计及DFIG调频的系统频率响应特性分析及快速频率支撑策略研究

针对含双馈风机调频的系统频率响应模型不明确和转子有效旋转动能利用不充分的问题,提出一种基于双馈风电机组有效旋转动能的频率支撑策略。首先,基于传统系统频率响应模型建立了含双馈风机调频的系统频率响应模型,并推导计及风电渗透率下系统频率偏差域表达式,在不同阻尼比下分析双馈风机调频对系统频率响应特性的影响。其次,深入分析现有的计及双馈风机转子转速的频率支撑策略的优缺点。结合我国风电机组调频控制参数的规程要求,设计一种基于双馈风机有效旋转动能的自适应频率支撑策略。最后,基于IEEE 14节点电力系统模型,验证了所提策略在不同扰动、风速及风电渗透率条件下风机转子动能充分释放参与调频的优越性能。     

基于最大转子储能的风电场风机变利用率的有功功率分配策略优化

风机采用最大功率追踪控制时无功率备用量,当系统供需发生变化时,易对系统稳定性造成较大影响。提出了一种风场变利用率的有功功率分配策略,在满足系统调度命令的同时,减少风能的损失,提高风能利用率。考虑到风场的尾流效应,所提方案通过改变每台风力机的利用率来控制风机的有功功率输出。其中,每台风力机的利用率根据其自身转速而自适应调整。当风机转速较高时,风力机的利用率则较高。当风机转速较低时,则降低风力机的利用率,这样风电场可存储更多的旋转动能,可在系统需要时释放回系统。通过在基于双馈风机的风电场中对所提变利用率策略进行研究,结果表明,在满足调度需求的同时,所提控制策略比传统的等利用率方案更加节能。     

双馈风机对电网频率扰动的动态响应建模与分析

含高比例新能源和高比例电力电子设备的电力系统频率调节能力下降,频率安全问题突出。新能源发电设备利用电力电子接口并网,一般采用最大功率点跟踪控制,被认为不响应系统频率变化。但是,双馈风机通过定子回路与电网直接耦合,会在机电耦合与转子回路解耦控制的共同作用下对频率扰动产生复杂的响应。已有研究注意到该特性,但目前还缺乏准确描述双馈风机频率响应过程的模型和对特性机理的深入分析。为此,提出一种不依赖并网点电压信息、可直接集成于电力系统频率响应模型的双馈风机降阶频率响应模型。利用该模型揭示了双馈风机的频率响应机制为锁相环和外环的级联耦合效应,并证明其频率响应不属于惯量响应的范畴。最后,分析了双馈风机对电力系统频率动态的影响。     

风电场短路电压电流频率不一致对距离保护及测试的影响

基于双馈风机风电场的电力系统等效电路研究了输出线路短路故障点保护设备安装处的电压电流的频率成分,得出了含风电场的电力系统短路故障时所特有的电压电流频率的不一致性。基于Matlab/Simulink仿真平台验证了频率不一致的特性,总结过渡阻抗与短路点电压电流频率成分之间的关系。分析了电压电流频率的不一致性对于距离保护所产生的影响,研究了距离保护及其测试在风电场中存在的适应性问题。最后,算例仿真验证了分析结果的正确性,从而为风电场继电保护的设置和测试工作提供参考。     

双馈风电机组参与系统辅助频率控制的仿真

通过建立Matlab双馈机组风力发电仿真系统、增加频率控制环节,模拟系统频率变化时双馈风力发电机短时释放或吸收转子动能的情况,研究其辅助系统频率控制的作用。仿真结果显示,含双馈风力发电机组的风电场也能像常规机组一样参与系统辅助频率控制。     

附加频率控制双馈风电场频率响应特性建模与参数辨识

随着风电渗透率的增加,风电机组参与电力系统调频已成为间歇式风电消纳的共识.为实现含高比例风电电力系统频率特性的高效准确分析,该文首先建立了附加频率控制下双馈异步风电机组(DFIG)双输入(风速、频率)-单输出(并网功率)频率响应模型,并通过劳斯近似,依次建立了DFIG频率响应4阶和2阶模型;进而针对双馈风电场整体频率响...     

基于DFIG可用无功裕度的风电场无功电压控制方法

本文提出一种新型双馈风电场无功电压控制方法,旨在满足风电场并网点电压要求的同时能够减少各机组机端电压的差异,以提高机组联网运行能力。该方法考虑了风电场的有功电压特性与双馈型风机的无功调控裕度,通过实时监测风电场升压站高压侧母线电压偏差能较准确地计算风电场无功需求;建立了以降低各机组机端电压差异为目标的无功控制模型,并利用遗传算法确定各机组无功输出分配方案。仿真算例验证了该方法能有效降低各机组机端电压差异,使并网点电压满足电网运行指标。     

主动支撑电网的双馈风电场故障功率协调控制方法

风电持续开发建设使同步发电机渗透率降低,电力系统抗扰能力不断下降。双馈风电场(doubly-fed wind farm, DFWF)内部故障后,双馈风电机组(doubly-fed wind turbine, DFWT)的切除导致电力系统出现功率缺额,可能威胁系统安全稳定运行。为此,利用故障期间DFWT机械功率与电磁功率不平衡累积的暂态能量,提出了主动支撑电网的双馈风电场故障功率协调控制方法。分析了DFWF内部故障特征,提出了故障全过程功率协调控制的思想。推导了DFWF内部故障下DFWT的转速解析表达式,分析了DFWT暂态能量的特征并给出了最大暂态能量的计算方法。在此基础上,给出了DFWT功率支撑控制参考值与功率支撑控制时间的计算方法,并提出了DFWT故障功率协调控制策略。算例表明,DFWF故障功率协调控制可利用暂态能量最大限度地提供功率支撑,降低DFWF内部故障对电力系统的影响。     

基于双馈风电机组的变下垂系数控制策略

对双馈风电机组采用传统的固定下垂系数控制策略时,不能根据风速的变化自适应调整风电机组的实时可用容量。若下垂系数设定偏小,将导致风电机组过度响应,造成系统频率二次跌落,同时发电机转速不能恢复;若下垂系数设定偏大,将无法充分发挥风电机组的频率响应能力。针对此问题,提出了变下垂系数控制策略,即在低、中风速区,将纯机械减载容量和可利用转子动能的总和作为机组可用容量整定下垂系数;而在高风速区内,则以纯机械减载容量整定下垂系数的策略。仿真结果表明,所提策略可有效提升双馈风电机组的频率响应能力,防止双馈风电机组发生过度响应,有利于双馈风电机组的稳定运行。     

新能源场站快速有功控制及频率支撑技术综述

以光伏/风电为代表的新能源高比例并网降低了电力系统的惯量水平和频率支撑能力,频率稳定问题成为当前电网安全稳定和新能源高效消纳的核心问题之一。发展新能源发电并网机组单元和场站的快速有功频率响应和主动支撑能力是当前的研究热点。该文以“单机快速有功控制-场站快速有功控制-场站快速频率支撑”为主线,梳理光伏/风电的快速有功控制及频率支撑发展现状,分析频率检测、通信延时和控制响应模式等因素对光伏/风电场站频率响应快速性的影响,指出风电机组的机械载荷约束、风电场百毫秒级有功控制、场站的调频响应模式选择和优化、暂态有功无功协同控制是提升新能源发电单元和场站的快速有功频率响应能力的4个关键问题,最后对未来的重点研究方向进行展望和讨论。     

基于改进下垂控制的微电网有功与频率控制策略

在分析传统下垂控制调整系统有功和频率过程基础上,提出了微电网在离网和联网运行时下垂控制的两种改进措施。利用改进控制策略,可以实现微电网离网运行时的频率恢复过程,实现稳态时的无频率偏差运行;联网运行时微网中逆变型电源根据预先设定的有功功率值自动投入运行:对于储能装置,自动转换为吸收有功功率;对于可调型微源,可以发出预先设定的额定有功功率。最后通过Matlab/Simulink仿真验证了所提策略的有效性。     

基于虚拟惯量和频率下垂控制的双馈风电机组一次调频策略

针对双馈风电机组(DFIGs)不具备调频控制能力的问题,设计DFIG一次调频控制策略,实现了DFIG参与电网一次调频。研究DFIG功率控制原理和频率响应过程,并考虑虚拟惯量、频率下垂控制对应的响应时间尺度不同,提出基于虚拟惯量和频率下垂控制的DFIG一次调频策略,增强了DFIG应对频率变化时的暂态和稳态功率调节能力。基于RT-LAB软件搭建了DFIG频率响应控制的半实物仿真平台,仿真与实测结果验证了该方法能够有效提高DFIG电网频率适应性。     

基于风机运行边界分析的电网频率控制方法

风电渗透率的提高,使电网惯性及相对备用容量降低,对电网负荷频率控制带来新的挑战,风机参与电力系统频率调节的研究为解决上述问题提供了新的途径.首先,基于风机单机模型,提出了快速动能提取的惯性控制方法,并探讨了其与桨距角控制的互补性,通过惯性调整最大化,为减少风机桨距角调节负担提供支持;其次,在电力系统有功缺额及风机调频能...     

基于新能源下混合风电场不同类型风机动态特性相似环节引起的振荡风险研究

现有研究表明,在风电场中如果同一种类型风力发电机动态特性相似,随着风机数量的增加,风电机群产生的\"集群效应(collective impact)\"将给并网风电场带来振荡风险,严重时会诱发风电场的振荡失稳.在实际中,一个风电场有可能由不同类型的风力发电机组成,例如直驱风力发电机和双馈风力发电机.混合风电场中不同类型风机动态特性相似环节是否也会引起\"集群效应\".文中先建立了混合风电场并入外部电力系统的线性化模型.然后报告了在混合风电场内不同类型风机的\"集群效应\"这一发现,展示了并网风机数量变化、风机动态环节特性差异和线路电抗对\"集群效应\"的影响.通过时域仿真验证了分析的正确性.研究结果表明:在由不同类型风机组成的混合风电场中,如果不同类型的风机中有特性相似的动态环节,它们也会产生\"集群效应\",随着不同类型的风机数量的增加,混合风电场会发生振荡失稳.     

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。     

基于模型预测控制的双馈风电场无功电压快速优化控制

针对风电场单时间断面预测信息存在的无功控制滞后且电压指令跟随性差的问题,提出一种基于模型预测控制的双馈风电场无功电压控制策略,该策略以风电场并网点电压和机端电压偏差最小为目标。首先,基于时间尺度计算无功设备出力及负荷需求预测信息,建立无功电压预测控制模型。其次,在控制周期内划分更细化的预测控制点,修正预测模型,提前协调并分发双系统控制指令,有效降低反应时间。该策略在风速快速波动时可优化电压控制性能,提高跟随精度,使无功设备快速补偿无功以稳定并网点电压,并合理调控静止无功发生器的动态无功容量,实现无功储备最大化。在MATLAB/Simulink中建立双馈风电场模型进行仿真,结果表明,所提策略能够实现快速协调无功设备出力,有效降低反应时间,增强了风电场无功快速调节能力。     

基于分层架构的风电场频率调节策略

在分析传统发电机组和风电机组的调频能力基础上,提出一种以整个风电场作对象的新型风电场调频控制策略,该策略基于分层架构,通过储备控制,既能在开始几秒钟提供快速有功功率支持,帮助水力发电为主的系统减少初始频率下降,在一定风速下,也能长期提供额外有功功率支持;仿真结果表明风电场能够在一定程度上像常规电厂一样参与系统频率控制。     

基于STATCOM的双馈风电场无功电压控制的研究

基于STATCOM和DFIG的数学模型研究与控制器建模,提出一种由两者共同参与的风电场无功电压控制方案.该方案利用STATCOM的电压控制模式,并充分考虑到双馈风机的无功调控能力,将双馈风机集群电压控制分为无功需求决策层和无功协调优化分配层.此外,针对风电场出口发生三相短路的紧急状况,提出一种故障时双馈风力发电机组的改进控制策略,该策略通过故障时将转子侧变流器由功率控制模式切换为电压控制模式,有功电流优先切换为无功电流优先,网侧变流器由单位功率因数运行切换为极限无功功率运行的方式提高风电场的低电压穿越能力.仿真表明,该方案不仅能实现正常运行时对风电场并网点电压指令的快速跟踪,风速、系统负荷和系统电压波动时快速稳定风电场并网点电压,而且当风电场出口发生短路故障时,能显著减小故障对双馈风机的不利影响,加速故障后电压恢复.     

风电场并网对地区电网电压特性的影响分析

结合目前我国风电场的普遍运行情况,针对山西省电网的特点,在风力发电机组无功功率与电压特性的基础上,从实例出发,通过各种运行方式和工况下的模拟潮流计算,分析各种不同因素对包含风力发电电力系统的电压性能产生的影响,研究这些不同因素的影响,给出了可以通过系统运行方式的调整、限制风电机组功率因素变化范围、增加无功补偿装置等办法来提高地区电网接入点风电装机容量.