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。     

混合双馈入系统对风电外送能力的提升分析

由于我国高负荷地区聚集,能源呈逆向分布,风电消纳主要以外送为主,针对风电场大量弃风的现象和高压直流输电网架的大量建设,提出了一种能够提高风电外送能力的混合双馈入直流输电系统。该系统是在传统风火联网直流外送基础上,增加风电孤岛经VSC直流外送系统,提出由短路容量比、直流最大传输功率指标与传统双馈入系统进行对比,在DIg SILENT软件中建模,结果显示了混合双馈入的优越性,最后基于故障扰动法对混合双馈入和传统双馈入的暂态特性进行对比分析,仿真结果表明混合双馈入系统能增加风电场的外送功率,故障期间VSC系统可以有效调节电网侧交流母线电压,增加LCC直流通道的外送功率。     

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。     

双馈风电场穿透功率增加对电力系统稳定影响综述

针对装有双馈感应发电机(DFIG)风电场穿透功率增加带来的稳定性问题,从小干扰稳定性、电压稳定性、频率稳定性3个方面对国内外研究现状进行了分析和总结.综述了基于电力系统稳定器、柔性交流输电技术以及高压直流输电技术的双馈风电场并网系统的改善措施.最后对该领域的未来发展方向进行了展望,指出忽略风速波动和塔影效应,缺乏定量的...     

双馈风电场经LCC-HVDC送出的次同步振荡特性研究

双馈风电场经柔性直流输电并网或经串补线路送出时均发生过次同步振荡(subsynchronousoscillation,SSO),而双馈风电场经电网换相高压直流输电(line-commutatedconverter based high voltage direct current,LCC-HVDC)送出时是否会出现SSO尚不明确,亟需开展相关研究。该文采用模块化建模方法建立研究系统的小信号模型,并将其与PSCAD/EMTDC中的电磁暂态模型进行阶跃响应对比,验证小信号模型的正确性。然后,通过特征值分析及参与因子分析研究双馈风电场和LCC-HVDC间的相互作用,并分析系统参数改变对稳定性的影响。结果显示,不存在双馈风电场和LCC-HVDC的状态变量共同参与的振荡模式,表明双馈风电场和LCC-HVDC间的相互作用不明显,不会由此导致SSO;当并网风电机组台数或输电线路长度增加时,发电机模式阻尼增强,锁相环–直流电压外环模式阻尼减弱。     

MMC-STATCOM对传统多馈入高压直流输电子系统的影响

以传统双馈入高压直流输电子系统为例,基于PSCAD/EMTDC仿真软件建立了含MMC-STATCOM的传统双馈入高压直流输电子系统。通过设置受端交流母线接地故障,研究了MMC-STATCOM的接入对传统双馈入高压直流输电子系统运行特性的影响。研究结果表明,MMC-STATCOM的接入起到了良好的补偿作用,改善了子系统的暂态运行特性;并进一步得出,MMCSTATCOM对传统高压直流输电子系统运行特性的改善与两者之间的电气距离有关,子系统距MMC-STATCOM越近,其改善效果越明显,反之,改善效果越弱。     

基于制氢协同阻尼控制技术的次同步振荡抑制研究

基于模块化多电平换流器的柔性直流输电(MMC-HVDC)技术是大规模、集群化海上风电场并网的理想解决方案.但是双馈风机(DFIG)与柔直系统之间的相互作用存在引发系统次同步振荡(SSO)的风险.针对此问题,提出一种利用制氢系统和双馈风机控制系统的协同阻尼控制器抑制海风经柔直并网引发次同步振荡的方法.首先,建立海上风电场...     

超高压直流输电技术的应用及发展

简要介绍了基于相控换流器(PCC）的高压直流输电(HVDC）技术的发展概况，以及我国直流输电的发展和建设情况，同时介绍了具有发展前号的轻型高压直流输电(HVDC light）技术。     

基于信号注入法的风火打捆经直流外送系统次同步扭振分析

随着大规模新能源的发展,风火打捆经高压直流外送是解决风电消纳问题的关键手段。与此同时,风电机群、直流输电与同步发电机组之间的次同步振荡问题日益凸显。针对双馈风电机群、直流输电与同步发电机组的动态交互问题,建立了线性化模型,研究风电机群、直流输电的动态过程对同步发电机组机电暂态过程的影响。基于附加励磁信号注入法,分析直流输送容量固定时双馈风电机群控制参数、运行风速、并网台数等因素对同步发电机组各扭振模式阻尼特性的影响规律,辨识同步发电机组轴系负阻尼扭振机理。基于时域仿真模型,验证了所提方法能够有效揭示双馈风电机群对同步发电机组轴系扭振的影响。     

轻型直流输电--一种新一代的HVDC技术

文章在阐明基于相控换流器(PCC)技术的传统高压直流(HVDC)输电技术特点及其不足后，介绍了基于电压源换流器(VSC)技术和全控型电力电子器件的直流输电即轻型直流输电的工作原理、技术特点及其应用前景，指出轻型直流输电技术将在更多的应用领域发挥积极的作用。     

Loss evaluation of HVAC and HVDC transmission solutions for large offshore wind farms

This paper presents a comparison of transmission losses for different technical transmission solutions for large offshore wind farms. Three technical solutions are analyzed, i.e. HVAC, HVDC Line Commutated Converter (LCC) and HVDC Voltage Source Converter (VSC). The losses for each technology are calculated for wind farms with different ratings and various distances to shore. In addition, solutions with combinations of two and the three different transmission technologies are analyzed and compared. Based on this comparison, further analysis regarding the economical feasibility can be performed in order to determine the most economic solutions for the transmission system of an offshore wind farm.     

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。     

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。     

A critical survey of technologies of large offshore wind farm integration: summary, advances, and perspectives

Offshore wind farms (OWFs) have received widespread attention for their abundant unexploited wind energy poten tial and convenient locations conditions. They are rapidly developing towards having large capacity and being located further away from shore. It is thus necessary to explore effective power transmission technologies to connect large OWFs to onshore grids. At present, three types of power transmission technologies have been proposed for large OWF integration. They are: high voltage alternating current (HVAC) transmission, high voltage direct current (HVDC) transmission, and low-frequency alternating current (LFAC) or fractional frequency alternating current transmission. This work undertakes a comprehensive review of grid connection technologies for large OWF integration. Compared with previous reviews, a more exhaustive summary is provided to elaborate HVAC, LFAC, and five HVDC topologies, consisting of line-commutated converter HVDC, voltage source converter HVDC, hybrid-HVDC, diode rectifier-based HVDC, and all DC transmission systems. The fault ride-through technologies of the grid connection schemes are also presented in detail to provide research references and guidelines for researchers. In addition, a comprehensive evalu ation of the seven grid connection technologies for large OWFs is proposed based on eight specific indicators. Finally, eight conclusions and six perspectives are outlined for future research in integrating large OWFs.     

Internal electrical fault detection techniques in DFIG-based wind turbines: a review

Offshore wind farms (OWFs) have received widespread attention for their abundant unexploited wind energy potential and convenient locations conditions. They are rapidly developing towards having large capacity and being located further away from shore. It is thus necessary to explore effective power transmission technologies to connect large OWFs to onshore grids. At present, three types of power transmission technologies have been proposed for large OWF integration. They are: high voltage alternating current (HVAC) transmission, high voltage direct current (HVDC) transmission, and low-frequency alternating current (LFAC) or fractional frequency alternating current transmission. This work undertakes a comprehensive review of grid connection technologies for large OWF integration. Compared with previous reviews, a more exhaustive summary is provided to elaborate HVAC, LFAC, and five HVDC topologies, consisting of line-commutated converter HVDC, voltage source converter HVDC, hybrid-HVDC, diode rectifier-based HVDC, and all DC transmission systems. The fault ride-through technologies of the grid connection schemes are also presented in detail to provide research references and guidelines for researchers. In addition, a comprehensive evaluation of the seven grid connection technologies for large OWFs is proposed based on eight specific indicators. Finally, eight conclusions and six perspectives are outlined for future research in integrating large OWFs.     

混合三端直流输电系统在风火打捆并网中的应用及其控制策略

针对大规模风电外送可靠性问题,提出风火打捆经混合三端直流输电并网系统拓扑结构并设计各换流器的控制策略。混合三端直流输电系统的发电端由两个自然换相(LCC)整流器组成,受端由一个电压源型逆变器(VSC)与外电网相连。风电场群侧LCC1换流器采用定有功功率的控制策略,可以追踪最大功率;火电厂侧LCC2换流器采用定直流电流控制策略,可以平抑风功率波动。受端换流站控制器VSC采用定直流电压和定无功功率控制策略,能有效应对换流站侧交流系统短路故障和负荷突变等工况。仿真结果表明所提控制方案的有效性。这种输电模式能够综合利用常规直流输电和轻型直流输电各自的优点,有效扩展常规风火打捆直流输电系统的适用范围。     

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。     

传统高压直流用于大规模陆上风电传输的经济可行性*

随着风电在全世界的爆发式发展,大规模风电传输成为研究热点之一。鉴于高压交流和风火打捆特高压直流等输电方案都存在其局限性,更多的传输方案有待研究。提出一种用变功率控制LCC HVDC系统传输大规模陆上风电的方案,即HVDC系统的有功功率实时跟随风功率变化,并基于一个特定案例对该方案进行了全方位的经济和技术可行性研究。为了更好地展现所提出方案的经济性,将定功率控制的LCC HVDC和所提出方案在当前和未来两套价格体系下进行了经济性比较;结果显示,在一定条件下变功率控制HVDC传输方案更具经济竞争力。     

基于组合保护方案提高DFIG低电压穿越能力的仿真分析

电网故障导致电压跌落时,大容量风电场中风机的相继切出会影响系统运行的稳定性。为保证电网安全可靠运行,风力发电机组的并网导则要求目前广泛应用的双馈感应发电机（DFIG）具备低电压穿越（LVRT）能力,即确保电网电压跌落情况下DFIG保持不脱网运行。本文在深入分析传统Crowbar保护电路的基础上,针对其不足提出了组合保护方案并给出了相应的控制策略。基于Matlab/Simulink平台建立了风电场并网运行仿真模型,仿真结果表明所提组合保护方案能够有效提高DFIG的低电压穿越能力。