改进的DFIG与VSC-HVDC协调控制改善风电场 低电压穿越能力

经VSC-HVDC并网风电系统在风电场侧故障时,风电机组出口母线电压过低,极易引起风力机脱网。而双馈风力发电机(DFIG)传统的Crowbar技术在故障时将转子侧变流器(RSC)短接,使发电机定子侧失去了为电网提供无功的能力,风力机的低电压穿越能力较低。提出一种改进的DFIG模型,加入了主动式DC-Chopper,与传统的Crowbar相配合,降低Crowbar动作的概率,使得DFIG转子侧变流器可以控制定子侧在故障时期继续提供无功功率。并利用此改进的DFIG与VSC-HVDC协调控制,改善风电场侧母线电压水平。通过算例仿真表明,在严重故障时采用改进式DFIG的Crowbar仍未动作。从而大大降低Crowbar动作的概率,双馈风电机组RSC故障期间可以继续投入运行并为电网提供无功支持。完成故障期间DFIG两侧变流器与VSC-HVDC风电场侧变流器(WFVSC)之间的无功协调,使风电场具有更好的低电压穿越能力(Low Voltage Ride Though, LVRT)。     

改进的DFIG与VSC-HVDC协调控制改善风电场低电压穿越能力

经VSC-HVDC并网风电系统在风电场侧故障时,风电机组出口母线电压过低,极易引起风力机脱网。而双馈风力发电机(DFIG)传统的Crowbar技术在故障时将转子侧变流器(RSC)短接,使发电机定子侧失去了为电网提供无功的能力,风力机的低电压穿越能力较低。提出一种改进的DFIG模型,加入了主动式DC-Chopper,与传统的Crowbar相配合,降低Crowbar动作的概率,使得DFIG转子侧变流器可以控制定子侧在故障时期继续提供无功功率。并利用此改进的DFIG与VSC-HVDC协调控制,改善风电场侧母线电压水平。通过算例仿真表明,在严重故障时采用改进式DFIG的Crowbar仍未动作。从而大大降低Crowbar动作的概率,双馈风电机组RSC故障期间可以继续投入运行并为电网提供无功支持。完成故障期间DFIG两侧变流器与VSC-HVDC风电场侧变流器(WFVSC)之间的无功协调,使风电场具有更好的低电压穿越能力(Low Voltage Ride Though,LVRT)。     

STATCOM在双馈风电场低电压穿越中的应用研究

双馈感应发电机(DFIG)采用转子撬棒(Crowbar)进行低电压穿越保护时,须向电网吸收大量的无功功率,不利于故障过程中电网电压恢复。文中在双馈风电场中加入静止同步补偿器(STATCOM),用以补偿Crowbar动作后DFIG异步运行时对电网的无功需求。通过不同程度电压跌落下风电场动态仿真进行验证,结果表明电网电压跌落严重时STATCOM的无功补偿效果明显,电网故障中DFIG还能向电网提供一定出力,维持电网稳定运行;与只投入Crowbar的情况相比,同时加入STATCOM和Crowbar不会对DFIG各分量产生冲击;电压跌落轻微时DFIG可通过自身的变流器调节实现低电压穿越,投入Crowbar和STATCOM反而会加剧系统的振荡。     

具有低电压穿越能力的双馈风电场故障特性分析

在机组故障期间转子Crowbar投入不能为电网提供无功支持同时会从电网吸收一定无功从而导致电网运行情况进一步恶化,针对Crowbar保护的弊端提出一种低电压穿越方法,利用DC-Chopper代替Crowbar,同时在故障情况下通过对转子侧变流器进行解耦控制,控制定子侧给电网提供一定无功支持,能更好的实现机组故障穿越。基于此策略在PSCAD平台上搭建了的双馈风电场仿真模型,对比验证了风电场具有低电压穿越能力及控制策略的优越性。在此基础上,分别仿真分析不同故障类型下双馈风电场的故障特性。研究结果表明传统转子Crowbar电路的投入是机组故障电流频率为非工频的原因,而采用其他非转子Crowbar电路的机组故障电流频率为工频;风电场联络线发生任何类型的不对称接地故障,风电场侧都会表现出弱电源特性,单相接地故障表现出的弱电源特性更为明显。这对故障选相元件将会受到严重影响。研究成果具有一定的实际价值和意义。     

风电接入对继电保护的影响(二)——双馈式风电场电磁暂态等值建模研究

提出建立双馈式感应发电机(DFIG)风电场多机等值方案。考虑到DFIG风机短路故障条件下投入转子Crowbar保护后,短路电流与转子实时转速相关的特点,提出以短路故障前瞬间的风机转子转速值作为DFIG风机分群的指标,以准则函数E收敛后得到的值最小为分群标准,采用K-means算法将具有相近指标的机组分到同一机群中。针对单个机群中可能存在多种型号DFIG风机的情况,采用基于容量加权的参数聚合法,计算等值风电机组转子运动方程参数、阻抗参数、变流器及其控制环节参数和箱式变压器参数。在PSCAD/EMTDC平台上建立DFIG风电场详细模型及其等值模型,仿真结果表明在相同故障条件下,风电场等值模型的故障电流能够很好地拟合详细模型。     

（三） 风电场送出变压器保护性能分析

提出建立双馈式感应发电机（DFIG）风电场多机等值方案。考虑到DFIG风机短路故障条件下投入转子Crowbar保护后,短路电流与转子实时转速相关的特点,提出以短路故障前瞬间的风机转子转速值作为DFIG风机分群的指标,以准则函数E收敛后得到的值最小为分群标准,采用K-means算法将具有相近指标的机组分到同一机群中。针对单个机群中可能存在多种型号DFIG风机的情况,采用基于容量加权的参数聚合法,计算等值风电机组转子运动方程参数、阻抗参数、变流器及其控制环节参数和箱式变压器参数。在PSCAD／EMTDC平台上建立DFIG风电场详细模型及其等值模型,仿真结果表明在相同故障条件下,风电场等值模型的故障电流能够很好地拟合详细模型。（详见2013年第33卷第2期）     

（二）双馈式风电场电磁暂态等值建模研究

提出建立双馈式感应发电机（DFIG）风电场多机等值方案。考虑到DFIG风机短路故障条件下投入转子Crowbar保护后,短路电流与转子实时转速相关的特点,提出以短路故障前瞬间的风机转子转速值作为DFIG风机分群的指标,以准则函数E收敛后得到的值最小为分群标准,采用K-means算法将具有相近指标的机组分到同一机群中。针对单个机群中可能存在多种型号DFIG风机的情况,采用基于容量加权的参数聚合法,计算等值风电机组转子运动方程参数、阻抗参数、变流器及其控制环节参数和箱式变压器参数。在PSCAD／EMTDC平台上建立DFIG风电场详细模型及其等值模型,仿真结果表明在相同故障条件下,风电场等值模型的故障电流能够很好地拟合详细模型。（详见2013年第33卷第2期）     

（二）双馈式风电场电磁暂态等值建模研究

提出建立双馈式感应发电机（DFIG）风电场多机等值方案。考虑到DFIG风机短路故障条件下投入转子Crowbar保护后,短路电流与转子实时转速相关的特点,提出以短路故障前瞬间的风机转子转速值作为DFIG风机分群的指标,以准则函数E收敛后得到的值最小为分群标准,采用K-means算法将具有相近指标的机组分到同一机群中。针对单个机群中可能存在多种型号DFIG风机的情况,采用基于容量加权的参数聚合法,计算等值风电机组转子运动方程参数、阻抗参数、变流器及其控制环节参数和箱式变压器参数。在PSCAD／EMTDC平台上建立DFIG风电场详细模型及其等值模型,仿真结果表明在相同故障条件下,风电场等值模型的故障电流能够很好地拟合详细模型。（详见2013年第33卷第2期）     

风电接入对继电保护的影响（二）——双馈式风电场电磁暂态等值建模研究

提出建立双馈式感应发电机（DFIG）风电场多机等值方案。考虑到DFIG风机短路故障条件下投入转子Crowbar保护后,短路电流与转子实时转速相关的特点,提出以短路故障前瞬间的风机转子转速值作为DFIG风机分群的指标,以准则函数E收敛后得到的值最小为分群标准,采用K-means算法将具有相近指标的机组分到同一机群中。针对单个机群中可能存在多种型号DFIG风机的情况,采用基于容量加权的参数聚合法,计算等值风电机组转子运动方程参数、阻抗参数、变流器及其控制环节参数和箱式变压器参数。在PSCAD／EMTDC平台上建立DFIG风电场详细模型及其等值模型,仿真结果表明在相同故障条件下,风电场等值模型的故障电流能够很好地拟合详细模型。（详见2013年第33卷第2期）     

风电接入对继电保护的影响（二）——双馈式风电场电磁暂态等值建模研究

提出建立双馈式感应发电机（DFIG）风电场多机等值方案。考虑到DFIG风机短路故障条件下投入转子Crowbar保护后,短路电流与转子实时转速相关的特点,提出以短路故障前瞬间的风机转子转速值作为DFIG风机分群的指标,以准则函数E收敛后得到的值最小为分群标准,采用K-means算法将具有相近指标的机组分到同一机群中。针对单个机群中可能存在多种型号DFIG风机的情况,采用基于容量加权的参数聚合法,计算等值风电机组转子运动方程参数、阻抗参数、变流器及其控制环节参数和箱式变压器参数。在PSCAD／EMTDC平台上建立DFIG风电场详细模型及其等值模型,仿真结果表明在相同故障条件下,风电场等值模型的故障电流能够很好地拟合详细模型。（详见2013年第33卷第2期）     

适应我国大规模风电接入的合理电网结构构建原则的思考

为适应我国风电的快速、大规模发展,从风电合理消纳、提高电网安全性角度,开展大规模风电接入电网的合理电网结构原则研究。首次提出综合考虑风电并网的各项影响因素,将风电基地进行分类;并在此基础上,提出适应各类风电基地接入的合理输电方案及送、受端电网结构构建原则;并以我国规划开发的多个千万千瓦级大型风电基地为实例进行分析。     

内陆风力发电场风机布置方法探讨

提出风电场风机布置的原则.认为不同地理环境条件、风资源条件、地区经济状况都会对风机的布置方案产生影响.对内陆风电场和沿岸滩涂风电场设计中风机布置技术和经济进行了分析比较,并对内陆风场的风机布置提出了一种新的行列距组合选择原则.     

基于多汇集风电场SVC无功补偿的研究

随着风电场大量接入电网,常见的接入电网方式有两种:各个风电场直接接入电网、各个风电场汇集在风电场群汇集站再并入电网。由于多数风电场均位于电网末端,远离负荷中心,周围缺少火电和水电等其他电源的支撑和调节,可能会对地区电网线路传输功率及电压稳定性产生较大的影响。目前,常见的解决方法有3种:在风电场群汇集站处加装静止无功补偿器进行无功补偿、在各个风电场加装静止无功补偿器进行无功补偿、在各个风电场和风电场群汇集站均加装静止无功补偿器进行无功补偿。为了使无功补偿装置安装合理化以及无功补偿最优化,并基于这3种补偿方法,研究了在风电场接入容量不同以及地理距离不同的情况下,静止无功补偿器(SVC)的安装位置以及补偿容量的问题,并通过PSASP仿真程序验证了最优补偿的合理性,提高了系统电压的稳定性以及风电送出能力,为风电场建设提出借鉴和理论参考依据。     

基于VSC-HVDC的南汇风电场并网应用研究

风能作为一种绿色的可再生能源,将在取代传统一次能源、调整能源结构和环境保护中发挥重要的作用。在介绍柔性直流输电(VSC-HVDC)的原理和技术特点的基础上,将其与其他风电并网技术作了比较,详细说明了柔性直流输电技术在风电并网上的重大创新及巨大优势,并介绍了该技术在上海南汇风电场并网上的示范应用工程,表明了柔性直流输电技术在风电传输领域的广阔应用前景。     

风力机的MATLAB模型及其应用

提出了一种简化的定桨距风力机的MATLAB模型。该模型对于风电场的建设与规划 ,对于风力发电机组的运行仿真和设计都具有重要的意义     

风场风力条件评估系统开发

运用VC++编写风场风力条件的评估系统,该系统包括正常风力条件和极端风力条件2大部分。在各个模块中针对不同的风力条件,采用交互式数据输入方式,计算出具体数值,且绘出图形,从而全面、具体地对风场风力条件进行分析与评估     

内蒙古辉腾锡勒风电场风能资源评价

以辉腾锡勒风电场为例 ,介绍风电场风能资源评价。     

风力发电施工的特点及应对策略

在风力发电场施工过程中,应加强主吊机械的选型,适应经常性移动和微观地形的变化;优化施工机械及工器具的配备,既提高劳动生产率又降低生产成本;优化施工程序,保证施工的连续性和机组陆续投产的需求;细化环境保护措施,确保完工后地貌、植被同期恢复等应对策略,以确保风电场施工的工期、质量,并兼顾施工的效率和成本。     

静态安全域限制下的风电场最大外送有功容量

随着风电并网规模的日益扩大,风电场内部集电网络的静态安全限制对风电场外送有功容量的限制越发明显。确定风电场内部静态安全域限制下能够外送的最大有功容量,对风电场的规划建设和并网有重要意义。以经典风电并网系统为背景,运用风电场静态潮流分析方法,以风电场内部电压静态安全为限制,计算出风电场能够外送的最大有功容量;同时研究风电场网络拓扑结构和内部集电线路阻抗比对风电场能够外送的最大有功容量的影响;进一步研究风电出力特性和风电参与调频对风电场内部静态安全的影响。结果表明:合理的风电场拓扑结构和集电线路阻抗比能够最大化风电场外送有功容量的能力,在风电场最大外送有功容量内,风电出力特性和风电参与调频不影响风电场内部静态安全。     

大型风电场并网运行的问题及其对策

随着国家能源结构的调整,并网运行的风电规模迅速增加,对大规模风电集中并网引发相应的安全问题如何评估和解决是风电发展过程中急需解决的问题。文章结合大规模风电场集中接人后电网的调频能力、无功电压控制、电能质量等方面的影响进行分析,并提出相应的对策和建议。