基于风电汇集地区无功源优化控制技术的研究

为实现风电汇入电网电压稳定的目的,文中探索一种新的无功电压补偿控制方法。基于风电电网现有的无功电压控制系统技术,加入时许递进无功电压优化控制新理念,针对风电汇集群协调控制在无功电压控制、电网安全稳定控制所应具备的基本功能,提出了大规模风电场集群并网在多时间、多空间尺度等方面实现分层分区的控制策略;本文以新疆某风电场为例进行仿真验证分析,结果表明了此风电场无功协调控制效果明显优于单个风电场或单个汇集站的控制策略,本控制方案对今后无功补偿方面的研究有重要的指导意义。     

大型集群风电有功智能控制系统控制策略（一）风电场之间的协调控制

针对中国风电调度运行现状、存在的问题及风电场有功控制现状,提出了大型集群风电有功智能控制系统的控制策略。介绍了该策略的总体思路与框架、控制模式、异常处理等,设计了2种风电场间的协调控制方法,即最大出力控制方法和出力跟踪控制方法。该策略在甘肃电网的实际应用结果证明了其可行性。     

含变速恒频风电场的电网频率协调控制策略

为了深入挖掘变速风电机组的调频潜力,提出变速恒频风电机组以改进的超速与变桨协调控制为基础,并配合常规机组进行调频控制的协调控制策略。通过超速与变桨协调控制,变速恒频风电机组减载运行使风电场留有一定的备用功率,可以保证电网在负荷波动时的功率平衡和频率稳定。仿真分析表明,协调控制策略可以有效地发挥风电机组的有功发出能力,并提升电网的频率稳定性。     

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。     

基于源-荷互动的大规模风电消纳协调控制策略

近年来,中国风电发展逐渐形成了逆向分布、密集发电、集中并网的电源格局,传统电网调度控制方式难以有效解决大规模间歇式风电出力波动,风电的消纳送出受到了严重的制约。在研究不同时间尺度下风功率波动特性的基础上,通过分析常规电源和高载能负荷在调节风电波动上的互补关系,提出一种源荷互动两级协调控制策略。一级协调控制根据日前风电功率预测情况,以风电消纳能力最大为目标,通过常规电源和高载能负荷在调节容量上的优化配置,提高风电消纳水平;二级协调控制针对风电功率实时波动情况,以风电实时出力与计划出力的偏差最小为目标,通过常规电源和高载能负荷的协调控制,平抑风电波动,提高大规模风电消纳水平。通过对甘肃电网的仿真分析,验证了所提控制策略的有效性。     

新能源协调控制方法研究及在吉林电网的应用

针对吉林电网新能源装机容量已超过6 000 MW,必须对新能源协调控制、克服新能源发电随机性和间歇性、保证电网频率及联络线控制、提高新能源消纳水平的现状,提出一种采用多时间尺度、多控制目标的电源协调控制策略,在保证安全约束的前提下最大化新能源消纳空间,分别以消除输电断面越限、控制联络线功率偏差为目标,实现风电与光伏电源间的协调控制。该方法已在吉林电网投入运行,结果验证了策略的有效性。     

风电场群的无功电压协调控制策略

现有风电场无功电压控制模式仅考虑单个风电场的无功平衡,无法兼顾大型风电基地的电压综合控制需求.文中提出了风电场群的无功电压协调控制思路,以风电场群的汇集站为电压中枢点,以各风电场升压变压器的高压侧电压为约束,协调各风电场的无功调节装置动作.协调控制策略以多目标的优化模型为基础,应用遗传算法求解.对典型风电场群汇入系统的仿真分析表明,协调控制策略在提高电网的安全性和经济性方面较传统的各风电场单独控制策略具有较大的优越性.     

基于VSC-HVDC的双馈风电场并网协调控制策略研究

针对双馈风电场经VSC-HVDC并网时,受端电网惯量不足而出现扰动下频率偏移较大的问题,提出了一种协调控制策略。在协调控制策略下,当电网侧交流系统频率发生变化时,电网侧变流器首先调节直流电压的参考值,以响应系统频率的变化,同时风电场侧变流器根据变化的直流电压调节风电场侧变流器的频率。为响应风电场侧变流器频率的变化,双馈风电机组引入虚拟惯性控制环节,通过吸收或释放转子的旋转动能,改变双馈风电机组的有功出力。通过协调控制,直流电容储存的能量和DFIG的转子动能共同为系统提供惯性支撑,提高了系统的频率响应特性。通过仿真分析验证了所提协调控制策略的正确性和有效性。     

基于变下垂系数的风电全直流输电系统一次调频协调控制策略

风电场经直流汇集-直流送出的风电全直流输电系统中,直流系统的存在会解耦风电场和受端电网的频率耦合,在传统控制策略下对受端电网频率支撑能力弱。为此,提出一种针对风电全直流输电系统的一次调频变下垂协调控制策略。首先,提出基于Logistic函数的电压-频率变下垂频率传递策略,以直流系统电压为媒介,建立起电网频率与风电场功率的耦合关系。基于该频率传递策略,构建了由受端换流站的变下垂虚拟同步发电机(virtual synchronous generator, VSG)控制、直流升压站的改进双闭环控制及风力发电机的变下垂减载控制组成的风电全直流输电系统一次调频协调控制策略,实现系统无通信传递频率并参与电网一次调频。最后,利用Matlab/Simulink软件搭建风电全直流输电系统仿真模型,在不同工况下进行仿真验证。仿真结果表明,所提控制策略能使风电场在不依赖远端通信的情况下实现对电网的一次调频,同时,有效减小了调频过程中直流电压的波动幅度。     

基于汇聚效应的风电集群接入与区域电网协调规划研究

风电消纳困难的重要原因之一是由于风电集群接入规划与接入区域电网的不协调。一方面,风电接入容量、接入方式与主网网架及常规电源布置、运行方式互相耦合,影响整体经济性与风电消纳效果;另一方面,风电集群接入后整体功率波动特性较单风电场出现变化,对规划产生影响。文章考虑机组启停机状态运行约束,以投资成本、运行成本、弃风成本及失负荷成本之和最小为目标,并通过模拟不同规模风电场群汇聚过程,将“风电场群零出力概率”与“汇聚容量”之间的关联关系作为约束,建立风电集群接入与区域电网协调规划混合整数模型,实现尽量接纳风电和保证系统安全性前提下整体规划方案的最优,最后通过算例分析验证了所提出模型和方法的有效性。     

风电集群有功功率控制及其策略

鉴于大规模风电并网的集中控制和精细化调度要求,文中基于区域有功功率分层调度思想,设计了风电调度中心站—风电集群控制主站—风电场控制执行站3层体系架构的风电集群有功功率控制系统,并给出风电集群控制主站和各场站间控制接口的设计方案。继而考虑风电场、分散接入风电机组的调节性能差异,针对运行实际需求提出一套面向集群控制主站的有功功率控制策略,实现风电场有功控制模式的在线决策和相应模式下的有功功率指令值的在线快速计算,并验证了控制策略的有效性。所建系统可实现风电集群内风电场、分散机组的统一调度与监控,并且在充分利用电网接纳风电能力的同时提高集群运行的经济性,有效解决目前风电分散控制导致的资源浪费、协调困难等问题。     

风储联合发电系统参与频率响应的模型预测控制策略

储能电池的柔性控制作用使其在参与电网调频方面具有优势,将风电和储能相结合,构成风储联合发电系统参与电网调频,具有协同增效的优势。为此,基于模型预测控制方法,提出风储联合调频策略。该策略在考虑风电场和储能各自约束条件的前提下,通过求解滚动时域最优控制问题协调了两者之间的出力分配,并使用滚动时域估计方法来实时估计电网的有功功率不平衡量,从而可根据更准确的系统状态信息来计算最优控制量。最后对提出的策略进行了仿真分析,结果表明该策略能够提高电网的调频性能。     

考虑风机排序的风电集群分层有功控制策略

随着我国风电的迅速发展,风电场有功调控趋于集群化。为合理调控风电集群有功功率、提高风电消纳量、减少风电机组调控次数,文中提出考虑风机排序控制的风电集群分层有功控制策略。根据风电场所在区域不同并结合超短期风电功率预测,将风电集群分为场群层、风电场层、机组层3个控制层。场群层和风电场层通过不同时间尺度的滚动优化提高风电消纳量;机组层通过选取影响风机调控能力的评价指标,结合熵值法与隶属度函数,计算并排序各机组调控能力评分,通过机组的排序控制减少风机调控次数。基于GAMS及Matlab平台对山西电网实际风电场数据进行分析,结果表明所提控制策略在提高风电消纳量的同时减少了风机调控次数。     

基于撬棒控制策略的DFIG风电场动态等值建模研究

为研究双馈风电机组(doubly fed induction generator,DFIG)低电压穿越对风电场动态等值的影响,提出了一种基于撬棒控制策略的双馈风电场动态等值建模方法。首先通过对DFIG在电网故障时的转子电流分析,给出了时域下转子暂态电流表达式。然后研究撬棒电路两种常用控制策略在不同电压跌落程度及DFIG运行状况下对风电机组低电压穿越的影响,仿真结果表明两种控制策略均有各自的适用范围。在此基础上,文中提出了撬棒电路投切曲线及控制策略选择区域曲线,以此判断电网故障时撬棒电路投切以及投切时控制策略选择情况。考虑故障前一时刻风电场机群划分情况,在电网故障时以实测风速与撬棒电路是否动作共同作为分群指标,将撬棒电路动作机组从故障前原"N"个机群中独立出来形成"N+1"个机群,利用容量加权法计算各机群参数,建立多机等值模型。最后在MATLAB/Simulink平台上搭建算例,验证了该等值方案的有效性和准确性。     

基于功率平衡控制原理的双馈风电机组辅助调频方法

高比例的风电并网给电网的功率平衡与频率稳定带来了严峻的挑战,如何充分发挥变速风电机组的有功备用潜力,研究风电场快速可控的调频控制方法成为提高风电消纳能力的关键问题。提出适用于全风速工况的变速变桨距风电机组的改进型有功控制策略,有效地实现了风电场响应电网功率调度指令减载运行并提供旋转备用。考虑风电场分散接入场景,针对机组跳机和负荷脱网等可监测的、大容量的单一扰动/故障事件,基于功率平衡控制原理提出风电场的辅助调频协调控制新方法,在电网功率发生突变时,根据风电场与扰动节点的最短电气距离,合理启动和分配不同风电场的紧急功率控制容量。仿真结果表明,所设计的风电场有功-频率控制方案能从降低暂态频率偏差幅值及减小频率恢复时间两方面,有效地提升系统发生扰动后的频率稳定性。     

提升海上风电经柔直联网系统频率稳定性的协调控制策略

针对大规模海上风电经柔直联网引起的受端电网惯量降低、频率调节能力下降等问题,提出了海上风电与柔直主动支撑系统频率的协调控制策略。在惯量支撑方面,利用直流电容能量主动支撑系统惯量,并通过直流电压建立风机转速与频率的耦合关系,提出了基于差异化转子动能调节的风电场惯量支撑协调控制策略,以提升受端电网惯量水平。在频率偏差调节方面,根据本地直流电压偏差量,提出了基于风机变速控制与桨距角控制的风电场一次调频策略,并设计了基于附加桨距角控制的风电场二次调频策略,以提高系统的频率稳定性。最后,设计了多时间尺度频率支撑控制策略的协调配合流程,并基于RT-LAB OP5600实时数字仿真平台验证了所提策略可有效提升系统的频率支撑能力。     

风力场中并网点电压稳定控制技术研究

为解决传统单一的风力系统电压控制方法无法解决多时间尺度波动以及电力系统多种类扰动问题,提出风力场中并网点电压稳定控制研究。釆用剩余的加速面积减去剩余的减速面积,得到能够使系统维持功角稳定的减速面积缺额,作为计算控制切机量的依据,通过暂态稳定预测及分析判定该电力系统是否处于稳定状态,实现电力系统暂态稳定应急控制;通过风力场群无功电压控制和风力场集群层控制策略,实现电力系统中风电场群电压的协调控制;通过紧急控制与协调控制相结合,完成风力场中并网点电压稳定控制。仿真结果表明,电压表现平稳且逐渐增加,电压趋近于电压指标,电压变化只有0.3%,迭代次数平均值为24.6次,恒功率因数控制技术计算过程中使用的时间平均值为157.46 ms,清除电网故障耗费的总功率平均值为772.05 MW。     

基于VSC-HVDC的风电分散并网下垂控制策略

海上风电的大规模开发使得柔性直流(VSC-HVDC)输电技术得到了越来越广泛的关注与应用。文中通过引入交流电压下垂控制,提出了基于VSC-HVDC的适应送端交流分散模式下的风电场多端并网的协调控制策略。在柔性直流输电传统控制策略的基础上,保留配电网侧逆变器的定直流电压控制,以保证系统功率平衡;而使风电场侧整流器采用交流电压下垂控制,以代替原有的恒功率控制,从而引入下垂控制的无需通信联系和合理动态分配等优势。仿真分析表明所提控制策略不仅能保证有功出力灵活自动跟踪系统额定值,而且还具有一定的负荷波动容忍度和交直流故障隔离功能,且在风电场采用送端交流分散模式同时向多端配电网供电时,能在风电机组切出系统的情况下快速实现潮流反转,以保证系统供电可靠性,并能自动按照额定比例在各配电网间合理分配动态功率,为风电分散并网的协调运行提供了有效的解决途径。