双馈风电场的柔性高压直流输电系统控制

风电场采用柔性高压直流输电(voltage sourceconverter-high voltage direct current,VSC-HVDC)方式接入系统后,风电场母线电压的控制效果将影响风电场的稳定运行和受端系统的电能质量,而传统的风电场母线电压的幅相控制方式是间接电流控制方式,风电场交流侧电流动态响应缓慢且易受系统参数变化影响,从而导致风电场母线电压控制效果变差。因此有必要寻求更佳的风电场母线电压控制方案来确保整个系统的运行效果。针对双馈风力发电机(doubly-fed induction generator,DFIG)风电场VSC-HVDC的系统接入方式,分析系统各部分的动态模型,对风电场侧电压源换流器(wind farm side voltage source converter,WFVSC),依据其稳态方程设计了一种新的风电场母线电压矢量控制结构,该结构引入带有交叉乘积项的电流环,在实现电流环解耦控制的同时,可有效克服风电场接入参数变化所带来的不利影响;对电网侧电压源换流器(gridside voltage source converter,GSVSC)通过输入输出线性化设计来控制直流电压。最后通过对风电场输出功率波动、风电场当地负荷波动以及风电场系统接入侧电阻参数变化的情况进行仿真分析,仿真结果验证了该控制方案的正确性和有效性。     

新型混合高压直流输电技术在海上风电场并网中的应用

对由双馈风电机组组成的海上风电场采用混合高压直流输电技术并网时风电场内部的电压和频率控制进行了研究。混合高压直流输电系统由双桥十二脉波不控整流换流器(DBC)、模块化多电平换流器和高压直流输电线路组成。首先,通过深入的理论分析阐明当由双馈风电机组组成的海上风电场采用混合高压直流输电技术并网时,风电场内部的电压可以自动维持在一个合适的范围内并随双馈风电机组输出有功功率的变化而变化。在此基础上,设计了双馈风电机组转子侧换流器的控制器以实现对风电场内部交流系统频率的控制,同时实现了双馈风电机组输出有功功率的最大功率点跟踪。为防止岸上公共连接点发生三相接地短路故障时基于DBC的高压直流输电系统发生过电压,设计了故障时双馈风电机组的控制策略。最后,对建立的采用混合高压直流输电技术并网的海上风电场模型进行了数字仿真,仿真结果验证了理论分析的正确性和所提出控制策略的有效性。     

双馈风电场柔性高压直流输电系统的故障穿越运行控制

为了实现风电场柔性高压直流(VSC-HVDC)接入结构下的故障穿越(FRT)运行,以双馈风电场为例,构建了双馈风电场通过VSC-HVDC接入电网的数学模型,并分析了电网故障下的系统脱网机理。针对风电场设计了基于电网故障下风电场侧电压源换流器功率变化特性的故障越权控制模块,使得风电场在电网故障情况下快速减载,实现系统直流母线电压的稳定;针对电网侧电压源换流器,分别设计了直流电压外环和电流内环的故障越权控制模块,以期分别实现对故障电网提供无功支持和减少换流器的故障电流冲击。通过这些电网故障越权控制模块的配合,有效地实现了通过VSC-HVDC输电系统接入电网的双馈风电场的FRT运行能力。最后,在MATLAB/Simulink仿真平台上分别对不同的电网电压跌落故障和不对称故障情况进行仿真验证,仿真结果和对比分析都表明所提控制策略的正确性和有效性。     

海上风电场与柔性直流输电系统的新型协调控制策略

提出了一种适用于采用双馈机型的海上风电场与柔直输电系统的新型协调控制策略。接入风电场的送端换流站采用基于锁相环的定功率控制,根据风电场的有功参考值控制其有功功率输入,并且在送端换流站的有功功率控制外环中加入有功功率与直流电压平方的下垂特性来加强直流电压暂态稳定性;双馈风电机组采用同步控制,调节海上风电场交流电网的电压幅值和角度。相对于经典协调控制策略,该控制策略可以加强柔直输电系统的直流电压稳定性,对通信延时不敏感,通信成本较低。该控制策略还实现了送端交流电网故障下系统的故障穿越。文中以风电场接入基于多电平的两端柔直输电系统作为仿真研究对象,通过仿真分析验证了该协调控制策略的有效性和优越性。     

双馈风电场柔性高压直流接入下的网侧变换器改进Backstepping控制策略

为了增强风电场柔性直流输电(VSC-HVDC)接入结构的强健性,改善电力系统风电接入点的电能质量和提高电力系统风电接入能力,以双馈感应电机(DFIG)风电场VSC-HVDC接入结构为例,针对其电网侧电压源换流器(GSVSC)提出了改进的Backstepping控制策略。该策略在充分考虑实际控制运行中可能出现的交直流侧系统参数变动、交流电网电压波动以及其他不确定外界扰动的基础上,引入sign函数和有界的集总不确定量于各次递回迭代控制力设计中,以增强GSVSC运行控制中应对系统参数变动以及外界不确定扰动的能力。所提控制策略的稳定性依据Lyapunov稳定原则进行了推导证明。通过3种不同干扰模式下的仿真验证以及与同等条件下传统双闭环PI控制效果的对比分析充分表明所提控制策略是有效的。     

直流输电技术在海上风电场并网中的应用

海上风电场具有风速高、风力稳定、各种干扰少及发电量大等特点,风电场由陆地向海上延伸,是未来风电发展的大趋势。根据海上风力发电的特点,介绍和分析海上风电场采用交流输电技术、基于相控换流器(PCC)的传统高压直流(HVDC)输电技术和基于电压源换流器(VSC)的轻型HVDC输电技术的3种并网方式,说明采用后面2种HVDC并网方式的特点和应用场合,并指出HVDC应用于海上风电场并网需要研究的问题。     

双馈入直流输电系统中VSC-HVDC的控制策略

针对多馈入直流输电(multi-infeed direct current,MIDC)系统的稳定性问题,提出将基于电压源换流器的高压直流输电(voltage source converter based HVDC,VSC-HVDC)引入到MIDC系统中,用以改善MIDC系统公共连接母线的电压特性。建立HVDC和VSC-HVDC双馈入系统的物理模型,导出相应的数学模型。并通过坐标变换得出VSC功率传输方程的直角坐标形式。采用多变量非线性控制的逆系统方法,设计VSC-HVDC系统的非线性控制器。PSCAD/EMTDC 环境下的仿真实验表明,所设计的VSC-HVDC非线性控制器不仅能有效改善VSC-HVDC的动态特性,而且在交流系统发生扰动时能有效稳定系统电压,减少HVDC逆变站发生换相失败的几率,提高HVDC系统的运行可靠性。     

远距离大型DFIG风电场的混合型HVDC建模及控制

针对远距离大型双馈感应发电机(DFIG)风电场,提出了一种混合型高压直流(Hybrid HVDC)输电方式并给了出其控制策略。在该方案中,HVDC整流侧采用基于晶闸管的相控换流器(LCC),并以STATCOM作为电压支撑为DFIG提供励磁和整流器换向电压;逆变侧采用基于全控器件的电流源型逆变器(CSI),从而达到对电网提供独立无功支撑的目的。文章首先建立了DFIG风电场及混合型HVDC并网系统的动态数学模型,然后针对其中的STATCOM子系统、整流器子系统和逆变器子系统给出了相应的控制器设计方法。经Matlab/Simulink仿真验证,该系统能够顺利完成黑启动,具有精确的功率跟踪和快速的功率响应能力,还能够向电网提供独立的无功支撑。     

多馈入高压直流输电系统非线性附加控制器的设计

高压直流输电（HVDC）系统的附加控制器可以改善系统的稳定性。该文针对多馈入高压直流输电系统，应用非线性控制系统理论设计了直流系统的附加控制器。首先建立了多馈入高压直流输电系统的数学模型。然后推导出稳定控制规律，该规律考虑了2条直流系统附加控制的相互影响。最后以一个3机和2条直流联络线构成的系统为例进行了仿真研究。仿真结果表明：与传统的控制器相比，该控制器能更好地改善系统的稳定性。     

高压直流输电的现状及展望

高压直流输电由于具备了交流输电所不能比拟的优点和特殊性,使其在电力系统中逐渐得到广泛应用。输电是从直流开始的。1882年,历史上首次远距离输电实验获得成功,直流发电机发出的电力,传送到57km外的德国慕尼黑,为博览会供电。由于电压不高,那时的直流输电效率只有25％,75％的电能被消耗在输电线路上。为了减少线路损耗,必须设法提高电压,降低电流。在20世纪初,提高直流电压尚无良策,于是人们转向交流输电。变压器在那时已经研制出来,经过升压变压器．交流电压可以大幅度提升,从而提高输电效率。     

海上风电直流送出与并网技术综述

随着深远海风电开发利用的快速发展,风电直流送出与并网成为技术热点.针对风电交流汇集直流送出、低成本直流送出、多端直流送出和多电压等级直流送出技术,全面论述了海上风电直流送出技术在系统拓扑、装备、控制与保护方面的现状和存在的问题,以及研究热点和发展趋势,指出海上风电场集群共享直流集中送出是近期的主流方案,系统的宽频振荡是亟待解决的问题,使整体系统体现主导电源特征是关注的热点.为降低成本,基于二极管整流送出的技术路线具有良好的预期,但纯二极管整流送出需要风电机组的改进.海上风电多端直流并网系统的成熟依赖于低成本直流断路器和暂态控制保护技术的进步,而海上风电多电压等级直流并网系统尚缺乏直流变压器等关键装备的支撑.     

海上风电场并网控制系统建模与仿真

针对海上风电场容量大、距离远的特点,提出了基于电压源换流器（VSC）高压直流输电（HVDC）的海上风电场并网方案,分析了双端口VSC-HVDC的基本运行原理和VSC的数学模型,建立了连接风电机组侧VSC的功率控制器和连接并网侧VSC的电压控制器。为验证方案的可行性,在MATLAB/Simulink中建立了双端口VSC-HVDC的海上风电场并网模型,并模拟实际运行情况进行了仿真验证。仿真结果表明,提出的并网方案以及设计的控制系统能够实现海上风电机组的并网和稳定运行。     

双馈风电场无功电压协调控制策略

针对大型风电场并网运行的电压稳定问题,研究了双馈风电场内多无功源在时间尺度上的动态响应配合和空间粒度上的物理分布特性,提出了一种综合考虑升压站集中动态无功补偿设备和双馈风电机组的无功电压协调控制策略。该策略以在线实时监控数据为基础,采用基于过滤集合的原对偶内点法求解风电场无功电压多目标优化控制模型,能够在满足公共接入点电压控制指令的同时,使得集中动态补偿设备无功裕度更大,馈线上各风电机组的机端电压裕度更均衡。对中国北方某风电场的仿真计算验证了所提控制策略的有效性。     

一种适用于远海风电直流汇集送出换流阀的拓扑及其技术经济性分析

高压直流送出技术是大规模、远距离海上风电开发的重要手段,送出换流阀是其核心装备。基于模块化多电平换流器(MMC)的交流汇集送出换流阀存在成本高、体积和重量大等问题,海上平台工程建设成本高,而基于直流变压器(DCT)的直流汇集送出换流阀有望解决这一问题。首先,通过分析直流汇集送出换流阀的技术特征和可行的拓扑结构,明确了采用容性能量转移型直流变压器(CET-DCT)构成直流汇集送出换流阀,具有成本低、体积和重量小、效率高等特点。然后,进一步将CET-DCT拓扑改进为适用于工程应用的双极拓扑,介绍了所提拓扑的基本工作原理,并搭建了仿真模型和实验平台,仿真结果和实验结果充分验证了拓扑的可行性。最后,与基于MMC的交流汇集送出换流阀拓扑综合对比表明,基于CET-DCT的直流汇集送出换流阀技术经济性更好。     

适用于高压直流传输的海上直流风电场内网拓扑的比较分析

随着海上风电的发展,直流风电场及其合适的内网拓扑正得到更多的关注。在缺乏实际工程可供参考的情况下,借鉴已有的大型海上交流风电场的经验,拟定可信的海上直流风电场工程算例。从损耗、经济性、可靠性3项经济技术性指标,对适用于高压直流传输的直流风场内网4种不同拓扑结构进行定量的比较分析。分析结果表明,串-并联型和并-串联型内网拓扑可能是未来适用于高压直流传输的海上直流风电场的选择。     

柔性直流输电——适用于风电场的电力传输新技术

阐述了柔性直流输电基本原理和特点,以及在风电场并网运行中的应用。分析了柔性直流输电的拓扑结构,在此基础上建立了柔性直流输电系统的暂态数学模型,推导了电压源换流器控制量与被控量之间的对应关系,并据此设计了非线性解耦控制器,实现输送有功、无功功率的解耦控制。最后通过Simulink仿真模型的建立和对直流短路故障的分析,验证了所建立的仿真模型以及控制方式的正确性和合理性,为进一步研究柔性直流输电在风电场电力传输中的应用奠定了基础。     

基于DC-GRID的海上风电场控制策略研究

提出了基于直流传输的海上风电场系统的控制策略,同时建立了基于DC-GRID的海上风电场系统模型。系统由永磁同步风机机组、离岸全桥直直变换器、岸端逆变器组成。各个永磁同步风电机组分别并联在高压大功率全桥DC-DC上,由升压后经过直流传输到岸端VSC之后,经逆变到适合交流电网传输的电压后并网。控制策略以及系统模型由MATLAB/SIMULINK仿真验证。     

大规模双馈风电场次同步谐振的分析与抑制

已有的运行经验表明,风电场接入含有固定串补的系统时,存在诱发次同步谐振(SSR)的风险.因此,有必要对风电场发生SSR现象的机理做深入分析,以便提出相应的抑制措施.文中首先根据国内某地区风电场的实际参数建立了应用于SSR分析的等值模型,通过仿真呈现了该模型发生SSR的情形;然后,利用特征值法分析了风速、并网风力发电机台数以及双馈感应发电机(DFIG)控制参数等对系统SSR频率和阻尼特性的影响;并进一步推导了等值模型用于SSR分析的等效电路,详细分析了风速、发电机台数和DFIG控制参数等影响SSR特性的机理;综合所有的分析指出,风电场的SSR现象与轴系扭振无关,是一种特殊的电气谐振.最后,提出了抑制风电场SSR的方案,并通过仿真和特征值分析进行了验证.