基于混合储能的VSC-HVDC在风电功率平衡中的研究

风能是一种间歇式的能源,大规模风电并网对电网的发展有重要意义,但对并网技术提出了更高的要求。根据柔性直流输电系统的数学模型,应用DC/DC变换器控制储能装置与电网系统功率的双向流动。送端换流站的解耦控制器实现了风电场输出功率的独立控制,受端换流站则采用储能装置充放电功率偏差值,以作为直流电压控制器附加信号的控制策略。在Matlab/Simulink平台对风电场经有源型柔性直流输电系统接入电网进行仿真分析,结果表明该方案能保持受端交流母线功率稳定。     

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。     

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。     

风电经柔性直流并网的暂态稳定性分析

风电经柔性直流并网获得业界的关注和认同,而处于电网末端的风电场通过柔性直流并网,改变了系统接线方式和运行特性,必然会影响系统暂态电压稳定性和频率稳定性。为此,在研究多端柔性直流模型及其控制策略的基础上,以南澳多端柔性直流输电系统为研究对象,电磁暂态仿真分析了换流站与风电场之间的相互影响和换流站故障对近区电网的影响。结果表明:(1)风电经柔性直流并网有助于改善系统稳定性;(2)多端柔性直流系统具有更高的运行灵活性,适合分布式发电多点接入。     

柔性直流接入对弱受端电网恢复特性的影响及优化措施

随着柔性直流输电系统电压等级和输电容量不断提升,采用电压源型换流器的柔性直流输电技术在我国得到了大量应用,同时其对电网的影响也进一步增强。文中基于PSD-BPA机电暂态仿真软件中新开发的计及故障穿越策略的柔性直流控制系统,比较了不同直流接入方案下弱受端电网受扰恢复特性的差异。在此基础上,分析了柔性直流控制方式、直流传输功率大小以及故障穿越控制策略等因素对换流站动态有功和无功功率特性的影响。最后针对西藏弱受端电网电压稳定问题提出了优化方案,仿真结果表明优化柔性直流故障穿越控制关键参数可以改善弱受端电网故障后的恢复性能。     

基于V-I特性的多端柔性直流输电系统的控制策略

针对典型的分布式电站如大型海上风电场的柔性直流输电接入和控制问题,本文建立了一个具有两个发送端和两个接收端的多端柔性直流输电系统,说明了针对该多端直流输电系统的框架结构与运行原理,给出了一种各个换流站之间的协调控制策略.该控制策略对送端换流站采用定交流电压与定频率控制,对受端换流站,通过分析其直流网络特性,并基于受端换流站的电压-电流(V-I)特性曲线,得到了各受端换流站吸收的功率之比与其V-I特性曲线的斜率之间的关系.在此基础上提出了一种在电压外环采用比例控制的方法,推导得出了比例系数与受端换流站的V-I特性曲线的斜率之间的关系,给出了调节功率分配的方法.通过PSCAD/EMTDC仿真验证了该控制方法的正确性,仿真表明该控制方法具有良好的稳态特性和动态性能.     

多端柔性直流输电系统接入某海岛电网的研究

多端柔性直流输电系统是理想的风电场与电网的联接方式。根据规划,将在某海岛建设多端柔性直流输电工程。岛上风电场及岛上负荷将经交直流混合输电线路与陆上交流电网实现互联,电网运行特性复杂。根据建设坚强智能电网的要求,需详细分析多端柔性直流输电系统的接入对电网影响。在PSCAD/EMTDC中搭建含多端柔性直流输电系统的交直流混合输电模型,分析混合输电方式下电网运行的稳定性。仿真结果表明多端柔性直流输电系统的接入增强了风电场出口处电压的稳定性,确保了风电的可靠输出。若交流线路由于故障或检修退出运行,与其并列运行的换流站改变功率传输模式,承担整个风电场功率的传输,提高了系统运行的稳定性。     

柔性直流接入对弱受端电网恢复特性的影响及优化措施

随着柔性直流输电系统电压等级和输电容量不断提升,采用电压源型换流器的柔性直流输电技术在我国得到了大量应用,同时其对电网的影响也进一步增强。文中基于PSD-BPA机电暂态仿真软件中新开发的计及故障穿越策略的柔性直流控制系统,比较了不同直流接入方案下弱受端电网受扰恢复特性的差异。在此基础上,分析了柔性直流控制方式、直流传输功率大小以及故障穿越控制策略等因素对换流站动态有功和无功功率特性的影响。最后针对西藏弱受端电网电压稳定问题提出了优化方案,仿真结果表明优化柔性直流故障穿越控制关键参数可以改善弱受端电网故障后的恢复性能。     

混合三端直流输电系统在风火打捆并网中的应用及其控制策略

针对大规模风电外送可靠性问题,提出风火打捆经混合三端直流输电并网系统拓扑结构并设计各换流器的控制策略。混合三端直流输电系统的发电端由两个自然换相(LCC)整流器组成,受端由一个电压源型逆变器(VSC)与外电网相连。风电场群侧LCC1换流器采用定有功功率的控制策略,可以追踪最大功率;火电厂侧LCC2换流器采用定直流电流控制策略,可以平抑风功率波动。受端换流站控制器VSC采用定直流电压和定无功功率控制策略,能有效应对换流站侧交流系统短路故障和负荷突变等工况。仿真结果表明所提控制方案的有效性。这种输电模式能够综合利用常规直流输电和轻型直流输电各自的优点,有效扩展常规风火打捆直流输电系统的适用范围。     

考虑大规模海上风电接入的多电压等级直流电网运行控制策略研究

海上风电场功率送出需求使得新型直流输电技术成为研究热点之一。我国海上风电多分布在风电资源较为丰富的深海区域,海上风电场和陆上受端站分布较为分散,为实现大规模远距离多区域海上风电功率的有效传输,提出多电压等级直流电网传输方法。文中设计并重点研究一个三电压等级五端直流电网的拓扑结构,并对所研究的3种运行工况,即海上风电功率波动,陆上电网功率需求波动及陆上换流站退出运行,提出相应的直流电网运行控制策略。通过PSCAD/EMTDC仿真软件建立该直流电网的仿真模型,并对所研究的运行工况进行仿真分析。仿真结果证明所提出的控制策略是有效的,该直流电网电压及功率可灵活控制,直流电网运行稳定可靠。该研究也为未来直流电网的互联提出了一种可行的解决方案。     

一种多风电场多端柔性直流输电的模拟电源控制

基于电压源换流器(VSC)的多端直流输电(VSC-MTDC)是风电场群接入电网的一种优选方式。对于多个风电场由VSC-MTDC并网,提出了一种新的VSC-MTDC模拟电源控制并应用了一种VSC-MTDC星形拓扑结构。该方法将VSC-MTDC的风电场侧换流器交流母线控制为定电压幅值、频率和相角的电源点,对风电有功实现了随动控制。拓扑结构中风电场侧换流器共用一条直流通道输电并将其中一侧换流器直流母线用作汇流点。一种新的直接电流矢量控制应用于电网侧换流器来控制直流电压。3个风电场4端VSC-MTDC的PSCAD/EMTDC仿真验证了拓扑结构可行且控制方法正确有效。     

电压源换流器型直流输电技术综述

电压源换流器型直流输电采用可关断电力电子器件和PWM技术,是新一代直流输电技术,它能弥补传统直流输电的部分缺陷,其发展十分迅速。为了进一步推动电压源换流器型直流输电在电力系统中的研究和应用,结合ABB公司几个典型应用工程,在详细介绍电压源换流器型直流输电的系统结构、基本工作原理和与传统直流输电相比的技术优势的基础上,对电压源换流器的拓扑结构、控制与保护策略、开关调制方式等技术问题的国内外研究现状进行了评述。分析表明:在工程应用中,通常从优化系统运行、可靠性、安全性和经济性等角度出发,选择结构简单的电压源换流器主回路结构,并采用能降低开关损耗的开关调制方式。最后就我国开发电压源换流器型直流输电技术提出了需要重点研究的几个关键领域。     

多端柔性直流输电系统在风电场中的应用

基于电压源型换流器(voltage source converter,VSC)的多端直流输电系统(VSC-MTDC)是理想的风力发电与电网联接的输电方式。分析基于双馈感应发电机的风电场输出特性以及VSC-MTDC的基本原理与控制方法,提出适用于风电场的VSC-MTDC系统的多点直流电压控制策略。利用PSCAD/EMTDC对该控制方法进行仿真,结果表明,该控制方法能实现定功率与定直流电压控制模式间的自动转换,确保定直流电压控制的换流站故障退出以及其他故障后直流电压的稳定控制与风电场的可靠输出。     

风电场下储能式高功率型DVR优化补偿策略研究

在风电场并网运行时,电力系统面临组网重构时的PV节点暂态稳定、电能质量和容量协调运行机制变差等负面问题。针对并网型风电系统常用无功补偿装置进行低压穿越以向电网注入友好风能的特点,构建了一种超级电容储能式高功率型动态电压恢复器(DVR),对电网调度值和风电场输出功率进行监测,由高功率型DVR协调功率控制。相比于传统储能式DVR,大幅降低了风电场并网母线点的谐波含量及储能装置容量。在Matlab/Simulink中搭建的仿真模型及小型实验验证了风电场下该DVR拓扑结构及其控制策略的正确性和有效性。     

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。     

受端多端的混合直流系统输送风电的控制策略研究

目前大规模风电场均采用风火打捆直流孤岛外送的输送方式,而对于没有风火打捆条件的风场,特别是海上风电场,采用风火打捆方式输送风电将会大大增加投资,甚至是不可行的。考虑到晶闸管器件在整流侧的优点以及在逆变侧容易发生换相失败故障,结合IGBT的全控特性,提出了受端多端的混合直流系统输送风电的控制策略。该策略整流侧采用传统直流器件,逆变侧采用VSC器件,根据两者之间的特性,给出了拓扑图和控制流程图,提出了主从控制方式。该策略既充分利用了整流侧传统器件的容量,也利用了VSC的可控特性,从而实现将波动的风电输送至负荷中心。某实际风电场的规模数据搭建了仿真模型,并对仿真结果进行分析。仿真结果验证所提策略的有效性。     

Grid Integration of Large DFIG-Based Wind Farms Using VSC Transmission

This paper describes the use of voltage source converter (VSC)-based HVDC transmission system (VSC transmission) technology for connecting large doubly fed induction generator (DFIG)-based wind farms over long distance. The operation principles of the proposed system are described, and new control strategies for normal and grid fault conditions are proposed. To obtain smooth operation, the wind farm side VSC (WFVSC) is controlled as an infinite voltage source that automatically absorbs power generated by the wind farm and maintains a stable local ac network. Fault ride through of the system during grid ac faults is achieved by ensuring automatic power balancing through frequency modulation using WFVSC and frequency control using DFIG. PSCAD/EMTDC simulations are presented to demonstrate robust performance during wind speed and power variations and to validate the fault ride through capability of the proposed system.     

VRB储能系统对风电场LVRT特性影响分析

为满足电网规定的并网风电场必须具有低电压穿越能力（LVRT）要求,提出一种在风电场并网点加入直接功率控制的钒液流电池（VRB）储能系统的拓扑结构来提高风电场LVRT.根据目前风电机组发展趋势风电场采用基于全功率双脉宽调制AC/DC/AC控制策略的逆变器的永磁直驱风电机组（PMSG）,VRB储能系统逆变器采用DC/AC双向功率流动的控制策略.所提出的控制策略通过协调控制风电机组机侧整流器、网侧逆变器和VRB变换器,实现平抑风电场出力和电压跌落时PCC点电压稳定控制及向电网提供一定的无功补偿.仿真结果表明,风速波动和系统电压跌落时,提出的方案可以有效平抑风电场出力波动,提高风电场LVRT能力,减小对系统安全稳定运行的负面影响.