大规模风电并网引起的电力系统运行与稳定问题及对策

近年来我国风电快速发展,同时也带来了大规模风电并网的问题。文章主要介绍了大规模风电并网引起的电力系统运行与稳定问题及其相关技术解决措施,主要包括大规模风电并网对电压的影响及风电场的电压控制问题;大规模风电并网对稳定性的影响及风电机组低电压穿越能力的问题;大规模风电并网对调度运行的影响和风电功率预测的必要性3方面的内容,并针对每一个问题提出了相关的应对策略。     

风力发电引起的电压波动和闪变

并网风电机组在持续运行和切换操作过程中都会产生电压波动和闪变,对当地电网的电能质量有不良影响。从并网风电机组输出的功率波动出发,分析了风力发电引起电压波动和闪变的主要原因。介绍了关于并网风电机组电能质量的国际电工标准IEC 61400-21,给出了风电机组在持续运行与切换操作期间引起的闪变值和相对电压变动的计算公式。然后综述了有关风力发电引起的电压波动和闪变的计算方法和影响因素等方面的研究成果,最后展望了未来的研究方向和研究重点。     

风电集中并网运行对系统电压稳定性的影响研究

风力资源的不确定性和风电机组本身的运行特性使风电机组的输出功率随之变化,对电力系统来说相当于一个大的扰动。随着风电穿透功率的逐步增加,大规模风电并网运行的电压稳定性问题亟待研究。利用Matlab／Simulink建立风电场仿真模型,详细分析了不同风速模型、风电场装机容量及短路故障切除时间下风电场对电压稳定性的影响。把静止同步补偿器（StaticSynchronousCompensator,STATCOM）应用到风电场中,仿真结果表明,STATCOM可以改善风电场的电压稳定性,提高了风电机组的低电压穿越能力,确保风电机组连续运行及电网安全稳定。     

近海风电场接入对地区电网电压的影响和允许接入规模

近海风电场接入本地电源支撑不足的地区配电网时,风电出力波动引起的系统电压波动将是主要制约条件。文中研究近海风电场接入对地区电网电压波动的影响。首先,针对风电场定功率因数和定电压两种无功控制模式,推导了风电功率波动与接入点电压波动的量化关系。在此基础上,基于电压允许波动范围约束,建立了风电接入规模与节点短路容量的函数关系。在PSCAD/EMTDC中搭建近海风电场并网系统模型,对不同系统短路容量下风电场的最大并网容量进行了仿真测试,并与理论推导进行对照。最后通过珠海桂山风电场实际工程的仿真测算验证了模型的有效性。     

STATCOM-感应电机风电场并网发电系统的仿真分析

感应电机作为发电机在风电、水电、汽车等应用领域具有潜在优势,得到了越来越广泛的研究和应用。在描述感应电机自励发电与并网发电的原理基础上,采用MATLBA/SIMULINK分析了一种采用STATCOM作为感性无功补偿器的感应电机风电场并网发电系统,解析了该系统的各个组成部分和工作原理,结果表明采用STATCOM作为感应电机无功补偿装置的风力发电系统具有结构简单、控制容易和成本低廉的优点。     

并联储能系统平抑风电功率波动的仿真研究

分析了sTATcoM／BEss的工作原理,建立了STATCOM／BESS的数学模型,设计了基于电流解耦控制策略的控制框图,利用Matlab／simulink仿真证明sTATcoM／BEss平抑风电功率波动的有效性。     

线电压补偿型动态电压调节器(DVR)的原理与实现

该文提出了基于线电压补偿的三相动态电压补偿器拓扑结构。给出了补偿算法及控制方式。解决了锁相、电压不平衡补偿、电压有效利用、低通滤波、电压泵升等技术问题。通过动态电压波动补偿示例，说明论文所实现的DVR样机的有效性。     

采用STATCOM改善笼型机风电场性能的机理分析与实验研究

由湍流、风剪切和塔影效应等引起的电压波动、闪变以及低电压穿越能力成为制约笼型风电机组并网发电的主要因素。对静止同步无功补偿器(static synchronous compensator,STATCOM)改善笼型机风电场性能的机理进行了深入分析,并通过电网故障清除后发电机的转矩转差率曲线量化了STATCOM容量对风电场低电压穿越能力的影响。在实验室环境下搭建了包括STATCOM、笼型风电机组和电网的模拟装置的实验平台。STATCOM装置的硬件主要包括主电路、软起动电路和基于数字信号处理器(digital signal processor,DSP)控制系统的检测、驱动隔离等硬件电路;风力机模拟器选用PC机和Matlab实时软件作为控制平台,可以很容易地实现风力机特性及模拟风速变化等自然条件。实验结果验证了STATCOM能够减小公共连接点(point of common coupling,PCC)电压波动,改善笼型风电机组的电能质量。     

风电以微网的形式并入智能电网的研究

智能电网以自愈、清洁、经济等优点成为了今后电网发展的一个重要趋势。随着常规能源的日益减少,风力发电将会在智能电网中起着越来越重要的作用,但是风电无法像常规电源一样由输电网调度中心集中调度和控制,需要一种新的并网方式解决风电输出功率波动而带来的频率和电压的偏差。提出了一种把风电以微网的形式并入智能电网的策略,在Matlab/Simulink的环境下进行了仿真,仿真结果证明了所提出方法的可行性和有效性。     

电网电压不平衡时全功率风电并网变流器的控制策略

电网电压不平衡条件下,电压负序分量将导致直驱式永磁同步风电机组（permanentmagnetsynchronousgenerator,PMSG）全功率并网变流器的直流侧电压出现2倍电网频率的谐波,长期处于此工况下将显著影响直流侧电容的使用寿命,危及机组的稳定运行。建立了电网侧变流器的数学模型,在计及并网阻抗对有功功率影响的基础上,提出了一种以增强直流侧电压稳定性为目标的控制策略。其中,电网侧变流器正负序电流指令通过保证直流侧电容及并网电抗器之间无2倍频振荡的有功功率流得到,指令的计算无需求解复杂的高阶矩阵,也没有引入更多的变量。由直驱式永磁同步风电机组的仿真结果验证了所提出的电压控制策略的有效性。与传统的平衡控制策略相比,这种控制策略能在实现直流侧电压稳定控制的同时,使输出至电网的有功功率2倍频波动得到有效抑制,提高了该型机组不平衡电网电压条件下不问断安全稳定运行能力。     

双馈风力发电系统空载并网控制与实验研究

为避免发电机在并网时发生的电流冲击,并使其安全平稳地接入电网,在分析双馈变速恒频风力发电机组工作原理及其数学模型的基础上,将矢量变换控制技术应用到双馈发电机并网控制中,提出了一种基于电网电压定向的空载并网控制策略,采用了一种新型软件锁相环(SPLL)以实现对电网基波电压正序相位的快速跟踪.搭建了3 kW风力发电实验平台...     

用于风力系统电压波动控制的STATCOM研究

本文研究了采用STATCOM 抑制风电场电压波动的相关问题。Matlab/simulink和PLECS软件平台中建立了完整的风力发电系统动态时域仿真模型。对风电场电压波动及三电平中点箝位变换器(NPC)的控制等问题进行了仿真,通过仿真计算验证了三电平变换器用于风力发电系统电压波动抑制的有效性。     

双馈型风力发电系统MPPT控制方法研究

为了最大限度地利用风能,针对双馈变速恒频风力发电系统,分析了风力机特性及最大风能捕获原理.在基于电网电压定向的矢量控制的基础上,提出了一种新的无需检测风即可实现最大功率点跟踪(MPPT)的控制方法.该控制方法以发电系统输出功率最大为目标,能够实时追踪最大功率点( MPP)且不依赖风力机最佳功率特性曲线,实现了发电机输出有功和无功功率的解耦控制,并构建了风力发电模拟平台进行实验验证,结果证明了该控制方法的正确性与有效性.     

大容量风电场接入后电网电压稳定性的计算分析与控制策略

由于风电场容量较大,并位于电网末端,可能会对电网的电压稳定性产生较大的影响。为保证风电场投入后的安全,按大干扰下风功率的转换特性及异步发电机的运行特性建立了风电场与相关电网的数学模型,计算了风电场与相关电网发生短路故障后的电压稳定性。通过数值仿真计算,揭示了风电场接入导致电网电压稳定性被破坏的机理,指出机组转速是影响风力机和异步发电机这两个能量转换器工作特性的关键参数,控制风电场内风机的速度增量是保持大容量风电场接入后电压稳定性的关键,靠近故障点的风电单元容量、故障点位置和故障持续时间是影响短路后电压稳定性的主要因素,并提出了大容量风电场接入后保证电网电压稳定性的策略与措施。     

电网波动下双馈风力发电励磁系统的仿真分析

针对电网波动中风力发电励磁系统出现的过电压、过电流问题,以一台6极3.5kW绕线式感应发电机为例,采用有限元方法计算电机的参数,建立了基于matlab并网运行的双馈感应发电机的仿真模型;并在传统的矢量控制基础上,将电网电压及定子磁场电流的动态变化引入系统,采用外环功率控制及内环电流控制的双闭环调节方式,建立了考虑电网波动下定子磁链定向的矢量控制系统模型并进行了仿真,仿真结果表明系统具有良好的动态响应能力,能够很好地实现在风力机最佳功率曲线上运行的可能性,满足变速恒频及有功功率和无功功率的解耦控制;通过与不考虑电网波动的情况进行对比,得出系统具有很好的抑制过电流能力的结论,为励磁系统的设计提供了一定的理论基础。     

TSMC励磁的风力发电系统空载并网控制

双级矩阵变换器(TSMC)存在中间直流环节,但不包含大容量直流环节储能电容,引入TSMC作为双馈风力发电系统的励磁电源。根据交流励磁变速恒频风力发电运行的特点,将电网电压定向的矢量控制技术应用在双馈发电机的并网控制上。根据电网电压和电机转速来调节转子的励磁电流,使双馈风力发电机定子电压跟随电网电压,从而减少并网时的冲击电流。实验结果表明,TSMC励磁双馈风力发电系统并网冲击电流较小,控制策略可行。     

利用风力发电机的无功功率补偿风电场无功损耗

我国风电场内无功补偿的方式是在风电场汇集站内装设集中无功补偿装置,这造成风电场无功补偿的投资很大。文章结合工程实例,通过对不同发电量下风电场的无功损耗和电压波动情况进行计算,提出利用风力发电机的无功功率可基本实现风电场的无功平衡,风电场母线电压的变化是无功补偿设备选型的依据,对于发电量变化引起的母线电压变化不超出电网要求的风电场,应利用风力发电机的无功功率减小汇集站内无功补偿装置的容量,降低无功补偿的投资。     

Voltage regulation in MV networks with dispersed generations by a neural-based multiobjective methodology

This paper puts forward the role of learning techniques in addressing the problem of an efficient and optimal centralized voltage control in distribution networks equipped with dispersed generation systems (DGSs).     

直驱式风力发电系统并网逆变器控制策略研究

在风力发电网侧逆变器动态数学模型基础上,采用空间矢量脉冲宽度调制(SVPWM)方式和电网电压合成矢量定向,实现了电流有功分量和无功分量的解耦及功率因数的可调控制.对该设计方案进行了动态响应过程的试验研究.试验结果表明,系统动态响应快,性能和电流正弦度良好,谐波分量小,同时验证了该方案的可行性和正确性,为直驱式风力发电系统的进一步研究提供了町靠的理论依据.