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VSC HVDC联网的风电场故障穿越能力研究

通过VSC HVDC技术进行大规模风电场并网可以不受传输距离的限制,隔离线路两端网络减少故障之间的相互影响,并可以自动换相,运行不需要借助于外部电源,因此VSC HVDC被视为较理想的风电场并网方式。在分析VSC HVDC的风电场并网系统的稳态控制策略及运行特性的基础上,当交流电网发生故障扰动时,对VSC HVDC联网的风电场并网系统的故障穿越能力进行了研究。给出了传统的直流泄放电阻的故障穿越方法,并提出了一种基于风电机组惯性支持的故障穿越方法。通过对双馈风电机组（DFIG）组成的风电场经VSC HVDC并网的系统进行仿真分析,验证了该方法能够在交流电网发生故障时迅速响应,防止VSC HVDC直流过电压,提高了系统的故障穿越能力。     

大规模风电场接入对内蒙古电网安全稳定的影响

以内蒙古电网2009年度运行方式计算数据为基础,根据内蒙古风电机组的实际情况,采用单馈异步恒速风机和双馈变速恒频2种风电机组模型进行仿真计算。对约4500MW风电机组投入电网运行的潮流电压和暂态稳定特性进行分析。根据分析结论,提出大规模风电场接入内蒙古电网对系统网架结构、无功补偿的要求,并对传统规划阶段的风电接入技术原则进行了探讨,其计算结论可用于指导大规模风电场在内蒙古电网的调度运行和规划设计。     

多端柔性直流输电系统在海上风电场并网中的应用

随着地理上高度分散的近海风电场的大规模开发,传统并网方式已不能满足要求,提出了风电场经多端柔性直流输电系统及交流线路与电网互联的策略,并设计了各换流站的控制方法。建立了VSC-HVDC的数学模型,并分析了其工作原理。在PSCAD/EMTDC的仿真环境下,搭建了含多端柔性直流输电系统的模型,分析了混合输电方式下电网运行的稳定性。仿真结果表明交直流混合输电模式灵活、可靠、经济,风电场出口处短路故障切除后电压能够快速恢复,确保了风电的可靠输出。     

海上风电并网与输送方案比较

风力发电是新能源发电技术中最成熟和最具规模开发条件的发电方式之一。大容量远距离的海上风电是未来风电发展的趋势。介绍海上风电系统的3种并网技术以及输电方式:高压交流、高压直流输电(high voltage direct current,HVDC)以及分频输电技术。工频交流海上风电系统一般适用于小规模近海风电场,HVDC和分频输电适用于大规模远距离海上风电场。分频海上风电系统是一种具有自主知识产权的本土技术,在目前的技术和经济条件下,分频海上风电系统是一种具有优势和竞争力的海上风电方案。主要对这3种海上风电并网的技术可行性、经济性以及效率等方面进行讨论,最后对海上风力发电技术进行总结和展望。     

风电场接入系统静态电压稳定研究

大型风电场并网运行将会影响电力系统的电压稳定性。分别就两种主流风机（即普通异步发电机和双馈感应电机）风电场接入系统的静态电压稳定问题进行了研究。首先简要介绍了文中分析静态电压稳定问题的方法,即连续潮流法。然后分别建立了两种主流风机的稳态数学模型,分析了两种风电场静态电压稳定的特点。最后通过算例仿真,分析了影响风电场静态电压稳定的主要因素,比较了不同风机类型对风电场静态电压稳定的影响。     

大型风电场经VSC-HVDC交直流并联系统并网的运行控制策略

基于电压源换流器高压直流输电(voltage source converter based HVDC,VSC-HVDC)的直流系统存在与交流线路并联运行的情况。交直流系统之间相互切换的运行工况复杂,且切换过程存在切换依据难以确定、切换冲击大以及通信延时等问题。为解决该问题,在分析VSC-HVDC工作原理、数学模型及其控制策略的基础上,提出了一种大型风电场经VSC-HVDC交直流并联系统并网的运行控制策略,该策略在不改变换流站控制方式的情况下,可实现交直流并联系统运行方式的无缝切换。基于MATLAB/Simulink仿真软件,建立了系统仿真模型,对交直流并联系统稳态运行及动态切换过程进行了仿真分析。仿真结果表明,所提出的控制策略能够较好地实现交直流并联系统有功功率的精确分配和运行方式的无缝切换,算法简单,可靠性高。     

风力发电的并网接入及传输方式

阐述了目前国内外风力发电的概况,介绍了风力发电的基本原理,分析了不同风力发电机组和现有并网接入技术各自的特点。根据风力发电场处于偏远地区及风力发电的特点,分析了普遍采用的交流传输线路存在的问题,在此基础上探讨了一种新型技术——轻型直流输电(HVDCLight)在风力发电中的应用前景,比较了2种不同传输方式应用于风力发电的优势和缺点。最后展望了风力发电技术的发展趋势。     

采用变速恒频机组的风电场并网问题研究综述

随着风电技术以及电力电子技术的不断进步,越来越多采用变速恒频机组的风电场被接入电网.变速恒频机组相对于传统的恒速恒频机组,在电机结构和控制机理上更为先进,能够实现更为灵活的电网接入.虽然变速恒频机组在一定程度上增强了电力系统的稳定性,但一些新问题也随之而来,例如先进的控制器显著增加了系统的复杂性、风机的功率变换器发出谐波电流降低了系统的电能质量等.此外,如何通过给变速恒频机组增加附加控制器,实现其与传输系统及储能系统的协调控制,以改善系统性能,也是当今学术界的一个重要课题.文中对上述这些采用变速恒频机组的风电场并网问题的最新研究成果进行了综述.     

适用于大规模风电并网的多端柔性直流输电系统控制策略

提出了一种适用于区域大规模风电并网的六端柔性直流输电系统,设计了该系统的协调控制策略,即送端电压源型换流器(VSC)采用交流电压控制、受端VSC采用直流电压下垂控制。以直流网络损耗最小作为优化目标,计算了系统稳态运行点。通过在PSCAD/EMTDC平台上搭建仿真算例,验证了所提出的系统控制策略可以自动跟踪风电功率波动并协调受端功率分配。通过设计系统启动和风功率波动及交流侧故障和换流器停运的仿真算例,验证了该六端柔性直流输电系统具有良好的功率调控能力和运行灵活性。     

海上风电场采用柔性直流输电接入电网的控制策略研究

为了稳定海上风电场的交流电压,给出了一种基于RLC滤波器的送端VSC控制策略。讨论了通过转速控制器降低低频的轴系振荡。针对不同类型的故障,提出了风机故障穿越下的控制策略。在PSCAD/EMT-DC软件下,模拟了一个由双馈风机组成的150 MW风场通过VSC-HVDC并入系统。针对提出的控制策略进行了仿真,介绍了仿真结果。     

大型风电场建模及接入甘肃嘉酒电网仿真分析

利用FORTRAN语言编写了异步风力发电机的RX稳态潮流模型,通过数据传递使电力系统分析综合程序/用户程序接口(PSASP/UPI)环境下的潮流计算模块和RX模型交替求解,准确计算出系统各节点电压及功率.在PSASP的用户自定义(UD)功能模块中,构建了风力机、齿轮箱和异步发电机3阶暂态模型.在风力发电装置模型的基础上建立了安西、玉门、昌马3个地区的大型风电场模型,并接入甘肃省嘉酒电网进行了潮流、短路容量、系统调峰能力及故障情况下的暂态稳定性等仿真研究.仿真结果表明:该仿真模型合理准确、真实有效.     

长线路弱电网情况下大型风电场的联网技术

对风力发电设备来说最为重要的几个技术挑战,包括电压控制、无功功率管理、动态功角稳定和电网扰动后风力发电机的行为等.集成到每台风力发电机电力电子装置中的电气控制以及机械控制,跟风电场控制系统结合在一起,已经具备控制大量风力发电机的能力,使这些风力发电机在电网连接点表现为一个统一的发电厂.这一先进的有功功率和无功功率分层控制的动态性能在大多数情况下超越了现代传统同步发电机.本文详细阐述了其中几个重要功能如下:①风力发电场控制功能,包括在准稳态和动态条件下的电网电压控制;②低电压穿越特性,包括风力发电机在严重电网扰动后的表现;③风力发电机的动态功率控制功能,包括针对功率摇摆的暂态和动态控制性能.     

适应我国大规模风电接入的合理电网结构构建原则的思考

为适应我国风电的快速、大规模发展,从风电合理消纳、提高电网安全性角度,开展大规模风电接入电网的合理电网结构原则研究。首次提出综合考虑风电并网的各项影响因素,将风电基地进行分类;并在此基础上,提出适应各类风电基地接入的合理输电方案及送、受端电网结构构建原则;并以我国规划开发的多个千万千瓦级大型风电基地为实例进行分析。     

风力发电经分频输电接入系统的实验

风力发电具有随机性、间歇性,而且风电场一般处于偏远地区,风电经分频输电接入电网为风电的远距离输送提供了一个解决方案。该文设计了12脉波交交变频器的主电路和控制电路,并以其作为风电接入装置,用常规同步发电机模拟永磁直驱同步发电机,在动模实验室模拟了变速变频风力发电,向系统成功输送20kW有功,证实了以分频输电为背景的变速变频风力发电的可实现性,并在此基础上初步讨论了交交变频器的运行方式,实现了风电场的有功开环调节。     

Power Fluctuations From Large Wind Farms

This paper deals with power fluctuations from wind farms. The time range in focus is between one minute and up to a couple of hours. In this time range, substantial power fluctuations have been observed during unstable weather conditions. A wind power fluctuation model is described, and measured time series from the first large offshore wind farm, Horns Rev in Denmark, are compared to simulated time series. The comparison between measured and simulated time series focuses on the ramping characteristics of the wind farm at different power levels and on the need for system generation reserves due to the fluctuations. The comparison shows a reasonable agreement between simulations and measurements, although there is still room for improvement of the simulation model.     

基于可靠性均衡优化的含风电电网协调规划

集群开发、远距离外送的规模化风电开发对电力系统规划提出了新的挑战,串序开展电源和电网规划往往将新能源接入的矛盾积压到电网规划阶段,使得电网规划方案难以求解甚至得不到合理方案。为此,从可靠性均衡的角度,提出一种利用虚拟机组进行源网协调规划的方法。该方法针对风电大规模接入后的电网规划,在规划电网的同时对电源规划方案进行反馈及微调,以经济性最优为目标,均衡优化源、网可靠性,确定电源及电网的可靠性优化值,从而得到与电源协调优化的电网规划方案。该方法可以有效减少电网建设投资及电力系统整体投资,并校验电源、电网规划中可靠性均衡的协调性。通过原型系统和测试系统的仿真及分析,验证了所提方法的有效性。     

不平衡电压下双馈变速风电机组的控制策略

提出了不平衡电网电压下双馈发电机的控制策略,并建立了双馈发电机在正、反旋转坐标系下的数学模型。在此基础上推导和分析了电网电压不平衡条件下双馈发电机输出的瞬时有功、无功功率的组成。提出了4种可供选择的不平衡电压控制方案,并给出了不同控制目标下转子的正、负序电流目标值的计算原则。通过MATLAB/SIMULINK仿真验证了控制方案的有效性。     

模块化多电平直流输电联网风电场时的低电压穿越技术

柔性直流输电并网方式对于大容量远距离海上风电场是一种较好的并网方案.针对模块化多电平直流输电(modular multilevel converter-HVDC,MMC-HVDC)应用于大规模风电场联网问题,分析研究了相应的MMC-HVDC稳态控制策略,仿真验证了其可行性.为保证当联网系统与交流系统的并网点发生不对称故障时风电场可以不脱网持续运行,设计了MMC-HVDC不对称故障期间的控制器,以将风电场与故障隔离并尽可能将功率传送至交流系统中,提高了风电场的低电压穿越能力,并在PSCAD/EMTDC中搭建的仿真模型上验证了此方法的可行性及有效性.     

大规模风电并网后的电力系统广域增益调度控制器设计

针对风力发电的不确定性以及高渗透率下的大规模风电的远距离输送对系统区域阻尼的带来的负面影响,提出一种能适用于系统运行方式发生较大变化(如风电场风速急剧变化等)的广域控制器设计方法。采用时滞线性参数变化方法对含风电的电力系统进行建模,并将整个参数变化范围进行网格划分,再分别进行控制器设计,然后采用三角隶属函数制定调度准则并进行控制器权值分配,从而构造出满足全部参数变化范围的广域增益调度控制器。对算例的时域仿真表明,所提出的广域控制器设计方法对于系统运行范围发生较大变化的情况仍然具有较理想的效果,与传统的极点配置方法相比具有更强的鲁棒性;与经典的鲁棒控制方法与非线性控制方法相比,具有控制器阶数低、设计方法简单等优点,易于工程实现。所设计的控制器计及了电力系统变时滞的特点,相比传统的Pade近似处理时滞的方法有着更低的保守性。