格式网模式的风光储集电网规模优化方法

风光储发电系统的特点是集电网支路接入电源数量多,放射状和链状集电网的分支线路首端发生故障,导致大量电能损失。为了提高风光储发电系统的可靠性,提出采用格式网模式的配电网构建风光储集电系统,在此基础上,建立了考虑电量效益和电缆成本约束的集电网规模优化模型,以及基于遗传算法理论的格式网集电网规模优化算法,研究了格式网模式的风光储集电网的集电规模及电量效益等问题。通过研究和算例分析,证明了格式网模式的集电网汇集的优势,以及优化模型及算法的有效性。     

海上风电场集电网的高频谐振分析

大型海上风电场已经成为风力发电的发展趋势,海上风电场集电网采用电缆线路汇集电能,电缆相间电容和对地电容不可忽略,集电网的阻抗网络复杂多变,存在与风电机组阻抗交互作用进而发生高频谐振的风险,威胁到风电场的安全稳定运行。针对这一问题,构建集电网的阻抗网络,将风电场集电网等效为风电机组子系统和剩余等效风场子系统,进一步揭示了高频谐振发生的机理,研究了电缆参数、场内链式电路数量、风电机组接入台数和电网阻抗与互联系统谐振频率的变化规律。以某海上风电场系统作为研究对象,利用MATLAB软件和基于RT-LAB的控制器硬件在环仿真对该风电场进行分析,验证了理论分析的正确性。     

计及集电线路和内部损耗的风电场模型分析比较

风电的接入会改变电网原有的潮流分布而对电网电压稳定性产生影响。潮流计算作为风电接入系统研究的基础,为得到其计算结果的准确性而建立风电场稳态模型具有重要的意义。以往的风电场系统潮流计算都是把整个风电场等效为一个风机处理,并没有详细讨论风电场内部的电网结构,潮流计算无法深入到风电场内部。在DigSILENT / PowerFactory中建立了改进的潮流计算模型,充分考虑了由双馈异步发电机组成的大型风电场的集电系统以及风电机组间电缆的功率损耗对稳态潮流计算的影响。     

考虑复杂尾流效应和连接电缆故障的风电场可靠性建模

通过分析复杂地形下风电机组间的部分遮挡尾流影响,建立了考虑复杂地形情况下的部分遮挡尾流效应计算模型;在考虑风电机组的功率输出特性、复杂尾流效应和风电机组停运的基础上,特别考虑了风电机组间连接电缆故障对风电场可靠性的影响,提出了计及连接电缆停运的风电场可靠性模型。运用威布尔分布模拟风速,对风电机组和连接电缆故障进行序贯蒙特卡洛抽样仿真,利用MATLAB编写相应程序进行算例分析,结果表明复杂尾流效应模型能够相对准确地描述风电机组间尾流影响,计及连接电缆停运的风电场可靠性模型提高了原有风电场可靠性模型的精确性。     

基于VSC-HVDC并网风电场的低电压穿越技术研究

VSC-HVDC系统应用于大规模风电集中并网、远距离输送时,要解决电网故障时风电场的低电压穿越(LVRT)问题。为此,提出VSC-HVDC系统与风电场的协调控制策略。低电压穿越期间,通过HVDC两端变流站对电网提供无功支持并采用基于频率控制的快速功率降低算法控制风电场馈入功率,维持直流线路功率平衡。同时,提出风电机组分层控制,使之与HVDC功率控制相协调,保持风电机组的电压稳定。VSC-HVDC系统与风电场间无需通信连接,无需增加设备投资,具有较好的经济性。最后,算例仿真结果验证了该控制策略的快速性和有效性。     

海上风电场交流并网谐波谐振放大机理分析与治理

由于相同电压等级下电力电缆的电容效应比架空线路大出20倍以上,使得一般在陆上风电场并网中并不严重的谐波谐振放大问题,在海上风电场并网中可能会变得十分严重,为此研究了海上风电场并网引起的谐波谐振放大问题及其治理原理.首先,对海上风电场并网时的谐波谐振放大机理进行了分析,从原理上给出了治理的技术途径;然后,以某海上风电并网实际工程为研究案例,分别建立了海上风电电网和陆上电网的谐波模型,包括电缆、变压器和风电机组的谐波模型以及超高压大电网的等效谐波模型和低压配电网的等效谐波模型,并根据所建立的谐波模型分析了发生谐波谐振放大的原因,提出了解决谐波谐振放大问题的治理方案并进行了验算;最后,对海上风电场并网引起的谐波谐振放大问题的机理和治理原理进行了总结.     

含双馈机组风电场备用电缆位置和容量优化方法

链状结构风电场中电缆故障后,故障串部分风电机组将被迫停运。在两串末端增加备用电缆,可以为故障下游风电机组提供输电通道,但对非故障串电缆容量要求较大,利用率低。文章提出一种备用电缆位置和容量优化方法。首先定义最小路矩阵,评估随机风速/电缆故障时风电场输出。根据备用电缆位置对风电场分区。提出有限容量模型解决故障串输电优先性顺序,以确定备用电缆最佳位置。然后引入双馈感应发电机(doubly-fed induction generator,DFIG)稳态约束,采用主从分裂算法,求解风电场潮流。以利用率和成本为目标,提出备用电缆容量的优化模型。最后给出算例分析结果,验证所提方法的有效性。     

大型海上风电场风机微观选址与集电系统联合优化

海上风电开发已经成为我国可再生能源开发的重点内容之一。在海上风电场的开发与建设中,风机的微观选址关系着风电场中所有风机的发电效率,而集电系统承担汇集风机发出的风电功率并外送至陆上电网的重要任务,两者在成本与发电收益上存在相互制约与相互影响的关系。为了获得海上风电场更大的发电收益,文中提出了一种风机微观选址与集电系统双层联合优化方法;上层采用遗传算法进行风机微观选址优化,下层采用蚁群算法(ACS)实现集电系统拓扑结构优化。案例分析结果表明,风机微观选址与集电系统联合优化方法兼顾了风电场长期总发电效益与集电系统的投资成本,具有更高的经济性。     

考虑风电出力概率分布的电力系统可靠性评估

由于风电出力的波动性,大规模风电并网会对电力系统的可靠运行带来影响。基于风速威布尔分布和单台风电机组功率特性,建立了考虑机组强迫停运率的风电场可发出力概率模型,模型能够反映风电场出力的随机性。同时,研究了电力系统可靠性指标随风电场可发出力的变化趋势,在此基础上,考虑到传统单一可靠性指标的不足,对含风电场电力系统的可靠性指标概率分布情况进行研究,求得风电场接入电网产生的风险价值和条件风险价值指标,为风电场的规划和运行提供基础。     

考虑不确定性和无功需求的风电场群接入系统协调规划方法

风电功率由于其随机性和波动性,接入系统后对于主网潮流分布有着较大影响,且大规模风电场大多距离接入点较远,功率汇集后并网有着较大的无功需求,因此风电场不同接入方案对电网运行安全性和投资建设经济性影响显著.传统直流规划模型无法计算系统无功潮流及功率损耗,也无法将主网母线电压及汇集站节点电压进行有效约束,规划结果精确度差甚至某些情况下可能产生不可行方案.文章统筹考虑风电场直接并网和经汇集站汇集后并网的不同并网方式,以经济性最优为优化目标,提出一种风电场集群接入系统协调规划的混合整数二阶锥规划(MISOCP)模型.该模型采用交流潮流模型,可有效计及风电并网功率与系统有功、无功潮流及线路损耗、节点电压之间的耦合关系.利用随机优化方法,通过考虑基础场景与随机场景来平衡风电出力随机性带来的经济性和安全性问题,规划方案更加经济灵活.最后通过算例分析验证了所提出模型和方法的有效性.     

电网电流不对称引起大规模风机跳闸原因分析

随着风电场规模的不断扩大,深入研究风电场与电网的相互作用成为进一步开发风电所必需的工作.以双馈异步风力发电系统为研究对象,着眼于并网风电场与电网之间的相互影响,测量风电场并网运行中的电能质量数据,分析甘肃境内某风电场(M风电场)由于电网电流不对称故障引起大规模风机跳机的情况.实践证明,通过调整风机及变频器参数可有效排除风机跳闸故障,保障风电场安全、稳定运行.     

风电接入对电网电压的作用机理

鉴于风电场并网运行对电网无功电压的影响很大,首先分析了风电场并网运行时对风电场以及电网的电压产生的影响机理,探讨了风电功率因数与电网电压波动的关系,并通过实例仿真验证了风电场电压与风电出力、功率因数之间的相关性。由此指出了风电场无功电压控制和无功补偿配置方面的一些对策和建议,要求风电场通过足够的无功补偿配置和无功电压控制策略将其高压母线电压控制在110.0～117.7 kV。     

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。     

大容量风电场接入后电网电压稳定性的计算分析与控制策略

由于风电场容量较大,并位于电网末端,可能会对电网的电压稳定性产生较大的影响。为保证风电场投入后的安全,按大干扰下风功率的转换特性及异步发电机的运行特性建立了风电场与相关电网的数学模型,计算了风电场与相关电网发生短路故障后的电压稳定性。通过数值仿真计算,揭示了风电场接入导致电网电压稳定性被破坏的机理,指出机组转速是影响风力机和异步发电机这两个能量转换器工作特性的关键参数,控制风电场内风机的速度增量是保持大容量风电场接入后电压稳定性的关键,靠近故障点的风电单元容量、故障点位置和故障持续时间是影响短路后电压稳定性的主要因素,并提出了大容量风电场接入后保证电网电压稳定性的策略与措施。     

考虑抑制DFIG机群脱网的风电场无功补偿配置新方法

随着大规模风电并网,电网故障情况下风电机群连锁脱网事故严重威胁电网安全稳定运行。为此,从抑制DFIG机群脱网的角度,提出了一种考虑抑制双馈异步风力发电机（doubly-fed induction generator,DFIG）机群脱网的风电场无功补偿配置新方法。该方法首先以风电场为中心进行无功平衡初步分析,通过无功需求和有功传输之间的定量关系,确定风电场所需要配置的低压电抗器组和低压电容器组容量。然后通过不同负荷方式下风电出力波动和线路N-1运行时的风电场母线电压无功分析,校核初步配置方案对系统静态安全的适应能力。最后,在分析电网故障情况下DFIG机群无功需求特征基础上,通过加入一定容量的静止同步补偿器（static synchronous compensator,STATCOM）来抑制机群脱网,从而使无功补偿方案能满足系统安全运行的要求。该方法已应用到了某省网大容量风电接入220 kV的无功配置专题研究中,在经济和技术上是可行的和有效的。     

66 kV交流接入海上换流站方案的技术经济性

为探究66 kV接入海上换流站与传统的35 kV升压220 kV接入海上换流站的技术及经济性对比,以中国南海某风电场接入工程为例,分析66 kV交流直接接入海上换流站与传统的35 kV升压220 kV接入海上换流站两种方案在功率损耗、一次电气设备投资等方面的差异,综合对比,得出66 kV交流接入方案具有更好经济性的结论。随着中国海上风电的发展,66 kV交流接入方案在降低海上风电柔性直流系统建造成本和推动技术创新性方面,均表现出了很好的技术优势。     

多端多电平柔性直流系统在海上风电场中的应用

针对交流输电技术和传统直流输电技术在海上风电场应用中的不足,以及保障岛上负荷正常供电的要求,提出了多个海上风电场及岛上负荷经多端多电平柔性直流系统并网的策略。建立了d-q旋转坐标系下的VSC-HVDC数学模型,并且设计了各换流站的控制策略。仿真结果表明,风电场经多端直流系统与陆上电网实现了互联,风电场发力不足时功率反转,即陆上电网向岛上负荷供电,保障了岛上负荷的正常供电。该并网方式灵活可靠,是海上风电场及岛上负荷与陆上电网的最优联接方式。     

考虑风电场影响的地区电网孤网运行分析

针对地区电网中大规模风电场可能引起的稳定问题,在PSS/E中建立了含大规模风电场的66 kV及以上等级电网模型,分析了有无风电场出力,以及极端情况导致的地区电网孤网情况的暂态稳定性。仿真结果表明,风电场规模较大时,会影响地区电网的频率恢复。孤网情况下瞬时切除风电场,将导致地区电网电源不足,可通过切除部分负荷的措施保证电网稳定。     

应用SVC提高风电场接入电网的电压稳定性

风电具有随机性和间歇性,较大规模风电场的接入会对电力系统稳定性产生较大影响。研究静止无功补偿器(SVC)在风电并网过程中的应用,以某地区多个风电场接入本地电网为背景,分析在重要负荷点安装SVC的效果。仿真结果表明,SVC能改善不同风电场出力情况下系统电压质量,提高风电送出能力和电网暂态电压稳定性。