风电场交直流并网系统的储能和柔性直流联合调步控制策略

考虑在风电场交直流混合并网系统中风电场的功率差额可以沿交流线路传递给主网,风电场和主网都存在频率稳定问题,提出储能与柔性直流附加控制参与系统频率调节,优化风电场和主网频率特性。在风电场侧柔性直流换流站中加入基于风电场频率变化的柔性直流频率附加控制,以改善风电场频率特性;将储能系统通过换流器并联在风电场和主网间直流线路上,弥补风电场侧直流附加控制对主网的频率恶化作用,并改善主网频率特性;建立了储能与柔性直流附加控制共同作用下的风电场交直流混合并网系统频率模型。算例分析表明,通过储能与柔性直流附加控制的配合,能有效减少风电场功率平衡被破坏时风电场和主网的频率波动幅度。     

多端柔性直流输电系统接入某海岛电网的研究

多端柔性直流输电系统是理想的风电场与电网的联接方式。根据规划,将在某海岛建设多端柔性直流输电工程。岛上风电场及岛上负荷将经交直流混合输电线路与陆上交流电网实现互联,电网运行特性复杂。根据建设坚强智能电网的要求,需详细分析多端柔性直流输电系统的接入对电网影响。在PSCAD/EMTDC中搭建含多端柔性直流输电系统的交直流混合输电模型,分析混合输电方式下电网运行的稳定性。仿真结果表明多端柔性直流输电系统的接入增强了风电场出口处电压的稳定性,确保了风电的可靠输出。若交流线路由于故障或检修退出运行,与其并列运行的换流站改变功率传输模式,承担整个风电场功率的传输,提高了系统运行的稳定性。     

基于等效短线路解耦法的风电场模型分割仿真研究

为了加快大型风电场的仿真速率，提出了一种基于等效短线路解耦的模型分割方案。首先对于机组类型单一的大型风电场，采用输出倍乘与集电线路等值的方法进行简化建模。在此基础上，针对风电场内线路较短，难以采用长输电线路自然解耦来并行运算的缺点，提出对等值后的机组连接线与连接升压站的长汇集线之间进行参数补偿，从而满足输电线路在一个步长上的解耦判据。在Matlab/Simulink搭建仿真模型，对模型分割前后进行了对比。仿真结果验证了所提方案的可行性。在此基础上采用状态空间节点(state space node, SSN)法对风电机组内部划分群组，最终在RT-LAB平台上实现了大型海上风电场的实时化仿真。     

适合风电接入的直流输电辅助频率控制策略

针对含规模化风电接入的交直流电力系统的频率稳定问题,以抑制风电出力大幅度随机扰动引起的频率波动为目的,提出了高压直流输电(high voltage direct current transmission,HVDC)附加频率控制(frequency control,AFC)和自动发电控制(automatic generation control,AGC)配合的辅助频率控制策略。该策略在风电出力发生大幅度随机扰动时,AFC利用HVDC功率快速调制和短时过载能力快速平衡风电出力扰动中变化较快的分量,控制器基于TLS-ESPRIT算法和改进射影控制理论设计,阶数低,易于工程实现;基于传统PI控制的AGC自动跟踪电网功率波动,调整调频机组出力平衡变化较慢的有功功率扰动分量,维持系统有功功率平衡,保持电力系统频率稳定。最后,利用PSCAD/EMTDC在改造的四机两区域模型中进行了仿真分析,结果表明所提策略充分利用了交直流电力系统的频率调节能力,能较好地抑制风电出力引起的频率波动。     

适合风电接入的直流输电自抗扰控制策略研究

针对含规模化风电接入的交直流电力系统的频率稳定问题,以抑制风电出力大幅度随机扰动引起的频率波动为目的,研究高压直流输电(HVDC)自抗扰控制(ADRC)算法策略。该策略在风电出力发生大幅度随机扰动时,HVDC附加频率控制(AFC)作为电力系统一次调频控制;基于自抗扰控制算法的自动发电控制(AGC)作为电力系统二次调频控制;基于风力发电调频技术惯性响应控制为电力系统提供合适的等效惯量,快速响应系统频率的暂态变化。最后,利用Matlab/Simulnk在改造的四机两区域模型中进行了仿真分析,结果表明所研究策略充分利用了交直流电力系统的频率调节能力,能较好地抑制风电出力引起的频率波动。     

直流线路对同塔架设交流线路的影响

本文采用PSCAD-EMTDC电磁暂态软件建立了交直流输电系统和同塔输电模型,研究了交直流线路在同塔输电时直流输电线路发生单极接地故障条件下的交直流线路过电压水平变化及其影响。仿真并分析了交流输电线路不同排列方式,是否换位对交直流线路过电压的影响。经过仿真和数据分析,得出了以上因素下交直流线路在直流故障情况下的过电压的大小及其变化趋势,并且分析了过电压发生变化的原因。     

基于VSC-HVDC技术的风力发电系统并网研究

分析了基于电压源换流器的高压直流输电系统(VSC-HVDC)和双馈异步风电机组的数学模型及控制策略。针对并网风电场暂态过程稳定裕度偏低的问题,提出了采用VSC-HVDC技术提高并网系统的稳定性。在电力系统仿真软件DIgSILENT/PowerFactory中建立了包含风电场的交直流混合输电系统模型,研究了VSC-HVDC输电系统改善双馈异步发电机风电场暂态稳定裕度的贡献。仿真表明VSC-HVDC采用改进的无功功率控制器的并网系统能够在系统遭受大扰动后快速恢复稳定,并且可以避免由风电机组转矩不平衡引起的风力发电机超速问题,交直流混合输电系统的动态稳定性得到较大的提高。     

一种风电场经柔性直流输电并网控制方法改进探讨

基于PSCAD仿真工具对通过柔性直流输电进行大型风电并网的问题进行了研究。建立了采用永磁同步电机的风电场等效聚合模型,分析了柔性直流输电的结构及控制改进方法,研究了在交流大电网互联和大型风电并网两种情况下的柔性直流输电系统响应。当风电场接入柔性直流输电系统时,输电系统对风电场产生一定的影响,使得风电场的输出波动通过电流内环的电压补偿项经过二次反馈给风电场,从而导致输出有功功率和无功功率的波动。为了解决风电场并网输出波动的问题,对柔性直流输电控制方案进行了改进。仿真结果显示在保持了系统优异故障穿越能力的同时,该改进方案能够有效地减小风电场的输出波动,增强了系统的稳定性。     

双馈风电场接入交流或交直流混合系统低频振荡模态对比分析

目前,风电并入交直流混合系统低频振荡模态研究未见文献报道。在PSASP中搭建了CEPRI36节点系统中含双馈风电场的纯交流系统和交直流混合系统的小信号稳定性分析的详细模型。对计及了风力机传动链、双馈发电机、变换器和直流输电动态模型及其控制策略,且直流系统运行在双极两端中性点接地、单极大地回线、单极金属回线、单极双导线并联大地回线四种不同接线方式下的小信号稳定性进行了仿真。从双馈风电场接入交流或交直流混合系统并参与有功或无功调度两种运行方式角度,采用模态分析法进行了电网区间和局部区域低频振荡模态对比分析。结果表明:双馈风电场接入交直流混合系统的低频振荡特性不仅与直流线路运行接线方式存在关联,而且受接入的风电场运行方式影响。与接入交流系统比较,接入交直流混合系统区间振荡的恶化程度变大、稳定裕度更差。     

双馈风电场接入交流或交直流混合系统低频振荡 模态对比分析

目前,风电并入交直流混合系统低频振荡模态研究未见文献报道。在PSASP中搭建了CEPRI36节点系统中含双馈风电场的纯交流系统和交直流混合系统的小信号稳定性分析的详细模型。对计及了风力机传动链、双馈发电机、变换器和直流输电动态模型及其控制策略,且直流系统运行在双极两端中性点接地、单极大地回线、单极金属回线、单极双导线并联大地回线四种不同接线方式下的小信号稳定性进行了仿真。从双馈风电场接入交流或交直流混合系统并参与有功或无功调度两种运行方式角度,采用模态分析法进行了电网区间和局部区域低频振荡模态对比分析。结果表明：双馈风电场接入交直流混合系统的低频振荡特性不仅与直流线路运行接线方式存在关联,而且受接入的风电场运行方式影响。与接入交流系统比较,接入交直流混合系统区间振荡的恶化程度变大、稳定裕度更差。     

基于电气剖分信息的风电系统有功调度与控制

针对风速的随机性和间歇性对电力系统调度与控制带来的困难,提出一种风电系统有功调度的二层结构调控策略,即在在线调度周期内,借助系统内常规发电机组的配合对预调度周期内的发电计划进行再校正以及在自动控制时间级内通过与风电机组紧密关联的自动发电控制(automation generation control,AGC)机组的实时偏差调控对在线调度计划外的功率波动进行调整的策略。利用与风电机组、相关非风电机组及其供电负荷等有关的网络源流路径电气剖分信息,计算非风电机组参与发电计划再校正的功率调整因子及参与风电实时功率波动控制的关联AGC机组之间的负荷分配因子。算例表明,二层结构的调控策略可以有效跟踪风电与负荷功率的波动或预测偏差,从而提高整个系统的运行质量。     

含风电的交直流互联电网AGC两级分层模型预测控制

随着大规模风电接入交直流互联电网,传统的自动发电控制(AGC)方法难以有效地抑制风功率波动带来的频率稳定问题。为此,提出基于两级分层模型预测的AGC策略。该两级分层控制方法在下层对多个区域电网采用分散式模型预测控制;在上层对下层分散的控制器采用动态协调控制方式。以含多电源的两区域交直流互联电网AGC模型为例,仿真结果表明:与集中式模型预测控制和分散式模型预测控制方法相比,文中所提控制策略不仅对频率和联络线功率等具有良好的控制效果,还兼具高可靠性。     

Optimal Automatic Generation Control with Hydro,Thermal, Gas,and Wind Power Plants in 2-Area Interconnected Power System

Abstract

This paper explores automatic generation control (AGC) of a more realistic 2-area multi-source power system comprising hydro, thermal, gas, and wind energy sources-based power plants in each control area. The wind power plants (WPPs) have been growing continuously worldwide due to their inherent feature of providing eco-friendly sustainable energy. But, operations of WPPs are associated with system stability problems due to lack of inertia. However, WPPs do not participate in the elimination of mismatch between generation and demand by AGC but disturbance can be injected by the WPPs due to the stochastic nature of wind energy. An optimal controller based on full state feedback control theory is designed to conduct the study. The system dynamic performance analysis is carried out for 1% step load disturbance in corresponding control areas. It is observed that the system dynamic graphs of deviation in area frequency and tie-line power are significantly improved with the implementation of optimal AGC controller compared to GA tuned classical controller. It has also been shown that the WPPs aid the increase in load disturbance when the input wind power reduces but it negates the effect of increase in load disturbance for increase in wind energy to the WPPs.     

考虑风机虚拟惯性的预测优化PIDD2自动发电控制方法

风电的大规模渗透,使分布式发电系统的自动发电控制(automatic generation control, AGC)必须应对自然环境不确定性所带来的影响,构建了风电机组参与频率调节的区域互联电网AGC模型;然后,对风机虚拟惯性的控制特性进行了分析,将其应用于短时负荷波动的快速响应;在此基础上,提出一种对带有二阶微分的比例积分微分控制器(proportional integral differential plus second order derivative, PIDD2)进行预测优化的控制策略。通过建立含PIDD2控制器的AGC模型,采用预测算法计算该系统的最优预测序列,并据此调整PIDD2控制器的参考信号,从而获取最优的AGC效果。仿真结果表明:在大规模风电渗透的AGC系统中,所提方法能有效解决传统固定参数PID控制器对系统动态变化所表现的不适应性问题。     

CPS标准下的AGC机组辅助服务定量评估

提出一种基于CPS标准的自动发电控制(AGC)机组考核方法,该方法利用控制区总发电功率与计划出力之差及频率误差的相关系数作为控制区自动发电控制性能指标,并以系统频率误差与ACE乘积为标准,构成控制区AGC总任务描述.同时,根据各AGC机组指令分配系数分解总任务,构成各电厂AGC考核指标.通过在四川电网EMS系统的应用,证明该方法的可行性.     

基于分段控制的双馈风电机组有功-频率控制

为缓解大规模风电并网给电力系统频率带来的不利影响,在考虑风力发电经济性的前提下,使风电机组具有类似常规机组的调频特性,以改善含大规模风电的电力系统的频率稳定性,提出一种基于分段控制思想的双馈风电机组有功-频率控制策略,将风电机组有功-频率控制分为4段：卸载运行段、调频段、最大功率运行段及脱网运行段。研究采用该策略的控制模型参数整定问题,进而分析采用该控制策略的双馈风电机组的调频能力,探讨风电渗透率及负荷变化幅度对其调频效果的影响,在此基础上得出双馈风电机组的有功-频率特性。仿真结果验证了所提有功控制策略的可行性与有效性。     

Disconnection control of wind power generators for the purpose of reducing frequency fluctuation

This paper proposes a new approach for disconnection control of wind power generators to reduce the frequency fluctuation caused by wind power. The approach is based on the correlation between frequency and total output of wind power generators and the turbulence degrees of individual wind power generators. At a control center, frequency and all the outputs of wind power generators are monitored, and the correlation and the turbulence degrees are computed on‐line. If the large variation of frequency is detected, then whether the variation comes from the wind power generators or loads is checked by using the correlation. When the wind power generators cause the frequency variation, the wind power generator with maximum turbulence degree is searched and disconnected from the power systems. This search and disconnection process is repeated until the correlation reaches the level where the frequency variation observed is not caused by the wind power generators. The effectiveness of the proposed approach was confirmed with the simulation studies of a two‐area interconnected power system including many wind power generators. The results show that the correlation and the turbulence degree are useful for the reduction of frequency fluctuation so as not to disconnect too many wind power generators. © 2010 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 171(1): 10–18, 2010; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20911     

一种考虑风电渗透率变化的AGC方法

新能源发电渗透率的提高给传统自动发电控制(automatic generation control,AGC)带来了新的挑战。数据研究表明,风电渗透率的改变会对AGC系统的参数产生影响,在此基础,提出一种基于系统补偿的AGC方法,在AGC参数不能及时在线整定的情况下,能降低对系统稳定性的影响。首先,构建含有风电的区域互联AGC系统模型;然后,讨论了当风电渗透率发生变化时,AGC系统参数的调整依据;在此基础上,设计补偿环节与传统模型预测控制器(model predictive controller,MPC)形成串联结构,以消除当风电渗透率发生变化时,由于参数不匹配对AGC效果的不利影响;最后,通过仿真验证了所提方法的可行性和有效性,仿真结果表明:当风电渗透率发生变化时,通过补偿环节参数的调整能够有效消除其对系统参数的影响,从而获取更好的频率控制效果。     

基于PSO-GSA算法的含DFIG互联系统AGC优化控制研究

传统双馈感应风力发电机(DFIG)的解耦控制使其无法响应电网的频率变化。随着风电渗透率的不断提高,电网调频压力不断增大,有必要对含DFIG互联系统AGC优化控制进行研究。首先建立了将风电作为"负的负荷"的两区域AGC模型,通过引入改进的虚拟惯性控制使DFIG具有更好的频率响应的能力。同时以快速消除系统区域控制偏差和风机转速偏差为目的,采用PSO-GSA算法对控制区PID控制器和DFIG转速控制单元PI控制器参数进行优化。仿真结果表明,单个区域受负荷扰动时,风电参与调频时能提供更多的有功功率支撑以减小同步机调频出力,能有效缓解同步机调频压力。PSO-GSA算法较PSO和GSA迭代速度快且适应度值更好,基于PSO-GSA参数优化后的控制器对系统区域频率偏差、联络线功率变化和区域控制偏差信号的超调量和调节时间都有明显改善,增强了系统的稳定性。     

含风电的交直流互联电网自适应SPMC调频策略

大规模风电接入交直流互联电网,对自动发电控制（automatic generation control, AGC）的控制性能及调频能力提出了更高的要求。在风电参与电力系统调频的基础上,提出基于功率调制控制器(supplementary power modulation controller,SPMC)的区域间功率补偿策略。首先,考虑到高压直流输电（high voltage direct current, HVDC）环节过载率变化的弹性特征,提出一种同时考虑功率与频率变化的自适应动态SPMC策略,使其在参与系统调频时,能有效提升HVDC中功率调整的快速性;其次,在HVDC链路主动参与系统调频的基础上,考虑风电的不确定性,利用综合惯性控制改变风电输出功率,以进一步提升系统调频性能指标。仿真结果表明,所提策略的动态功率调制特性可以有效提升区域间功率传输的针对性,并提高电网调频效果。