海上风电柔性直流输电变流器控制与试验系统设计

简要介绍了柔性直流输电系统的控制方法,基于三相静止对称坐标系和dq同步旋转坐标系建立了柔性直流输电系统换流站数学模型,采用双闭环直接电流控制方法,设计了以tms320f28335作为dsp控制芯片,由dsp输出的信号控制三相两电平变流器逆变与整流波形。在换流站级控制采用双闭环直接电流控制,基于换流站的dq模型分别控制d轴和q轴电流实现对有功和无功功率的分别控制,减小了控制环节的稳态误差,完善了控制环节的动态特性。解决了海上风电由于其间歇性和不确定性在并网过程中引发的谐波污染、电压间断和波形闪变等问题。试验系统主要测试整流端输出的母线电压电流特性和逆变端输出的并网电压电流特性,以及对功率的控制特性,达到了较好的整流和并网效果。     

双端柔性直流输电系统运行特性仿真研究

通过分析柔性直流输电系统的功率、电压和电流关系,获知幅相控制和直接电流解耦控制是一致的,均通过改变电压源换流器(VSC)交流侧电压的大小和相位,进而改变交流侧电流的大小和相位,实现VSC的四象限运行。运用PSCAD建立了双端柔性直流输电系统模型,对其稳态运行和短路故障进行了仿真计算,分析了交直流参数间的数量关系,结果证明该模型准确反映了系统正常运行和短路故障,可用于进一步分析系统的保护和控制。     

基于RTDS的海上风电柔性直流输电系统自适应下垂控制

针对实现直流系统并网已迫在眉睫的问题,提出基于RTDS的海上风电柔性直流输电系统自适应下垂控制。基于RTDS的海上风电柔性直流输电系统,建立海上风电柔性直流输电模型,探讨了自适应下垂控制策略。通过试验证明自适应下垂控制模型在大规模远海岸上柔性直流输电技术上有更好的应用前景。     

多电平柔性直流输电在风电接入中的应用

大规模风电的发展和集中接入对输电技术提出了更高的要求,为此,基于d-q矢量定向直接电流控制,提出了一种柔性直流输电(VSC-HVDC)的有功功率控制策略,使柔性直流输电系统能实时调整输送功率的大小并保持风电场的稳定。在考虑风速波动和电网故障的情况下,对柔性直流输电和交流输电2种接入方式进行了分析比较。在PSCAD/EMTDC软件下对所提出的控制方法和2种接入方式进行建模和仿真。结果表明:当风速发生波动时,柔性直流输电两端公共连接点处的电压和受端直流电压都能控制在参考值上,输电功率与风电出力一致,送端直流电压随功率的波动而变化。与交流输电相比,柔性直流输电能将风电场电压更有效地控制在参考值上,发生故障时能有效稳定风电场的电压与频率。     

基于直流风电机组的风电全直流输电系统设计综述

随着海上风电场远海化、大规模大容量化发展,由直流风电机组构建的风电全直流输电系统,凭借其可以避免使用笨重的工频交流变压器,解决因交流电缆导致的无功充电电流问题等特点,已成为海上风力发电技术研究的热点之一。文中首先根据升压方式的不同将风电全直流输电系统方案分为升压装置升压型和串联升压型两大类;其次根据系统结构的不同,进一步将升压装置升压型系统方案分为集中升压型、两级升压型、机端升压型升压站直流并联型以及升压站直流串联型五种系统方案,将串联升压型系统方案分为直接串联型、串-并联型、并-串联型以及矩阵型四种系统方案;然后介绍了各种方案的系统结构及其优缺点,并对各种方案的特点进行了分析与比较,结合各种方案特点指出其适用场景;最后就目前风电全直流输电系统研究存在的主要问题及发展趋势进行了总结与展望。     

柔性直流和常规直流互联输电系统协调控制策略

对一种新型的柔性直流与常规直流互联输电系统进行了研究,针对常规直流送端可能出现的功率不平衡问题,提出了常规直流和柔性直流功率附加器的协调控制策略。该策略通过2种直流有功附加控制器来提高区域内有功功率平衡能力,针对常规直流进行有功功率调节时换流站无功不平衡引起的电压波动问题,设计了柔性直流无功附加控制器。最后,通过仿真验证了协调策略的有效性,结果表明所设计的有功-无功附加控制器能够相互配合,有效提升整个系统的功率平衡能力。     

面向直流输电的双馈风电机组并网拓扑及控制技术

提出了一种面向直流输电的双馈风电机组并网拓扑及其控制策略,该拓扑利用双馈风电机组内部直流母线接入直流电网,采用间接气隙磁链定向策略及气隙电势定向策略控制变流器,确保双馈感应发电机(doubly-fed induction generator,DFIG)生成幅值和相位稳定的三相正弦气隙电势,同时灵活调节DFIG向直流母线输送的有功功率。此外还分析了所提拓扑下DFIG全转速范围内的控制策略。最后,构建了DFIG直流并网输电实验系统,验证了所提拓扑及其控制策略的可行性。     

海上风电柔性直流系统与风电机组协调控制策略

针对海上风电经MMC-HVDC并网系统岸上交流故障造成的直流过电压问题,提出一种利用海上换流站储能裕度吸收盈余功率和风电机组降低输出功率的协调控制策略。在故障期间,海上换流站采用能量控制,使其子模块电容吸收盈余功率,同时根据其当前能量的变化,抬升风电场交流电网频率,使得风电机组网侧变流器根据频率偏差协同限制注入柔性直流系统的功率,从而实现无需通信系统的直流过电压抑制。最后通过仿真验证了所提方法的有效性。     

储能系统改善大规模风电场出力波动的策略

针对利用储能提高风电对其并网系统的友好性,给出了一种基于储能平抑风电出力波动的策略。对大规模风电并网的某区域电网负荷与风电出力的数据进行了统计分析,得到负荷和风电出力的时域分布规律,提出了利用储能系统协调风电场有功出力与其并网系统负荷功率波动的策略,并建立了相应的数学模型。基于电力系统分析软件DIgSILENT-POWER FACTORY13.1进行了仿真验证,结果表明利用储能改善后的风电有功出力,能够追踪负荷曲线的变化规律,并网风储合成出力对电力系统可以起到"削峰填谷"作用,储能以较低的成本提高了风电对其并网系统的友好性。     

考虑大规模风电接入的电力系统混合储能容量优化配置

不同储能技术在响应特性、经济成本、容量规模等方面各具特色,适用于不同的应用场景.由2种或多种储能装置耦合形成的混合储能系统往往能够综合各方技术经济特性,显现出更加优异的性能.针对现有电网受可再生能源出力波动性的影响日益严重、促进消纳存在技术瓶颈、调峰压力大等问题,提出了一种由全钒液流电池和先进绝热压缩空气储能组成的混合储能系统,建立了考虑大规模风电接入的系统容量优化配置模型.首先,分析了风电出力的频谱特性,提出了一种基于经验模态分解的风电功率分配策略;然后,基于该策略,构建了混合储能系统的双层容量优化配置模型,上层以规划期内总经济投入最小为目标决策混合储能系统的配置容量,下层以系统运行成本最低为目标决策其日前发电计划;最后,基于某实际电网典型日的风电及负荷数据对所提模型进行了仿真分析与验证.算例结果表明:所提混合储能系统的容量优化配置模型不仅可以满足电网的多性能需求,还能有效提升系统的经济性.     

基于混合储能的大型风电场优化控制

波动性电源的大规模接入,不仅造成电力系统运行调度困难,而且会影响其安全稳定运行。因此,通过配置储能装置来对并网功率进行平滑控制十分必要。基于一定配置容量的混合储能系统(HESS),提出一种用于大型风电场并网的最优控制方法。采用蓄电池和超级电容为储能介质,建立短期优化控制的动态模型,确立相应的控制目标和约束条件,并设计基于粒子群优化(PSO)的求解算法。仿真算例的结果表明该方法是正确、有效的。     

大型风储互补系统通信冗余的研究

通信冗余设计对于大型风储互补系统的可靠性与安全性具有重要意义。提出了一整套的通信冗余设计,包含了三级电池管理系统的内部通信冗余设计,保证电池管理系统不会因通信故障立刻瘫痪。并且提出了以逆变器、电池管理系统,能量管理系统相互作为通信冗余设计的方法。研究结果表明,此方案在安全性与可靠性方面,有较高的应用前景,对于建设大型风储互补系统有一定意义。     

基于大规模储能融合蓄热式电锅炉的风电消纳多目标优化控制

我国"三北"地区存在源荷供需矛盾凸出、电网灵活性差的问题。风电场弃风现象严重问题的一个重要原因是热电机组在冬季以"以热定电"的方式运行,导致其调峰能力下降。利用蓄热式电锅炉供热,将电能转化为热能,能够提高风电就地消纳的能力。但采用电极加热的蓄热式电锅炉,其功率调节受电极机械部件限制,频繁调节将严重影响蓄热式电锅炉的使用寿命。将具有快速、灵活功率调节能力的电化学储能引入蓄热式电锅炉消纳风电的系统中,以风电消纳最大和蓄热式电锅炉电极调节次数最小为目标,提出了一种基于储能融合蓄热式电锅炉的风电消纳多目标优化控制方法。仿真结果表明:所提方法能够兼顾蓄热式电锅炉系统的弃风消纳与锅炉电极的调节次数,有效地解决了蓄热式电锅炉功率调节能力与风功率变化不匹配的问题。     

基于二阶锥规划的含大规模风电接入的直流电网储能配置

随着风电规模的快速增长,其消纳问题日益突出,直流电网结合储能技术能为风电大规模消纳提供一定技术支撑。以典型日下储能日化投资、火电机组运行成本与弃风惩罚成本之和最小为目标,提出了一种直流电网储能容量规划模型。模型综合考虑了火电机组、电池储能、抽蓄机组的协调运行,为非凸非线性模型,无法通过求解器直接求解。采用分段线性化、大M法及锥松弛等手段将模型转化为等效的二阶锥规划模型,可调用CPLEX求解器获得模型的全局最优解。最后,以风电汇集的多端直流系统为例进行仿真验证,结果表明配置的储能可提高系统风电消纳能力,降低系统运行成本,验证了所提模型的有效性。     

基于模糊控制的混合储能平抑风电功率波动

风电功率波动对电网造成不容忽视的影响。风电并网处加入混合储能系统可以有效地降低风电对电网的影响。首先按照风电并网波动量要求,估算出某时刻的预估风电波动量。然后根据风电预估波动功率以及电池当前的能量状态建立模糊控制器,输出平抑系数K1,并计算出混合储能系统的实际输出功率以及风储并网功率。最后利用需混合储能SOE变化量以及超级电容器当前能量状态,建立模糊控制器,输出分配系数K2,计算当前超级电容器和电池的实际输出功率,并实时更新混合储能的能量状态。通过算例证明,在混合储能容量充足和不足的情况下协调控制算法均可靠、有效,并且能够充分解决混合储能使用寿命和风电功率波动平抑度之间的矛盾。     

自储能多端背靠背柔性直流系统控制策略

为了解决自储能多端背靠背柔性直流系统的协调控制与电压稳定问题,提出了一种改进的电压裕度控制策略。首先建立了系统的数学模型,然后针对3种典型的运行场景设计了协调工作机制及其控制方式。基于Lyapunov稳定性理论设计了自适应指令滤波反推电压控制器,解决了系统控制方式切换导致的功率振荡与电压波动问题,改善了系统的稳定性和动态响应性。最后分别对3种典型的运行场景进行仿真分析,验证了所提控制策略和方法的有效性。     

风电场交直流并网系统的储能和柔性直流联合调步控制策略

考虑在风电场交直流混合并网系统中风电场的功率差额可以沿交流线路传递给主网,风电场和主网都存在频率稳定问题,提出储能与柔性直流附加控制参与系统频率调节,优化风电场和主网频率特性。在风电场侧柔性直流换流站中加入基于风电场频率变化的柔性直流频率附加控制,以改善风电场频率特性;将储能系统通过换流器并联在风电场和主网间直流线路上,弥补风电场侧直流附加控制对主网的频率恶化作用,并改善主网频率特性;建立了储能与柔性直流附加控制共同作用下的风电场交直流混合并网系统频率模型。算例分析表明,通过储能与柔性直流附加控制的配合,能有效减少风电场功率平衡被破坏时风电场和主网的频率波动幅度。     

基于模糊神经网络风电混合储能系统优化控制

采用风电储能系统来平抑风电波动功率在当今是一个有效的措施,然而储能系统控制策略的好坏直接影响风电系统的技术性能和经济性能。根据超级电容器和蓄电池在功能上的互补性,将其应用在基于双馈电机的风电场中,风电场采用分布整流集中逆变拓扑控制结构,并对其设计模糊神经PID控制器,采用模糊神经网络算法对混合储能系统PID控制参数进行在线优化。基于Matlab/Simulink平台搭建控制系统仿真模型,并进行仿真分析,验证了混合储能系统能够提高储能装置的使用寿命。根据储能系统补偿功率和其荷电状态的波动范围,以及对风电波动功率的平滑程度,验证了该控制系统的有效性。