大规模并网风电场的无功电压紧急控制策略

近年来频发大规模风电机组连锁脱网事故,需要深入研究事故发生的机理以及防御该类事故的措施和方法。文中首先基于实际风电外送电网拓扑和参数建模,仿真重演了风电机组连锁脱网事故的暂态过程;分析了该暂态过程中风电机组和无功补偿装置的动态无功响应能力。提出了综合考虑以上动态无功响应能力的大规模风电场全过程无功电压紧急控制策略:在电压跌落期间,风电机组网侧变流器基于电压变化量提供实时动态无功支撑,以缓解电压跌落;在故障切除之前,主动切除部分无功补偿装置来抑制暂态过电压;在故障恢复阶段,根据电压判据重新投入无功补偿装置,为系统提供无功调节能力。最后,通过仿真验证了所述策略的可行性和有效性。     

基于风电变模式运行与OLTC协调的配电网电压控制策略

有分散式风电接入的配电网易出现电压越限。提出了一种提高风电机组无功调节能力与采用有载调压变压器(OLTC)进行电压调整的协调控制策略。首先,介绍了协调控制策略的整体方案,当配电网电压发生越限时,先借助风电机组最大风能追踪(MPPT)控制下无功输出进行快速调压;当无功出力达到极限时,暂时牺牲最大风能追踪,采用增大机组无功出力的无功最大化控制策略;若电压仍未恢复,则通过OLTC调整分接头调压。然后,给出了分散式风电机组的无功电压控制策略;最后,PSCAD仿真结果表明该协调控制策略较好地发挥了分散式风电机组与OLTC协调控制的优势,增强了配电网电压调节能力。     

考虑风电功率预测的分散式风电场无功控制策略

分散式风电接网模式可以解决集中式并网限电等问题,但对配电网传统运行模式带来挑战。为解决其经济稳定运行难题,提出了一种包含无功预测、无功整定、无功分配的三层新型分散式风电场无功协调控制策略。其中,无功预测层利用物理和统计方法组合预测单台机组未来无功输出能力;无功整定层针对有无无功补偿设备,提出风电机组基于电网无功缺额降出力的自身补偿和多时间尺度协调离散补偿设备、静止无功发生器(SVG)与风电机组共同补偿配电网无功需求方法;无功分配层基于风电功率预测无功功率信息,考虑风速波动性,按照优先级动态筛选风电机组,调节其输出功率以跟踪无功补偿指令。工程算例证明了所提策略可以有效提高电压支撑能力,减小风电场损耗。     

直驱永磁同步风电机组高电压穿越技术研究与试验

针对大容量直驱永磁同步风电机组的高电压穿越问题,研究了电网电压升高对全功率变流器母线电压的影响;在风电机组不同的无功输出情况下,分析了机组升压变压器阻抗对并网点电压影响规律。在此基础上,确定了电网高电压故障下无功电流注入的原则,提出了基于变流器动态无功控制的高电压穿越控制策略,并从"高电压判断-高穿执行-高穿结束"3个方面分析了主控系统协调配合机制。在MATLAB中建立了2.5 MW直驱永磁风电机组的仿真模型,实现了风电机组高电压穿越全过程动态仿真;利用电网高电压发生装置,在MW级直驱永磁同步风电机组上进行了高电压穿越现场试验研究,试验结果表明理论与仿真分析的准确性及控制策略的有效性。     

分散式风电场不同时间等级的多目标无功优化控制

针对具有一定动态无功调节能力的双馈式风力发电机组构成的分散式风电场,为解决其经济稳定运行,提出一种包含风功率预测的不同时间尺度多目标无功优化控制方法。考虑风速变化相关性分组-单机预测风电机组无功输出情况,通过风电机组和SVC共同补偿电网无功需求;根据风电预测无功功率信息,采用多目标无功控制快速有效调节其输出功率以跟踪无功补偿指令。为减少风电场内设备动作次数,选取不同时间级的控制,目标为分钟级无功控制以有功网损最小为优化目标,秒级的无功控制以电压偏差最小、电压稳定裕度最大、短时闪变最小为综合优化目标,毫秒级的无功控制以机组变流器的瞬间最大无功支撑能力为优化目标进行无功分配。工程算例证明所提策略有效的降低网损、提高电压支撑能力并保证电网正常的运行。     

故障条件下的风电场无功协调控制策略

电网故障时风电系统的Crowbar装置能够帮助风电机组实现低电压穿越,然而Crowbar的投入使得双馈风电机组要从电网吸收无功功率,延缓电网电压重建的过程。因此,需要在故障时对风电场进行无功补偿。针对这个问题,提出一种新型无功协调控制策略,在电网电压跌落后,根据并网点电压水平以及Crowbar的动作情况,整定风电场的无功调节需求,通过两层无功分配策略,协调双馈风机和STATCOM对电网进行无功补偿,用以支撑风电场并网点电压。采用这种控制策略,不仅可以提高风电机组的低压穿越能力,也减少了无功补偿装置的投入容量,仿真分析验证了所提策略的可行性和有效性。     

基于双馈风电机组的分布式动态无功支撑系统

充分挖掘风电机组的无功电压调节能力对改善电力系统的电压稳定性有重要意义。首先定量分析了实际商用双馈风电机组的无功调节能力及限制因素,指出双馈风电机组具备较强的无功功率输出和吸收能力。继而提出了一种利用双馈风电机组的电力系统分布式动态无功支撑系统的构想及其实现方案。该系统可充分发挥双馈风电机组的动态无功调节能力,有效提高电力系统的动态无功储备,并显著改善双馈风电机组接入电网的电压稳定性。实际浙江电网的仿真结果验证了该技术的可行性和有效性。     

一种PMSG低电压穿越综合控制策略

分析了关于直驱风电机组的不同低电压穿越方法的优缺点,结合直驱风电机组结构特点,提出一种能适应于不同电压跌落情况下的低电压穿越综合策略,即减少发电机出力,将变阻值卸荷电路和桨距角控制相结合,以避免直流电容过电压和发电机超速为原则,确保发电机和变流器的安全运行;网侧逆变器提供无功支持,同时采用基于磁控电抗器(Magnetically Controlled Reactor,MCR)的动态无功补偿装置进行无功补偿。在PSCAD平台上构建基于综合控制策略的直驱永磁风电机组模型,通过仿真验证了不同电压跌落下的直驱永磁风电机组低电压穿越能力,以及综合控制策略的可行性。研究表明低电压穿越综合策略能兼顾提升机组低电压穿越能力和故障穿越结束后风电机组的稳定运行能力。     

提高双馈风电机组动态无功协调控制能力的实验研究

随着风电场规模不断增加,风电机组并网对电网的影响逐渐增大,故充分挖掘风电机组的无功电压调节能力和提高机组的无功响应速度对增强电力系统的电压稳定性具有重要作用。定量分析了蒙西电网某风电场单台双馈感应风力发电机(Doubly Fed Induction Generator, DFIG)的无功电压调节能力及限制因素,根据其单台机组的无功调节机理制定动态无功补偿协调控制策略。若系统无功需求超过DFIG无功出力极限时,在保证机组最大发电效益的基础上,提出基于无功差值的双馈感应风力发电机组有功附加控制。并且通过改进的遗传控制算法辨识得到附加控制器参数,该控制在降低机组最小出力的同时确保提高机组无功出力极限,进而满足系统无功需求。最后通过实验验证了所提出的双馈风电机组动态无功协调控制的可行性和准确性,增强了机组的电压稳定能力。     

大规模风电并网无功电压协调控制策略研究

本文开展了大容量、集团式风电场接入输电网的协调电压控制方法研究。针对双馈风电机组(DFIG)的无功电压控制方式,提出了考虑运行约束的风电机组及风电场无功调节能力计算方法,并提出了基于电压控制器和控制任务协调分配的风电场电压控制策略,使风电场相对电网整体表现为可控电压源;进一步,基于危险节点等值模型,选择控制节点和构建风电网系统协调电压控制模型,并通过在线求解简单的优化问题确定控制量;基于此提出了风电场并网的电压协调控制系统方案,使并网DFIG风电场参与电力系统电压控制。基于典型系统的仿真结果表明,该方案能充分利用系统中的电压支撑能力,提高系统的电压稳定性,能适应风电并网系统在线电压协调控制的要求。     

提升直驱型永磁风电机组故障穿越能力的改进控制策略研究

为了提高直驱型永磁风电机组故障穿越能力,提出一种新的故障穿越策略。通过采用紧急变桨技术,减少故障期间风机的出力,降低直流母线两端的功率不平衡,以限制直流母线过电压。提出一种新颖的控制直流母线侧电容器投切方案,故障期间增加直流电容容量,进一步限制故障期间直流母线电压骤升。充分利用风电机组的无功能力,网侧变流器采用电压控制模式,为系统在故障期间提供无功支撑。给出了详细的故障穿越方案,并在仿真软件DIgSILENT中建立仿真模型,设计了低电压故障和高电压故障两个算例。仿真结果表明,所提出的控制策略可有效的限制故障期间直流母线过电压,为系统提供了足够的无功支撑,协助并网点电压快速恢复,提升了风电机组的故障穿越能力。     

考虑风电机组无功潜力的风电场无功电压控制策略

双馈异步风电机组可以提供无功功率参与电网无功调节,但是其无功功率范围具有不确定性,导致在制定风电场无功电压控制策略时存在困难。对此提出双馈风电场无功支撑范围评估方法,并基于评估结果优化风电场参与电网调压的无功控制策略。首先,基于双馈风电机组有功功率数据,估算出机组的无功功率极限,并分析了风电场的无功容量构成及计算方法。然后,通过两阶段评估方法评估风电场容量。第一阶段获得风电场最大无功支撑范围,第二阶段校验风电场在各种不确定条件下的无功调节能力。在此基础上,以减小风电场节点电压偏差、降低网络损耗和利用风电机组无功潜力为目标,构建多目标问题,并利用优化算法求解。最后,通过算例证明所提控制策略可以在充分利用风电机组无功潜力的前提下,减少风电场节点电压偏差和网络损耗。     

适应多类型故障的双馈风电机组低电压穿越综合控制策略

随着风电机组装机容量的快速增长,电网对风电场的并网要求不断提高。为了实现不同电网故障(对称、不对称)下的低电压穿越(LVRT)及对电网的无功支撑,文中在全面分析目前国内外风电LVRT技术研究现状及不足的基础上,针对双馈风电机组提出了一种集成软、硬件方案的LVRT综合控制策略。该策略中具有优化投切判据的撬棒(Crowbar)保护电路可根据电网故障类型自动判断投入、切出时间,具有更强的灵活性及适用性;增加无功输出补偿目标的网侧变流器不对称控制的软件方案,使双馈风电机组在故障期间具有无功支撑能力。通过电压跌落发生器模拟电网三相短路和两相接地短路,在一台30kW的双馈风电机组试验平台上进行了实验研究,验证了所提出策略的正确性与有效性。     

一种降低风电场功率损耗的无功控制方法

针对配备集中补偿装置SVC的双馈风电机组(DFIG)组成的风电场,提出了一种基于网络损耗最小的无功补偿方案,综合利用风电场安装的SVC无功补偿装置及双馈风电机组的无功调节能力来实现无功优化。风电场自动电压控制系统通过风电场并网点的电压偏差推算出风电场的无功功率需求,根据此时双馈风电机组和SVC无功补偿装置实际无功发生能力,以网络损耗最小为目标函数进行无功分配,通过此分配方法既可以发挥双馈风电机组无功调节能力又可以减小风电场的损耗。仿真结果表明采用所提策略能够有效地减少风电场功率损耗,提高电压稳定裕度。     

分散式风电AVC策略

传统的自动电压控制(AVC)策略主要针对风电场,且其关注点仅仅为并网点或远端单节点电压情况,并不适用于分散式风电,为此提出了改进AVC策略。改进的AVC策略选取配电网电压偏差最严重的节点作为控制节点进行无功整定得到无功指令值。结合分散式风电多点接入的特点并综合考虑多种分配算法,将无功分配算法分为3个层面:不同节点之间按灵敏度大小进行无功指令值分配;同一节点不同机组之间按机组无功容量分配无功指令值;双馈机组内部定子侧优先分配无功指令值。通过算例仿真验证了改进AVC策略的有效性与可靠性。与传统的AVC策略相比,改进AVC策略能够根据分散式风电接入配电网方式较为灵活的特点,充分利用多台风电机组的无功输出能力,有效地改善配电网电压水平。     

基于虚拟同步机控制的双馈风电机组预同步并网策略

采用虚拟同步机控制的双馈风电机组能提高电网惯量和频率支撑能力,成为实现可再生能源友好并网的有效途径之一。基于虚拟同步机控制的双馈风电机组直接参与电网并网时,由于缺少预同步锁相控制,双馈风电机组定子与电网的电压幅值和初始相位可能存在偏差。针对上述存在的并网问题,提出了一种虚拟同步机控制的双馈风电机组无锁相环预同步控制策略。通过在虚拟同步机外环控制中加入频率相位控制器和幅值预同步控制器,可以控制双馈风电机组并网前定子频率、相位和电压幅值与电网相同,并提出在无功功率-电压环中引入虚拟阻抗,实现了双馈风电机组快速地平滑并网。最后,通过理论分析和仿真结果验证了无锁相环预同步控制方案对虚拟同步机控制的双馈风电机组并网的有效性。     

考虑桨距角控制的双馈风电机组高电压穿越控制策略

针对基于传统控制策略双馈风电机组高电压穿越存在超速脱网风险的问题,提出一种考虑桨距角控制的高电压穿越控制策略。高电压穿越期间,一方面通过控制风电机组为电网提供无功支撑;另一方面,当转子转速达到参考值时启动桨距角控制,抑制转子转速上升。仿真结果表明,与传统控制策略相比,所提控制策略可使双馈风电机组在兼顾对电网提供无功支撑和避免转子转速越限两个目标下实现高电压穿越。     

双馈式风电场多阶段无功电压控制策略

为了应对大规模风电接入电网引起的电压稳定问题,提出了一种新型的多阶段无功电压协调控制策略。该策略首先基于风功率预测数据对电容器组的投切进行提前优化;稳态运行时,通过分析双馈风力机的PQ关系曲线,优先调整风电机组无功出力以实现对风电场的无功调控;电网故障时充分发挥静止无功补偿器的调节能力,并在故障切除后限制其出力以避免电压过冲,从而整体上实现无功电压的协调控制。最后以某一风电场系统的仿真结果验证了上述策略的有效性和可行性。     

考虑机组运行状态的海上风电场无功协调控制

针对由具有无功调节能力的双馈风机DFIG(doubly-fed induction generator)组成的海上风电场,结合海上风电场特点和无功补偿配置情况,在考虑风电场内机组crowbar动作情况、机端电压和因尾流效应导致的风速差异对双馈风机动态无功极限影响的基础上,提出在电网电压跌落期间通过调节转子电流,充分利用场内双馈风机的无功协调控制能力进行最大无功支撑实现低电压穿越;在电网电压恢复阶段,控制场内双馈风机快速输出感性无功抑制电网电压骤升,提高了低穿恢复阶段的过电压抑制能力。基于DIgSILENT/PowerFactory仿真平台,搭建风电场协调控制模型验证所提控制策略的效果。仿真结果表明,所提控制策略在电压低跌落状态下可以充分发挥风电机组的无功出力能力,协助电网电压快速恢复,有效提高故障电网的暂态电压水平。     

一种应用于双馈异步风力发电系统高电压穿越的控制策略

文章讨论了电网电压骤升时双馈风电机组网侧和转子侧变流器有功、无功功率的分配原则,给出有功、无功电流的极限表达式,提出一种能有效提供动态无功支持的高电压穿越(high voltage ride-through,HVRT)实现方案。在机组端电压骤升至1.1倍标称值以上时,该方案一方面控制网侧变流器输出与电压骤升幅度相匹配的无功电流,实现母线电压的稳定;另一方面通过优化转子侧变流器有功、无功电流设定,使双馈感应发电机工作在无功支持模式,优先向故障电网输出一定的感性无功功率。仿真和基于东方风电6 MW试验台实验结果表明,该控制方案不仅能确保电网电压骤升期间双馈风电机组的不脱网运行,还能对故障电网提供一定的动态无功支撑,协助电网电压快速恢复,利于其它并网负载的安全运行。