风电场有功功率控制策略研究

风电场传统的有功功率分配以平均分配为主,未能充分考虑风电场内机组的运行信息。对此,提出了一种基于机组分类的有功功率控制策略,即根据风电机组的出力特性、运行状态和功率预测等情况对风电机组进行分类,按不同类型风电机组升降功率能力的不同,依次对每类机组进行控制,从而提高风电场有功功率输出的准确性和响应速度。通过仿真分析,所提风电场有功功率控制策略能够较好地协调风电场有功出力。     

基于优先顺序法的风电场限出力有功控制策略

随着风电并网容量的增加,风电场应具备有功功率调节能力,能根据电网调度部门指令控制其有功功率输出。结合甘肃酒泉风电基地集群风电有功控制系统的实际需要,以实现最大风能利用、避免风电场频繁起停为目标,基于经典优先顺序法提出了一种应用于变速恒频风电场的限出力有功控制策略。针对风电场限出力控制需要,设计了风电场层有功功率控制框架及限出力控制流程,综合考虑场内风电机组的预测信息、运行状态与控制特性,建立了以风电机组调节性能指标为排序指标的风电场限出力控制序列,进而基于此控制序列,给出了风电场限出力有功分配方法。最后,通过算例验证了所提方法的正确性和有效性。     

基于DFIG机组转子动能的风电场有功功率优化分配方法

由于风速的波动性,风电场需要找出一种控制方法以稳定其有功功率输出。在分析了现行的控制策略对风电场有功波动的抑制能力的基础上,根据双馈风电机组的运行特性,提出主动控制风机转子转速和桨距角的方式进行有功功率分配,进而达到平稳风电场有功出力的目的。控制策略以优化整个风电场的转子中储存的总动能的方法提高风电场有功功率的输出稳定性,并利用粒子群算法求解该优化问题。通过仿真,验证了该有功功率分配策略可以平抑风电场有功功率波动,提高风电场的有功输出稳定性。     

基于DFIG机组转子动能的风电场有功功率优化分配方法

由于风速的波动性,风电场需要找出一种控制方法以稳定其有功功率输出。在分析了现行的控制策略对风电场有功波动的抑制能力的基础上,根据双馈风电机组的运行特性,提出主动控制风机转子转速和桨距角的方式进行有功功率分配,进而达到平稳风电场有功出力的目的。控制策略以优化整个风电场的转子中储存的总动能的方法提高风电场有功功率的输出稳定性,并利用粒子群算法求解该优化问题。通过仿真,验证了该有功功率分配策略可以平抑风电场有功功率波动,提高风电场的有功输出稳定性。     

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。     

储能型风电场一次调频容量优化与风电功率协调分配

考虑到风电场与储能多方面的成本,提出了一种基于分层架构的风电与储能协同参与一次调频的容量优化方法及相应的风电功率协调分配方法。在系统规划层,基于多时间尺度模型,分析了全年风电场的运行特性和一次调频备用需求,通过机会约束规划配置储能容量,并通过对单个预测时段调频成本的优化,确定风电备用的最优减载率与储能调频最优出力;在风电场控制层,通过分布式控制将风电场减载需求按比例分配至不同风速的机组,无需集中控制器便实现了功率的协调分配。算例仿真结果表明所提方法能够在提高储能型风电场调频经济性的同时,使全风速工况的风机参与备用功率的协调分配。     

基于实测数据的大型风电场功率模型研究

大型风电场的装机容量已成为风功率波动影响电网安全稳定运行的一个重要因素。针对该问题并结合实测数据,提出基于最大风速的风电场输出功率时序特性建模方法。根据风电机组等效出力模型,引入风能利用系数评价不同机组出力的相互影响,在此基础上建立最大风速条件下的等效风能利用系数矩阵,通过拟合法构建风能利用系数的分布函数相并确定其相关参数,建立风电场输出功率等值模型。对实际风电场进行建模仿真,结果表明考虑风电场时序分布特性的机组功率模型能够准确反映该风场的出力特性,并能有效利用当地风能资源。仿真结果与实测数据的对比结果验证了所提方法的正确性与合理性。     

串并联型风电场机组的过电压协调控制

同一串联簇中机组运行于不同风速时,采用传统的最大功率追踪控制存在过电压、过调制问题。针对该问题,提出一种适用于串并联型风电场机组的过电压协调最大功率追踪控制策略。通过设定合理的直流母线上限值Umax,结合功率-电压协调控制调节处于高风速机组输出的功率,使任何状态下机组直流母线电压都被钳制在安全范围内。最后,在Matlab/Simulink搭建控制算法仿真模型,对传统过电压控制方法与本文所提策略的仿真结果进行对比分析,结果证明了所提出策略的可靠性和实用性。     

大型风电机组机组层AGC控制策略研究

针对传统控制策略下的风电机组输出波动性大、随机性强,需其他设备协调风电场出力的缺点,提出一种机组层WT-AGC控制策略,并对该控制策略的工作原理进行了详细的分析。在考虑风电机组运行状态及风电场调度要求的基础上,将WT-AGC策略下机组运行方式分为2种:调度指令高于机组最大出力能力的常规运行和调度指令低于机组最大出力能力的限功率运行。通过风电机组转速调节和变桨距机构动作配合,实现风电机组输出稳定,满足风电场调度要求,并对某实际双馈风电机组进行了仿真。结果表明该控制策略不但可以实现风电机组的可调度输出,而且提高风电机组并网后的功率稳定性,验证了所提策略的正确性。     

基于尾流效应的风电场最大出力优化控制

当前单台风电机组普遍采用最大风能捕捉方案,往往因忽略尾流效应而未能实现整个风电场的出力最大,故有必要提出一种考虑尾流效应的风电场最大出力优化控制方案。文章采用了Park尾流模型,重点研究了风电场功率分配优化策略,该策略通过内点法调整尾流效应下各机组的轴向诱导因子,进而协调优化机组的有功功率。针对不同的风速区域设置相应的控制策略,从而构建了优化控制方案的基本框架。给出了方案的具体思路,并以江苏某海上风电场为例,对比传统的最大风能捕捉方案,验证了所提方案的有效性。     

Output power leveling of wind turbine generators using pitch angle control for all operating regions in wind farm

Effective utilization of renewable energies such as wind energy instead of fossil fuels is desirable. Wind energy is not constant and windmill output is proportional to the cube of the wind speed, which causes the generated power of wind turbine generators (WTGs) to fluctuate. In order to reduce the output power fluctuation of wind farms, this paper presents an output power leveling control strategy for a wind farm based on both the average wind farm output power and the standard deviation of the wind farm output power, a cooperative control strategy for WTGs, and pitch angle control using a generalized predictive controller (GPC) in all WTG operating regions. Simulation results using an actual detailed model for wind farm systems show the effectiveness of the proposed method. © 2007 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 158(4): 31– 41, 2007; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience. wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20448     

大型风电机组限功率运行特性分析及其优化调度

近年来大量风电场的并网给电网安全运行带来困难,为此电网调度部门对所辖风电场提出了严格的限发要求。变速风电机组需要从传统的最大风能利用运行模式向限功率运行模式转变,由于风力机功率特性具有强非线性,运行模式的改变对风电机组以及风电场的控制策略提出了更高的设计要求。提出了一种考虑风电机组限功率运行状态优化的风电场功率调度策略。首先,基于小扰动分析方法分析了限功率运行下风电机组非线性模型的稳定特性;然后,提出了一种限功率运行状态评价指标;接下来,建立了风电场功率调度多目标优化模型,并基于遗传算法设计了求解策略。最后,结合实际算例验证了所提调度策略的有效性。     

基于实际运行数据的风电场功率曲线优化方法

根据风电场的实际运行数据分析风电场风速与风电场输出功率的统计规律,在传统风速区间划分的基础上提出一种风电场功率曲线的优化方法,通过对每个风速区间分配等量的历史观测数据,采用分段最小二乘线性回归方法对风速与输出有功功率之间的关系进行拟合,建立了风电场基于实际运行数据的优化功率曲线,并利用风电场实测数据对优化功率曲线进行验证分析。算例结果表明,风电场功率曲线优化方法精度较高,能够更准确反映风电场实际运行特性,可为风电场运行特性分析及并网研究提供参考。     

Output power control of wind turbine generator by pitch angle control using minimum variance control

Effective utilization of renewable energies such as wind energy as a replacement for fossil fuels is highly desirable. Wind energy is not constant and wind generator output is proportional to the cube of the wind speed, which causes the power output of wind turbine generators (WTGs) to fluctuate. In order to reduce output power fluctuations of wind farms, this paper presents an output power leveling control strategy for wind farms based on both the mean and the standard deviation of wind farm output power, a cooperative control strategy for WTGs, and a pitch angle control method using a generalized predictive controller (GPC) intended for all operating regions of WTGs. Simulation results using an actual detailed model for wind farm systems show the effectiveness of the proposed method. © 2005 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 154(2): 10–18, 2006; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20247     

大型并网风电场储能容量优化方案

为减少大型并网风电场输出功率不稳定给系统频率造成的较大影响,在Matlab平台中仿真了风电机组输出功率随风速变化的规律,以风电机组输出功率特性函数和风电场风速概率分布函数为基础,提出了一种计算大型风电系统长时间稳定输出所需储能容量的方法,并用实际风电场数据验证了该方法的有效性,以期为风电场设计提供决策参考。     

改善接入地区电压稳定性的风电场无功控制策略

针对大规模风电场接入电网带来的电压无功问题,提出一种改善接入地区电压稳定性的变速恒频风电场无功控制策略,在系统发生扰动时,以接入点为电压控制点,扰动前的稳态电压为控制目标,动态调节风电场输出无功功率,维持接入点电压水平。实际应用时,该策略利用系统部分雅可比矩阵推导风电场的电压无功灵敏度信息,并根据风电场的无功输出能力计算风电场无功调整量,同时通过设置控制死区和延时,避免了风电机组的频繁调控。仿真算例表明,采用所提策略能够充分发挥变速恒频电机风电场的快速无功调节能力,有效抑制风速扰动、负荷变化等因素引起的电压波动,维持接入地区电网的电压稳定性。     

直驱式风电场功率协调控制策略

针对因风速扰动、负荷变化等引起的缓慢且幅度较大的电压波动,提出了一种基于直驱式风电场的功率协调控制策略。通过调节桨距角降低有功出力,从而增加风电场无功功率的调节能力,维持风电场出口电压水平,从而预防或避免由于电压偏差较大引起风电机组进入低电压穿越模式,造成其对电网更大的冲击。仿真结果表明,上述方法能够合理协调控制风电场的有功和无功出力,有效为风电场出口电压提供无功支持,从而维持接入点电压的稳定性。     

基于配电网无功优化的变速恒频双馈风电机群控制策略

针对接入地区配电网络的大规模变速恒频双馈风电机群与系统运行状况,基于单台风电机组的分段分层控制及配电网的无功优化思想,提出了变速恒频双馈风电机群并网运行的实时控制策略。并以北方某风电场及其接入系统为例,针对风速发生渐变扰动及系统侧某节点发生无功突变2种情况,对风电机群及其接入系统在该控制策略下的运行特性和关键节点的电压特性进行了仿真和分析。仿真结果说明该控制策略不但能保证风电机群最大限度地、安全地捕获风能,同时也能充分发挥机群的无功调节能力,平衡无功扰动,提高风电机群和接入系统的电压稳定性,实现全网的无功优化。     

Electrolyzer switching strategy for hydrogen generation from variable speed wind generator

This paper presents a new switching strategy for electrolyzer used in hydrogen generation which is connected to the terminal of a wind farm. The output of wind generator, in general, fluctuates greatly due to the random wind speed variations, which has a serious influence on the power system operation. In this study, the wind farm is composed of variable speed wind turbines (VSWT) driving permanent magnet synchronous generators (PMSG). The hydrogen generator (HG) is composed of rectifier and 10 electrolyzer units where each unit is controlled by the chopper circuit. To smoothen the wind farm line power, at first, a reference for the line power is generated from the difference of exponential moving average of wind farm output and its standard deviation. Then the switching strategy is developed in such a way that the proposed cooperative system can smoothen the wind farm line power fluctuation as well as generating hydrogen gas absorbing the fluctuating portion of wind farm output that lies above the reference line power. This novel switching strategy helps each electrolyzer unit working in full load and shift operation conditions and hence increases its lifespan and efficiency. The performance of the proposed system is investigated by simulation analyses, in which simulations are performed by using PSCAD/EMTDC.