风力机转速以及风电场当地负荷的功率等电气量响应情况。结果表明：在故障扰动情况下,VSC-HVDC对提高风电场当地负荷用电可靠性、风电场母线电压、抑制风电机组输出功率波动以及避免风电机组转矩不平衡引起的发电机超速效果最佳,设计的控制方案有效可行。     

基于储能装置的柔性直流输电技术提高大规模风电系统稳定运行能力的研究

大规模风电集中接入电网对直流输电技术提出了更高的要求。为此,提出了基于储能装置的柔性直流输电并网传输系统拓扑结构。根据dq同步旋转坐标系下VSC-HVDC(Voltage Source Converter HVDC)系统的数学模型,设计了相应的换流器直接电流控制策略。其中送端换流站解耦控制器实现了风电场输出有功功率和无功功率的独立控制,受端换流站采用将储能装置充放电功率偏差值作为直流电压控制器附加信号的控制策略。最后,以配备双馈风电机组的风电场经柔性直流输电系统接入电网进行仿真分析,针对风电场在噪声风引起的输电功率波动、受端换流站侧交流系统短路故障等情况进行仿真验证,结果表明该控制方案有效可行。     

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。     

飞轮储能系统改善并网风电场稳定性的研究

采用飞轮储能单元作为并网风电场的能量缓冲装置以稳定并网风电场的功率输出。建立了基于等效电路的飞轮储能系统的数学模型,并设计了以风力发电机输出有功功率和无功功率作为控制信号时的控制策略。最后以随机风波动为例,对采用飞轮储能系统的并网风电场进行了仿真研究。结果表明,此方案能实现风电机组输出有功功率和无功功率的综合快速补偿,有效地改善并网风电场的电能质量和稳定性。     

基于降低风电机组叶片损伤的风电机组组合优化

对于大型风电场,研究机组组合优化,可以提高风电场运行水平,提高风电场经济效益。叶片是风电机组的关键部件之一,占风机总成本的20%,是影响风电机组使用寿命的重要因素之一。通过对叶根在不同风况下四种不同载荷工况的受力分析,量化了不同运行工况下叶片损伤量,确定了叶片损伤量与叶片寿命的关系,建立了风电场各机组总叶片损伤量的数学模型;应用改进二进制粒子群(BPSO)优化算法,结合风电场预测功率数据和负荷调度要求,以叶片损伤量最小为优化目标,建立风电场内机组组合优化调度模型。将所提出模型应用于某49.5 MW风电场,对33台机组进行组合优化,算例结果表明在满足负荷的要求下,可减少启停机次数,延长机组寿命,验证了该算法的可行性和有效性。     

Coordinated control by ADRC strategy for a wind farm based on SCIG considering low voltage ride-through capability

Wind farms are integrated with the power grid system to provide active and reactive power. Because in a wind farm, wind turbines (WTs) are highly coupled to their operating conditions, a central wind farm supervisory unit must take into account these conditions when producing power control references for each WT. The aim of this paper is to manage and control the active and reactive power of wind farms based on squirrel cage induction generators and back-to-back converters. The proportional distribution algorithm is used for distributing wind farm power to individual WTs. In addition, we consider the development of a local power management and control units for WTs. This is in order to extract the maximum available power from the wind, and to provide the active and reactive power predetermined by the transmission system operator, or to satisfy the grid code requirements considering Low Voltage Ride-through capability. The power dispatch strategy is to be used on all WTs using the distribution algorithm while ensuring the control loops using the proposed Active Disturbance Rejection Control strategy. The results demonstrate that the proposed strategies are efficient and can guarantee the safe integration of wind farms into the grid while respecting grid code requirements and power system stability.     

计及风电场的发输配电系统可靠性评估

考虑风速时序性和自相关性的特点,建立了风速的自回归移动平均(auto-regressive and moving average,ARMA)模型,并结合常规机组、线路和变压器等状态模型,建立了基于蒙特卡罗仿真方法的风电场可靠性模型,对含风电场的发输电组合系统进行可靠性评估,同时建立了发输电组合系统的多状态机组等值模型,将该等值模型与配电系统相结合,计算了平均停电频率和停电电量损失等配电网可靠性指标,通过分析和比较可靠性指标研究了风电场对配电系统可靠性的影响,结果表明风电机组的接入对提高电力系统可靠性具有一定的作用。