全功率变速抽水蓄能机组无功优先控制策略研究

全功率变速抽水蓄能机组具有功率快速可调、响应速度快、有功无功独立解耦的优点,可为电网运行提供调峰、调频、无功电压支撑、需求侧响应等多种服务,是现阶段抽水蓄能技术发展的主要技术方向之一。但受变流器过流能力限制,全功率变速抽蓄在任何时候的最大电流不能超过变流器过载能力。而电网侧在故障期间及故障恢复期间对有功、无功的需求有所不同,本文比较了变速抽蓄机组的几种有功、无功电流分配策略,提出了变速抽蓄机组的无功电流优先控制策略可满足弱电网在故障期间对无功电压的需求。最后通过变速抽水蓄能机组在实际电网中的仿真分析,验证了该策略的正确性。     

全功率变速抽水蓄能机组快速功率模式小信号建模

小信号建模是全功率变速抽水蓄能机组(FSC-VSPSU)稳定性量化分析与多控制器参数优化的基础.由于变流器响应时间尺度为毫秒级、水轮机系统响应尺度为秒级,因此,采用快速功率模式的抽水蓄能机组在发电状态下的稳定特性在很大程度上受制于水轮机特性.针对常用经典水轮机模型不能准确反映抽水蓄能机组运行特性的问题,提出了计及初始运...     

全功率驱动的异步风电机组的控制策略研究

通过全功率PWM变流器并网的笼型异步风力发电机组(the Full Rated Converter Induction Generator,FRC - IG),以其低成本、高可靠性和易维护的特点引起了人们的关注.在分析笼型异步风电机组数学模型的基础上,对全功率PWM变流器的控制策略进行了研究,给出了基于转矩给定的最大功率跟踪控制策略,通过对电磁转矩的调节间接控制发电机转速来跟随最大功率曲线.网侧变流器采用并网电压控制策略,根据并网电压的幅值来调节无功功率抑制电网电压的波动,在保证风电机组安全运行的同时降低了机组并网对电网的影响.仿真结果表明所采用的控制策略能很好地实现风电机组的最大风能跟踪,降低并网点电压波动.在电网电压故障期间,并网电压控制策略还可以有效地提高机组的低电压穿越能力,保障风电机组稳定运行.     

全功率变速抽水蓄能机组控制策略与调节特性

全功率变速抽水蓄能机组协调控制中通常采用变流器控制机组功率、调速器控制机组频率(转速)的快速功率控制,其忽视了对机组频率安全与效率的影响,且控制模式单一。分析了机组多控制模式振荡特性和功频响应特性,提出了机组发电工况快速频率控制与快速功率控制相结合的协调控制策略,以及水泵工况定导叶开度变转速控制策略。设计了常规试验与性能优化试验结合的变速工况调试方法并应用于我国第一台全功率变速抽水蓄能机组启动调试中,验证了控制策略和调试方法的有效性。现场测试结果表明,调速器和变流器控制不协调易引发机组振荡,采取所提协调策略后机组安全高效运行,且具备百毫秒级的有功、无功快速调节能力。     

全功率笼型异步风电系统低电压穿越控制策略

随着风电装机容量不断扩大对风电场的低电压穿越能力提出了更为严格的要求,而传统的笼型异步发电机组本身并不具备低电压穿越能力。本文针对全功率变流器的笼型异步风电机组,在深入研究该机组的运行特性和控制策略的基础上,分析了电网电压跌落过程中引起全功率变流器直流侧电压波动的原因,提出了一种基于功率跟踪优化和网侧无功优先输出的控制策略。在电网电压跌落时,该控制策略根据网侧变流器的功率变化切换功率跟踪曲线以减少发电机的有功输出,抑制直流侧过电压。同时,根据国网公司并网技术规范要求,电网无功电流以及电网电压的跌落深度时迅速向电网提供无功,提升电网电压。仿真结果表明该控制策略可以有效抑制直流侧电压的波动,提高了笼型异步风电机组的低电压穿越能力。     

永磁直驱风电机组低电压穿越时的有功和无功协调控制

为提高基于全功率变流器并网的永磁直驱风电机组低电压穿越能力,在深入研究该风电机组运行特性和控制策略的基础上,分析了电网电压跌落过程中引起全功率变流器直流侧电压波动的原因,提出了一种采用机侧变流器控制直流电压稳定,网侧变流器实现最大功率跟踪和有功无功协调的新型控制策略。在低电压穿越过程中,该控制策略根据变流器直流侧电压的变化,通过机侧变流器调节风力发电机的电磁功率,使电网故障期间风电机组的功率波动由发电机转子承担,消除全功率变流器两端的功率不平衡,稳定直流侧电压。并根据电网电压幅值,通过网侧变流器实现对风电机组输出有功和无功的协调控制,抑制电网电压扰动。仿真结果表明本文所提控制策略在电网电压扰动时能有效抑制直流侧电压波动,使永磁直驱风电机组的低电压穿越能力得到显著提高,并能有效实现对电网电压的支持。     

全功率变速抽水蓄能机组水泵模式建模及运行特性研究

全功率变速抽水蓄能机组（FSC VSPSU）能够为电网提供快速、灵活的调节容量,助力新能源为主体的新型电力系统快速发展,其应用逐渐广泛。为掌握实际FSC VSPSU在水泵工作模式（抽水）时的运行特性,以及分析工程现场所出现的实际问题,建立了FSC VSPSU水泵模式下的仿真模型。此外,FSC VSPSU在水泵模式时通常采用直接开度控制方法,对抽水功率无法精确控制,通过外加功率控制环,就能够很好地控制抽水功率,可补充作为机组的另一种控制方法。通过仿真FSC VSPSU在直接开度控制以及外加功率控制环两种方式下的运行,总结了其运行特性,为实际FSC VSPSU现场运行提供仿真工具以及运行调试指导。     

全功率变流变速抽蓄机组水泵入力调节特性

基于全功率变流器的变速抽水蓄能机组具有调节范围广、控制性能优等特点，是全球抽水蓄能行业研发的前沿技术，相关精细化数值模型亟待建立，水泵工况入力调节动态特性及调节指令优化亦亟待研究。本文运用MATLAB/Simulink构建了全功率变流变速抽水蓄能电站水-机-电系统耦合的过渡过程数值仿真模型，建立了基于功率反馈的机组入力调节控制策略，并通过数值仿真，揭示了全功率变流变速抽水蓄能机组的能量转换特性，对机组在水泵工况入力调节时的动态特性进行了研究。结果表明：当入力减小时，机组的入力调节速度和主要参数的超调量与功率指令变化速率呈正相关，但超过一定变化速率之后该影响逐渐降低。本文可为我国全功率变流变速抽蓄机组的未来实际投运提供技术支持。     

交流励磁抽水蓄能机组暂态特性仿真分析

不同于常规抽水蓄能机组,基于交流励磁电机的抽水蓄能机组可实现变速,具有提高机组工况运行效率和增强系统暂态运行稳定性的优点。本文通过建立其仿真模型,重点对其负荷扰动特性及电网侧故障的暂态特性进行仿真分析,为该机组的实际应用提供理论支撑。首先,结合交流励磁抽水蓄能机组运行特点,根据可逆水泵水轮机运行模式;分别建立了水轮机模式和水泵模式下的数学模型;结合交流励磁电机的数学模型,建立交流励磁抽水蓄能机组的联合仿真模型。其次,结合可逆水泵水轮机和交流励磁控制策略,给出了交流励磁抽水蓄能机组发电工况采用功率励磁、电动工况采用转速+功率励磁的系统控制框图。最后,基于Matlab/Simulink仿真平台搭建系统仿真模型,并对交流励磁抽水蓄能机组发电、电动工况下负荷扰动特性以及电网侧故障的暂态运行性能进行仿真分析。     

电网不对称故障时全功率变流器风电机组控制策略

电网导则要求并网风电机组在电网电压在一定范围内瞬间跌落时不脱网运行.为满足这一要求,研究了全功率变流器风电机组在电网故障时的运行特性.建立了不对称电网故障下网侧变流器的数学模型,分析了正、负序双电流控制策略存在问题的原因,提出了一种直流侧采样电压带变频陷波函数的双电流控制策略,并针对电网频率波动的情况加入锁相环对陷波器...     

大规模新能源经张北柔直孤岛送出的虚拟频率研究

大规模新能源经柔性直流送出为解决新能源并网消纳提供了一种新的思路,但是在不加任何附加控制的情况下,新能源的有功波动会经过柔直全部传递到受端电网。为了解决新能源经柔直并网的有功波动问题,文中针对张家口地区的大规模新能源发电经张北柔直换流站孤岛送出系统的风电运行数据进行分析,得出该地的风电短时波动特性。同时在孤岛换流站的电压-频率(VF)控制基础上,设计换流站虚拟频率控制策略,与新能源发电一次调频(PFR)控制一起实现孤岛换流站的功率波动自主抑制功能。最后搭建大规模风电经单端柔性直流孤岛送出系统仿真平台,仿真结果证明,在风机运行状态正常的前提下设计的虚拟频率及一次调频控制方案可以,较好地实现孤岛换流站功率波动抑制。     

双馈风力发电机组低电压穿越试验与分析

在分析双馈风力发电机组主控系统、变流器、变桨机构协同控制的基础上,提出了通过调整叶片的桨距角,减少风能的捕获,防止机组超速的变桨机构控制策略及电网电压恢复后快速、稳定恢复有功功率输出的功率给定策略。110 kW小功率试验台模拟试验及2MW双馈风电机组低电压穿越测试说明,控制策略能够满足不同风况下,双馈风电机组低电压穿越过程中转速及功率恢复的控制。     

应用于混合储能的组合级联式多端口变流器拓扑结构研究

针对光伏等可再生能源发电的间歇性和功率波动问题,提出一种新型的用于混合储能的组合级联式隔离型多端口变流器拓扑结构及其控制策略。该装置由蓄电池组、超级电容器组、多端口隔离半桥DC/DC变换器和级联式H桥DC/AC变换器组合而成。首先对该拓扑的工作原理进行了分析;然后结合相应的控制策略,通过滑动平均滤波算法将外界给定目标功率指令在各储能单元之间进行合理分配,并在PLECS上搭建了基于该装置的光伏电站并网模型进行仿真;最后,结合仿真结果和实际工程案例对该装置可带来的经济效益进行了定量分析。结果表明,所提出的混合储能拓扑结构可有效结合超级电容器功率密度高、响应速度快,和蓄电池能量密度高、适用于平抑长周期缓慢功率波动的特点,提高了间歇式电源并网运行的电能质量和可调度性,同时避免了蓄电池频繁充放电,显著延长了电池使用寿命。该装置可用于基于蓄电池-超级电容器混合储能(BSHES)的大功率储能电站,实现平滑可再生能源发电输出功率波动和微电网中的调频调压功能,模块集成度高,可实现模块化生产,具有广阔的应用前景。     

基于表达谱的时间粒度自适应调度模式

随着可再生能源渗透率不断提高,常规火电机组小时级日前调度可能因可再生能源的波动而不再适用。为此引入粒计算理论,定义并分析了风电、负荷时间序列的信息粒度表达谱,同时提出了一种基于表达谱的时间粒度自适应调度模式。该模式提供了调度时段内包含多种时间粒度的火电机组启停和出力安排,以更好地适应净负荷变化。首先,建立了电力系统信息粒子,并在分析表达谱中粒子变化规律的基础上,采用Ward法实现功率-时间粒子的横纵方向双层粒化,形成典型电力场景和自适应时间粒度,以此设置火电机组自适应运行模式。其次,利用双重粒子群方法对5,15,30,60 min时间粒度下的调度模式进行机组组合和经济调度模型的双层求解。最后,以改进IEEE 39节点互联区域测试系统为例,验证了所提调度模式的合理性和有效性。     

模块化多电平储能单元改善并网风电场稳定性研究

由于风能的随机性,风电场存在输出功率和连接点电压波动的问题,为提高风电并网稳定性,提出一种基于模块化多电平变流器(modular multilevel converter,MMC)拓扑和超级电容结合的储能单元结构。利用拟合函数建立风机数学模型,分析了基于异步发电机风电系统的运行特性;利用逆系统方法将MMC变流器等效电路模型进行线性解耦,对于解耦后子系统设计了以平滑有功功率和稳定接入点电压为目标的控制器。在Matlab/Simulink中搭建了在随机风波动时的仿真模型。仿真结果表明,基于MMC和超级电容的储能单元具有快速的有功和无功补偿能力,电网吸收的有功功率维持恒定,接入点电压稳定在额定值,从而降低了风速变化对电网的冲击,提高了风电并网的稳定性。     

分布式可再生能源发电系统研究

为研究太阳能、风力等可再生能源的互补发电,提出了基于直流总线的小规模分布式发电系统的实验平台。该平台由太阳能发电、风力发电、蓄电池、飞轮、公用电网并网和负载等6个单元构成。各单元仅通过直流总线联接,自主控制。发电系统可在独立和并网两种运行模式之间在线自动平滑切换。其中,风力、太阳能发电单元成功实现了最大功率点追踪控制,飞轮单元有效补偿了直流总线电压的高频波动,电池单元解决了负载和发电单元之间的电力供需矛盾,并网单元解决了负载和发电系统之间的电力供需矛盾。通过实验验证,该发电系统在两种运行模式以及在运行模式切换时均能稳定、可靠地工作,直流总线的电压稳定在325～375V之间。     

带储能的双馈风力发电系统控制策略

提出了一种将储能装置接入传统双馈风力发电系统背靠背变换器直流侧的新型双馈风力发电系统,通过对已有的背靠背变换器实施功率控制策略,可以有效地抑制风速随机化引起的风力发电系统并网点输出功率的波动。在分析系统构成及功能的基础上,提出了背靠背变换器相应的功率控制策略,并根据所建立的新型双馈风力发电系统的控制模型,在EMTDC/PSCAD仿真环境以及3kW双馈风力发电系统实验平台下进行了详细的研究和分析。研究结果表明,在风速波动的情况下该系统能够按照优化控制策略得到平滑的功率输出,实现风速的去随机化过程。     

基于柔性直流互联的抽水蓄能与可再生能源协同运行策略

为了抑制大规模可再生能源的并网波动,提出一种适用于含抽水蓄能电站与可再生能源发电系统的多端柔性直流输电协同运行策略。该策略根据多端柔性直流输电系统的直流电压波动情况,在可再生能源发电系统利用直流输电系统并网之前,通过调整抽水蓄能机组的运行速率以及计划输出功率,减少其实际出力与预测出力偏差,从而降低可再生能源输出功率波动对交流系统带来的影响。通过建立由互联抽水蓄能电站、风力发电场、光伏发电站和交流电网组成的四端柔性直流输电系统进行仿真,验证了所提控制策略的有效性。     

离网风力发电系统的飞轮储能装置

在飞轮储能系统(FESS)中,通过带双向功率变换器的电机可将飞轮储能的机械能转换成电能。无论何时从中等功率到大功率(kW~MW),在短时间内(几秒钟、几分钟)需要大量(几十万个)充/放电周期的情况下,FESS都是能适用的。FESS充电状态的监视简单可靠,飞轮的材料、电机的型式、轴承的型号以及密封的气体全部加在一起,决定着FESS的能量效率(>85%)。此外,本文还提出了离网风电系统(IWPS)的模拟,该IWPS由风轮发电机(WTG)、用户负荷、同步电机(SM)和FESS组成。模拟结果充分显示,FESS有效平抑了风电功率的波动与负荷的变化。