有大规模风电场接入的电力系统在线紧急协调电压稳定控制

研究了大规模风电场接入输电系统后对并网系统暂态电压稳定性的影响以及如何通过在线协调控制提高系统电压稳定性。基于大规模风电场的弱连接、不可控性、不确定性等特点,提出了基于第三类控制和多代理信息系统的在线紧急协调机制,基于该协调机制对系统中控制装置实施紧急在线协调,使其能够有效应对大规模分布系统对并网系统电压稳定性的影响。通过一个示例系统表明,在风电场功率变化较大时,通过在线协调紧急控制机制对区域内部和邻近区域的有效协调控制,能够有效提高系统的电压稳定性,验证了该协调机制的可行性。     

大规模风电并网无功电压协调控制策略研究

本文开展了大容量、集团式风电场接入输电网的协调电压控制方法研究。针对双馈风电机组(DFIG)的无功电压控制方式,提出了考虑运行约束的风电机组及风电场无功调节能力计算方法,并提出了基于电压控制器和控制任务协调分配的风电场电压控制策略,使风电场相对电网整体表现为可控电压源;进一步,基于危险节点等值模型,选择控制节点和构建风电网系统协调电压控制模型,并通过在线求解简单的优化问题确定控制量;基于此提出了风电场并网的电压协调控制系统方案,使并网DFIG风电场参与电力系统电压控制。基于典型系统的仿真结果表明,该方案能充分利用系统中的电压支撑能力,提高系统的电压稳定性,能适应风电并网系统在线电压协调控制的要求。     

多控制区多无功源协调的风电集群电压控制

通过分析风电集群并网接线的特点,针对风电并网造成电网无功电压问题,文中提出了多控制区多无功源协调的风电集群电压控制体系。在正常、警戒和紧急多控制区下,调度主站实现区域支撑下电厂/直控变电站/风电场的连续型和离散型不同无功源的协调控制,构建快速调制的电压控制体系,在系统层次进行无功的优化分配;风电场子站实现基于SVC/SVG无功备用快速响应的无功控制策略,结合风电场多种无功源不同控制响应特性,进行快速响应迟滞协调的控制,降低风电场自有波动性和间歇性对电网的影响。实际系统应用表明,该控制体系能有效抑制电网电压波动,降低风电集群脱网的风险。     

基于储能系统的风电场无功功率优化控制研究

提出了一种基于储能系统的双馈风电场无功功率协调控制策略,该控制策略根据并网电网的实时运行状态和控制要求,确定风电场和储能系统的运行模式,并进行各种运行模式对应的并网电网的无功功率需求指令的整定计算。在此基础上,通过分析由双馈机组组成的风电场的实时无功调节能力,同时考虑储能系统的调节容量,确定无功功率指令在储能系统、风电场和外部电网的三级协调分配策略,包括储能系统、风电场和外部电网的一级分配原则,风电场各机组之间的二级分配原则和单台风电机组定子和网侧变换器之间的三级分配原则。实际仿真算例表明,所提策略能够充分发挥储能系统和风电场的快速无功调节能力,有效提高并网电网运行效率和并网电网的电压稳定性。     

考虑海缆充电功率的海上风电场无功补偿协调控制策略研究

针对海上风电场的特点,研究其有效利用风电机组无功调节能力的无功补偿协调控制策略。海上风电场并网的电压稳定性分析主要分为两个方面:海缆充电功率对并网系统电压稳定性的影响;如何有效地利用风机无功调节能力来改善系统的电压稳定性。针对上述问题,首先利用灵敏度分析法及Q-V曲线法分析了海缆充电功率对海上风电场并网系统电压薄弱点的影响,并分析出最薄弱点为海缆末端母线;其次,选择STATCOM作为海上风电场无功补偿设备,并对双馈风机两侧变流器及STATCOM的无功控制环节进行研究;最后,提出以海缆末端母线电压为控制目标的三者无功协调控制策略,从而更为有效地利用风机自身的无功能力,显著减小STATCOM的安装容量。通过软件DIg SILENT建立CIGRE B4-39标准风电场并网系统,利用此系统进行暂态故障仿真分析,验证该无功协调控制策略的有效性。     

计及风电场静态电压稳定性的VMP系统无功电压控制策略研究

随着规模化、集群化风电基地的初步建成,风电作为一种清洁高效的能源得到了快速的发展,但短时间内大规模风电场集中接入电网,给电网的功率平衡带来扰动,造成了电网电压的不稳定。针对风电场并网后的电压控制问题,研究了大规模风电场并网的静态电压稳定机理。并在现有调压手段的基础上,通过适时调整风电机组无功出力,升压站变压器抽头以及调无功补偿装置,进一步提出了基于分层管理的无功功率/电压控制策略,并将该策略嵌入到风电场电压/无功自动管理平台(VMP)。通过新疆某地区风电场现场试验发现,该控制策略能够改善低电压穿越期间无功表现,提高风电场无功电压的稳定性,同时避免了功率振荡的产生。该研究结果可以为风电场无功电压协调控制的理论研究和工程实际提供参考依据。     

基于分层MPC的风电场电压协调控制策略研究

针对弱连接并网风电场电压稳定性易受风功率波动影响,提出了一种基于分层模型预测控制(MPC)的风电场电压协调控制策略。首先,建立自适应调节层,根据风电场无功补偿能力以及有功预测信息对并网点电压进行预测,实现对并网点电压的自适应调整。其次,建立无功分配层,通过计算风电机组在无功补偿中所需要的无功容量,根据不同风电机组的无功裕度对其无功出力进行分配。最后,根据跟踪控制层的反馈信息对电压控制的误差进行修正,从而达到对弱连接并网风电场无功电压的有效控制。仿真结果表明:提出的无功电压控制策略实现了对无功输出的自适应调整,并可有效地解决风电场存在的无功缺额问题;保证了在多种情况下的风电场并网电压控制的稳定性;通过分层MPC,各层内不同时间级的预测信息可被高效利用,各层间不同时间尺度的控制亦可得到有效协调。     

计及风电功率波动影响的风电场集群无功电压协调控制策略

针对大规模风电场集群区域有功出力随机波动、无功设备种类繁杂等典型特征引起的无功电压问题,提出一种计及风电功率波动影响的风电场集群无功电压协调控制策略。该策略根据风电功率预测信息、当前运行信息和历史断面信息建立多目标优化控制模型,并采用基于过滤集合的内点算法求解。通过利用汇集站和风电场的自动电压控制子站实现闭环控制,该控制策略能够对集群区域内离散设备和动态设备的动作响应实行差异化管理。对中国"三北"地区某实际风电场集群地区进行仿真计算,结果表明,所提控制策略能够改善中枢节点的电压控制效果,协调离散设备和动态设备的运行配合,维持集群区域的静态电压稳定性。     

改善风电汇集系统静态电压稳定性的无功电压协调控制策略

针对风电场集群作为弱联接送端系统所面临的无功电压问题,研究了可应用于大规模风电汇集系统的静态电压稳定评价指标,并在此基础上提出了一种改善风电汇集系统静态电压稳定性的无功电压协调控制策略。该策略采用基于过滤集合的原对偶内点法求解多目标优化控制模型,通过协调控制风电场和汇集站内的多种无功电压调节设备,能够在满足中枢节点电压控制指令的同时均衡汇集系统的电压分布,提高动态设备的无功裕度,从而改善风电汇集系统的静态电压稳定性。对中国北方某实际风电汇集地区的仿真计算验证了所提控制策略的有效性。     

电压源换相高压直流输电改善异步发电机风电场暂态电压稳定性的研究

基于普通异步发电机的恒速风电机组并网风电场会引起本地电网的电压稳定性问题.为此本文分析了并网风电场的电压稳定问题和电压源换相高压直流输电(VSC-HVDC)的风电场并网方式的技术特点,研究了VSC-HVDC的数学模型和控制方式.基于国际大电网会议(CIGRE)B4-39工作组标准模型,应用PSCAD/EMTDC仿真软件建立了大规模风电场并网系统模型,研究了VSC- HVDC输电改善异步发电机风电场暂态电压稳定性的贡献.研究表明VSC-HVDC不仅能够有效实现恒速风电机组在电网发生大扰动故障后的快速电压恢复能力,而且可以避免在电压恢复过程中由风电机组输入输出功率不平衡引起的发电机超速及电压失稳,确保风电机组的连续运行及电网的安全稳定.