柔性直流输电技术在风电场并网中的应用探讨

柔性直流输电是在电压源换流器技术和全控型功率器件的基础上发展起来的,通过电压源换流器技术,可以控制系统中的无功功率、抑制并网公共点的电压波动。文章分析了电压源换流器（VSC）的基本模型,研究了换流站无功功率控制和电压控制策略对改善并网风电场电压稳定性的作用,阐述了风电场并网对电网的可靠性和稳定性等方面的影响。     

光伏经多端柔性直流输电并网的控制研究

为解决大规模光伏电站远距离输电问题,采用光伏电站接入基于直流电压-有功功率-交流电压控制的多端柔性直流输电系统的并网方案。利用Matlab/Simulink仿真软件构建了一个包含两座光伏电站和一个无源网络的五端柔性直流输电系统模型,并对该系统的运行特性进行了详细的仿真分析。仿真结果表明,当光伏电站的输出功率发生波动时,五端柔直系统传输的有功功率可实现自动平衡;当电网发生三相短路故障时,光伏电站依然能够稳定运行,具有较好的故障穿越能力。     

风电场经柔性直流输电系统故障穿越协调控制研究

当大型风电场经柔性直流输电系统长距离输送时,需解决交流电网故障时导致直流功率过剩及电压上升等问题。传统方法中仅用卸荷电路或改变控制策略都各自存在缺陷,不能够快速、经济、可靠地完成故障穿越。针对以上问题,提出一种投入自调控耗能电阻与通过风场最大功率跟踪减少输送功率相结合的故障穿越协调控制策略。在故障初期投入耗能电阻来弥补控制策略通信延时的问题。其次在引入最大功率跟踪减载后,可适当退出部分耗能电阻,从而避开单一方案的缺点,取得更好的故障穿越效果。最后基于PSCAD/EMTDC建立模型,仿真验证了该协调控制策略的有效性。     

风电场柔性直流输电的故障穿越方法对风电机组的影响

柔性直流输电(VSC-HVDC)系统是大型风电场并网的较好选择,当发生交流系统故障时,故障穿越控制器可维持该系统的稳定性。然而,控制器会对风电机组造成一定影响。针对大型风电场VSC-HVDC系统接入的故障穿越问题,文中首先在PSCAD/EMTDC中建立了含有普通异步/双馈风电场详细模型的两端VSC-HVDC系统仿真模型,并验证了升频法和降压法两种典型的故障穿越方法。然后进一步研究了不同类型风电机组在不同的故障穿越方法下的特性和差异,从而得出风电场VSC-HVDC系统的故障穿越方法对风电机组的影响规律。研究得出的结论可以为不同类型的风电机组接入VSC-HVDC系统时故障穿越方法的选择提供一定的参考依据。     

经柔性直流输电并网的大型风电场频率控制策略

在大型风电场经柔性直流输电系统并入交流电网的场合,传统的电网调频方法难以适用。提出一种频率控制策略,分别在逆变侧换流器、整流侧换流器和风电机组上设计响应频率变化的控制环节。所有控制环节均基于本地测量的信号,无需远距离通信。该方法可以使风电场参与交流系统调频,此外,当系统故障引起柔性直流送出容量受限时,该方法可以自动降低风电机组功率,防止直流侧过压保护动作。     

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。     

风电经架空柔性直流输电线路并网的交直流故障穿越技术

针对永磁同步风电机组远距离大规模并网的问题,研究了采用半桥型模块化多电平换流器(MMC)和直流断路器(DCCB)进行架空直流输电的并网方案。但架空线路故障率高,在发生直流侧故障、网侧交流故障时,基于MMC的高压直流(MMC-HVDC)系统保护装置会动作,导致MMC闭锁,不能不间断运行。为解决MMC-HVDC穿越交、直流故障的问题,基于DCCB和耗散电阻,提出了一种MMC-HVDC系统的交、直流故障穿越方案。在故障发生后,通过设计DCCB风电场侧MMC降压协调控制策略,以及高压直流侧耗散电阻和风电场侧制动电阻间的控制策略和配合方案,实现了MMC-HVDC系统的交、直流故障穿越。最后,通过PSCAD/EMTDC下的多组仿真,验证了上述交直流故障穿越方案的有效性和正确性。仿真结果表明,所设计的穿越方案能够使MMC-HVDC系统在不闭锁MMC的前提下,安全穿越故障期;在故障清除后,系统快速恢复到正常运行状态。     

基于柔性直流输电的风电场并网故障穿越协调控制策略

分析了新型模块化卸荷(dynamic braking resistor,DBR)电路的结构特点与工作特性,并基于模块化卸荷电路控制方法与升频法/降压法,提出一种适用于由双馈感应风电机组与普通异步风电机组构成的混合风电场柔性直流输电并网系统的故障穿越(fault ride-through,FRT)协调控制策略。根据风机实际运行特性与电网规范要求设计升频/降压限值,充分利用风电机组(wind turbine generator,WTG)自身特性降低风场侧出力,配合模块化卸荷电阻可获得更加理想的故障穿越效果,同时进一步降低了系统造价。根据南澳柔性直流输电示范项目实际参数,应用PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真软件搭建相应的三端柔性直流输电系统模型验证了所提控制策略的有效性。     

基于柔性直流技术的风电场并网系统电压稳定研究

以霍林河地区某孤立系统为研究对象,以降低系统电压波动和提高系统电压稳定性为目的,提出风电场采用柔性直流方式接入系统。柔性直流输电方式基于具有自换向特性的电压源换流器,并采用脉宽调制技术,实现了有功无功的解耦,从而可进行独立连续的调节。首先对采用不同输电方式和不同风电并网容量的系统进行稳态潮流仿真,负荷节点电压维持在稳定范围内;之后对系统中常规机组故障、负荷故障和线路故障进行暂态仿真,故障后电压波动在允许范围内,并迅速趋于平稳,无需稳定措施。仿真结果表明,风电场可以采用柔性直流输电方式接入系统,系统电压稳定性较常规交流方式有很大提高。     

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。     

提高山东省接纳风电容量方法研究

随着山东省风电场开发的不断深入,风电场大规模开发的主要瓶颈是电网调峰能力不足导致的消纳能力问题。对山东电网的风电消纳能力进行分析,对山东省风电出力进行归一化处理,总结出山东省风电场出力特性,提出提高山东省接纳风电容量的方法。     

大规模风电并网对CPS指标的影响

区域控制性能指标(control performance standards,CPS)是互联电网考核各控制区有功平衡和频率控制的重要标准。研究了风电接入对CPS指标的影响机理,建立了仿真模型,并定量研究了4类改进CPS指标的措施及其有效性。分析结果表明,随着风电接入水平的提高,控制区的CPS指标将变差。风电对频率指标(CPS1)的影响程度与其在整个互联电网中的接入水平有关,对联络线交换功率指标(CPS2)的影响程度与其在接入区域中的接入水平有关。提高风电功率预测精度和进行风电场控制是改善CPS有效措施。     

考虑风能随机性的VSC-HVDC风电并网优化方法研究

随着能源危机的日益临近和电力电子器件技术的大幅进步与应用,风电场经VSC-HVDC并网已经变成了一种可能。相对于其他诸如火力发电和水利发电等传统发电方式,风力发电不能够控制能量的注入与供给,所以风力发电的输出稳定与否主要取决于风速的变化。建立了风电场等效聚合模型和柔性直流输电(VSC-HVDC)的详细模型。为了平抑风电并网时风电场的功率波动,分别采用了单纯形法和遗传算法对柔性直流输电的控制器进行了优化,优化结果显示,两种优化方法均能平抑风电场的输出功率波动。     

海上风电经VSC-HVDC系统受端电网不对称故障抑制策略

海上风电经柔性直流输电技术（即基于电压源换流器的高压直流输电系统,VSC-HVDC）送出系统中受端电网故障不仅影响受端换流站交直流侧系统的运行状态,严重情况下也会阻碍送端换流站和海上风电机组的正常运行。针对这一实际问题,分析了海上风电经VSC-HVDC送出系统中受端电网发生不对称故障的传播机理,提出了一种基于Lyapunov函数方法的负序分量抑制策略。首先,建立了海上风电机组经VSC-HVDC送出系统的拓扑结构,并分析了受端电网发生不对称故障的传播机理。其次,根据受端换流站的数学模型推导出满足Lyapunov函数全局稳定性的负序开关函数,并求解出开关函数的系数,进一步设计出相应的Lyapunov函数控制器。最后,基于MATLAB/Simulink软件仿真将所提策略与传统PI控制进行对比,验证了所提策略的正确性和有效性。     

Effects of Large-Scale Wind Energy Base on Power Grid Company

The first stage project of Jiuquan wind energy base with 5.5-GW installed capacity is about to be completed.However,there exist several technical issues such as power transfer capability,electricity ac...     

大型风电场接入输电网的系统稳定性研究

以甘肃省河西电网主网及安西地区风电场为对象,通过Matlab/simulink对系统进行建模,研究了该大型恒速恒频风电场在已有并网容量下对电网静态稳定性和暂态稳定性的影响,对接入极限穿透容量下的系统进行了暂态稳定性分析,对该系统的低电压穿越能力进行了测试。在仿真分析的基础上,提出了改进方案。     

计及接纳风电能力的电网调度模型

当电网接入一定规模的风电时,为追求风电高效利用会使电网调度更加复杂。针对风电接入电网时调度面临煤耗量与风电高效利用之间的矛盾问题,将风电能够为电网节约的煤耗量作为风电价值的量度,构建计及接纳风电能力的电网调度决策模型,以确定风电允许的波动范围,使调度中的煤耗量和电网接纳风电的能力得到有效协调。通过烟台电网算例验证说明,该方法对计及不确定型可再生电源的电网调度是有效的,符合节能发电调度的理念。     

应用于海上风电接入的VSC-HVDC系统主网侧交流故障穿越的新型直流耗能装置拓扑

直流耗能装置用于海上风电系统主网侧交流故障时吸收风场注入的盈余功率。该文将现有直流耗能装置拓扑归纳为集中式和分布式电阻技术路线,并总结其电路结构、工作机理和控制策略。在此基础上,提出一种混合式耗能装置拓扑,它将2种现存的主流拓扑结合,兼具二者优点却避免了各自的缺点。新拓扑具有功率控制精度高、系统扰动小、子模块内部集成电阻功率低和开关器件损耗小等优点。其具有良好的EMI特性,并且子模块内分布式电阻的功耗降低了75%。最后,通过PSCAD/EMTDC仿真对比和RT-LAB实验证明了上述内容的正确性,同时也验证了所提控制策略的有效性。     

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。