A developed control strategy for mitigating wind power generation transients using superconducting magnetic energy storage with reactive power support

The fast variations of wind speed during extreme wind gusts result in fluctuations in both generated power and the voltage of power systems connected to wind energy conversion system (WECS). This paper presents a control strategy which has been tested out using two scenarios of wind gusts. The strategy is based on active and reactive powers controls of superconducting magnetic energy storage (SMES). The WECS includes squirrel cage induction generator (SCIG) with shunt connected capacitor bank to improve the power factor. The SMES system consists of step down transformer, power conditioning unit, DC–DC chopper, and large inductance superconducting coil. The WECS and SMES are connected at the point of common coupling (PCC). Fuzzy logic controller (FLC) is used with the DC–DC chopper to control the power transfer between the grid and SMES coil. The FLC is designed so that the SMES can absorb/deliver active power from/to the power system. Moreover, reactive power is controlled to regulate the voltage profile of PCC. Two inputs are applied to the FLC; the wind speed and SMES current to control the amount active and reactive power generated by SMES. The proposed strategy is simulated in MATLAB/Simulink®. The proposed control strategy of SMES is robust, as it successfully controlled the PCC voltage, active and reactive powers during normal wind speeds and for different scenarios of wind gusts. The PCC voltage was regulated at 1.0 pu for the two studied scenarios of wind gusts. The fluctuation ranges of real power delivered to the grid were decreased by 53.1% for Scenario #1 and 56.53% for Scenario #2. The average reactive power supplied by the grid to the wind farm were decreased by 27.45% for Scenario #1 and 31.13% for Scenario #2.     

基于光伏逆变器的快速功率控制系统研究及应用

为使新能源功率输出能快速响应系统有功功率和无功功率平衡需求,文中提出光伏电站毫秒级功率控制的系统性方案。首先,基于光伏逆变器的功率快速交换能力,在光伏电站并网点直采电压、电流,实时监测并网点频率和电压变化,根据一次调频参数计算光伏电站有功出力。在此基础上,通过高速环网通信链路群控光伏逆变器进行有功出力,使得光伏电站具备一次调频能力。在无功功率控制方面,文中通过智能多状态序列判别算法实时计算光伏电站并网点对电力系统的阻抗,根据并网点电压波动实时群控光伏逆变器进行无功出力,使得光伏电站具备动态无功响应能力,从而完成光伏电站功率的快速控制。目前该系统已经在淮安金湖光伏电站中试点运行,现场试验数据说明应用文中提出的控制系统可实现一次调频响应时间小于0.15 s,动态无功响应时间小于30 ms的指标,验证了控制系统的有效性和可行性。     

基于STATCOM/ESS的光伏低压穿越控制策略

为了提高光伏并网系统的低压穿越(Low Voltage Ride Through,LVRT)能力,将储能系统(Energy Storage System,ESS)和静止同步补偿器(Static Synchronous Compensator,STATCOM)组成新型功率补偿装置STATCOM/ESS引入光伏并网发电系统。当电网侧发生电压跌落时,STATCOM/ESS不但提供的无功功率可以支撑并网点电压,同时吸收多余的有功功率避免对光伏发电系统的危害,电压恢复后将储存的能量返送回电网,高效利用能源。为便于功率双向流动,STATCOM与ESS之间采用双有源主动桥(Dual Active Bridge,DAB)直流变换器连接。针对DAB变换器,提出一种改进的双移相控制策略,来减小DAB变换器的回流功率。仿真结果表明,提出的控制策略在一定范围内将回流功率限制为零,显著提升光伏并网系统的低压穿越能力,提高光伏并网系统的稳定性,具有良好的灵活性和优越性。     

基于可控超导储能的波动负载补偿

提出了一种应用可控超导储能(SMES)装置对波动负载进行补偿的方法。它可以使电网输入的有功功率保持恒定,同时对负载的无功功率进行补偿以提高功率因数。为了有效地进行功率控制,SMES装置的变流器采用电流源型的拓扑结构并与负载并联连接,同时采用闭环控制方法以提高系统的动态性能。为减小交流电流谐波成分,采用了优化脉宽调制开关策略。最后给出了一套20kJ／15kW SMES装置的仿真和实验结果。     

超导储能改善并网风电场稳定性的研究

建立了风电机组和超导储能(SMES)装置的数学模型以研究SMES对并网风电场运行稳定性的改善.针对风电系统中经常出现的联络线短路故障和风电场的风速扰动,提出利用SMES安装点的电压偏差作为SMES有功控制器的控制信号的策略.对实例系统进行的仿真计算结果表明,SMES采用该控制策略,不仅可以在网络故障后有效地提高风电场的稳定性,而且能够在快速的风速扰动下平滑风电场的功率输出,降低风电场对电网的冲击.     

光伏并网发电系统的低电压穿越控制策略

为提高光伏并网发电系统的低电压穿越能力,提出一种基于电压定向矢量控制的低电压穿越(Low Voltage Ride-Through,LVRT)控制策略。该策略对光伏逆变器进行电压定向矢量控制,实现有功和无功功率解耦,在电网电压跌落期间,采用直流卸荷电路稳定直流侧电压,根据电压的跌落深度补偿一定的无功功率以支撑电压恢复。通过PSCAD/EMTDC软件对采取LVRT控制策略前后的各电气量进行比较分析,结果表明,采用该策略光伏发电系统可以在电压跌落时保持并网运行,并补偿一定的无功功率以恢复并网点电压,实现低电压穿越。     

混合储能提高光伏低电压穿越控制策略的研究

低电压穿越(Low-Voltage Ride Through,LVRT)是影响光伏并网发电系统稳定运行的重要因素。针对这一现状,文中提出了一种混合储能(Hybrid Energy Storage System,HESS)的控制策略来解决,HESS由蓄电池储能系统(Battery Energy Storage System,BESS)和超导磁储能系统(Superconducting Magnetic Energy Storage,SMES)构成。采用低通滤波的方法将不平衡功率分频,为HESS分配功率指令。当光伏并网发电系统正常运行时,HESS用于平抑功率波动。当出现短路故障时,采用无功电流注入的策略使光伏逆变器发出无功功率,此时不平衡功率仅由SMES吸收,BESS不参与运行。通过SMES与光伏逆变器的配合,顺利实现LVRT过程。所提方法能够提高光伏发电系统的低电压穿越能力,减小功率波动对电网的冲击,有一定的实际应用价值。     

主动配电网多级无功电压协调控制研究

分布式光伏大量接入配电网后电压越限问题成为影响电网安全稳定运行的关键因素。为了适应高渗透率、大规模分布式光伏的接入,提高系统调压能力,本文依据主动配电网内调压资源特性的不同,对其进行了分类分级处理,提出了主动配电网多级无功电压控制策略,即分别利用小容量分布式光伏、光伏电站无功、传统VQC装置和光伏电站有功实现系统一、二、三、四级调压。其中,针对小容量分布式光伏所采用的分散式就地控制策略,提出了基于并网点电压和光伏实际有功出力的cosφ(U、P)控制模型。最后,基于改进的IEEE33节点算例进行了仿真,仿真结果表明本文所提出的四级调压策略,充分利用了主动配电网内分散的调压资源,有效减少了VQC装置动作次数,并改善了配电网电压水平。     

基于新型统一电能质量控制器的光伏电站故障穿越技术

近年来,光伏电站低电压穿越技术得到了快速发展,但受限于光伏并网系统电压检测速度影响,光伏电站故障穿越的快速性等问题亟需解决。文中提出一种适用于光伏电站故障穿越的的新型统一电能质量控制器(UPQC)接入结构及控制方法。该型UPQC能够在高电压故障时,通过补偿使光伏电站出口电压稳定在额定值,系统具备高电压穿越的能力,并兼有谐波补偿功能,有助于光伏电站快速响应电网电压波动情况,提升光伏电站故障穿越能力。UPQC可以配合光伏电站在低电压故障时输出无功功率,帮助光伏电站在指定的时间内发出电网需要的无功功率,并且能够在高电压故障时吸收电网无功功率,加速电网电压恢复过程,综合提升光伏电站穿越能力。最后,文中给出100 MW光伏电站运行仿真结果,验证了所提电力电子补偿系统的有效性和可行性。     

三相单级式光伏发电系统并网控制与仿真

基于三相单级式光伏并网发电系统的电路拓扑结构,提出了一种快速逼近插值算法实现光伏发电的最大功率跟踪,光伏并网采用电压外环和电流内环双闭环控制,通过同步旋转坐标变换结合逆变器的控制,利用比例积分控制实现无功功率与有功功率的独立解耦控制。MATLAB系统仿真结果表明,该方法能够快速稳定地实现单位功率因数最大功率并网,降低并网系统成本,提高光伏并网的电能质量。     

不平衡电网电压下光伏并网逆变器滑模直接电压/功率控制策略

不平衡电网电压下,光伏并网逆变器的输出功率和输出电流都将产生波动,给电力系统的稳定运行造成不利影响。根据光伏并网系统的数学模型,提出了光伏并网逆变器基于滑模控制的直接电压/功率控制策略。该控制策略可在电网电压不平衡时有效抑制并网逆变器输出有功功率和无功功率的波动。根据光伏并网逆变器输出功率和正、负序电流的关系,提出了以消除负序电流为控制目标的改进控制策略。此外,为提高系统的运行性能,提出了功率电流协调控制策略。最后,对所提出的控制策略进行了仿真分析,仿真结果验证了所提出控制策略的有效性。     

超导储能装置应用于风电场平滑功率输出的研究

建立了风电机组和超导储能(superconducting magnetic energy storage,SMES)装置的数学模型以研究SMES对并网风电场运行稳定性的改善。针对风电系统中经常出现的联络线短路故障和风电场的风速扰动,提出利用SMES安装点的电压偏差作为SMES有功控制器的控制信号的策略。并搭建了风电场接入电网后的仿真模型,对实例系统进行的仿真计算结果表明,SMES采用该控制策略,不仅可以在网络故障后有效地提高风电场的稳定性,而且能够在快速的风速扰动下平滑风电场的功率输出,降低风电场对电网的冲击。     

基于阻抗在线观测的光伏逆变器控制策略研究

光伏逆变器通常采用最大功率跟踪算法尽全力向电网注入有功功率,并不参与电网电压的控制。只有当电网电压超过了保护阈值,光伏逆变器才停止工作以避免引发过电压故障。提出一种光伏逆变器的电网电压控制策略,用以改善电网电压水平,使得光伏逆变器在非最优电网电压情况下依然可以向电网输送电能。根据电网电压控制效果由电网阻抗的阻抗比R/X决定的基本原理,所提出的控制策略在线观测电网阻抗比,实时控制光伏逆变器注入电网的有功功率和无功功率,改善光伏逆变器的电网电压控制效果。所提出的控制策略不仅适用于光伏逆变器,同样也适用于其他类型的分布式发电并网逆变器。     

基于无功功率裕度分配的光伏电站静态无功/电压控制策略

光伏电站大规模集中并网运行可能会引起系统电压波动,从而影响电力系统的稳定运行。为降低光伏电站并网对系统安全稳定的不利影响,减少输电系统网损,该文研究了光伏电站的无功/电压控制问题,首先分析了系统有功功率和无功功率对光伏电站并网点电压的影响,进而提出了一种基于无功功率裕度分配的光伏电站静态无功/电压控制策略,最后搭建了某实际光伏电站并网模型,通过动态仿真验证了所提控制策略的可行性和准确性。     

直流微网低电压穿越控制策略研究

针对直流微网低电压穿越问题,基于光伏直流微网在综合考虑低电压穿越控制要求以及故障期间光伏出力、负荷随机波动性大对系统运行造成影响的基础上,分析了系统在不同运行工况下的能量流动特性,提出一种光储荷协调控制以及有功无功协调控制的系统整体控制方法。在低电压期间,通过光储荷协调配合控制稳定直流母线电压,同时平衡系统能量;网侧变流器根据电网电压幅值,实现有功无功协调限流控制,提供无功功率支撑网侧电压恢复,同时避免网侧变流器输出过流。最后,在Matlab/Simulink平台搭建仿真实例,仿真结果表明所提控制策略能够实现系统能量最优利用,满足系统低电压穿越要求,保障系统可靠运营,从而验证了该LVRT控制方案的有效性。     

交直流型微电网中光伏逆变器并联控制策略

针对光伏电源和储能装置主要配置在直流网,交流网在离网时需克服光伏电源出力波动的问题,提出一种微电网离网模式下的光伏逆变器并联控制策略:直流网侧逆变器为主逆变器,采用恒定电压幅值以及 P-f 下垂法为交流网提供全部无功及部分有功功率;少数较小容量的光伏逆变器为从逆变器,从逆变器不提供无功,采用自适应下垂系数法输出与实时最大功率匹配的有功功率,既维持交流网电压稳定,又充分利用光伏发电.基于 MATLAB 的系统模型仿真证明了该方法的正确性与可行性.     

电网不平衡下SMES变流器动态演化控制策略研究

针对超导磁储能(SMES)变流器在电网电压不平衡下的工作情况,提出一种新型非线性控制策略,即动态演化控制(DEC)。该控制方法相较于传统PI控制能有效地减小SMES因电网电压不平衡而产生的三相电流畸变以及有功、无功功率产生的二次谐波。文中根据电网不平衡下SMES变流器的工作情况设置三个工作目标;建立了基于DEC的不平衡控制方程,并在Simulink中搭建模型进行仿真分析。通过与传统PI控制作对比,DEC控制具有更强的鲁棒性,更快速的响应能力,理论分析和仿真结果验证了该控制策略的可行性和有效性。     

光储联合发电系统的功率振荡特性分析与控制

高渗透光储并网发电系统功率振荡将因缺乏阻尼能力而威胁系统的动态稳定。首先分析通过调节光储系统的有功、无功增加系统阻尼的原理,并在光储联合系统并网功率控制的基础上,提出光储系统基于有功、无功控制的附加阻尼控制策略。该控制策略通过检测光伏侧直流电压变化,实现功率振荡过程中光伏并网逆变器和蓄电池储能系统的控制模式切换,使联合系统具备持续调节注入系统有功、无功功率的能力,并改善电网的阻尼特性。最后,基于渗透率约为30%的光储并网发电仿真系统,验证在系统出现振荡后,光储系统在所提控制策略下,具备通过快速功率调节抑制功率振荡的能力,从而实现多电源协调改善发电系统阻尼的控制目标。     

含储能分布式光伏系统并网点电压调整方案设计

随着配电网中光伏渗透率不断升高,分布式光伏对配电网电压质量和稳定性影响日益增大。分析了分布式光伏并网引起并网点电压变化的机理,在配备储能装置的分布式光伏发电系统典型结构基础上,提出了有功/无功-电压调节的系统控制方案。在有功电压调节回路中设置了具有施密特电路特性的死区控制环节,一方面死区控制可以保证无功调节优先性,另一方面由于有功电压调节的灵敏度较高,死区控制可能导致并网点电压在死区阈值电压附近频繁抖动,通过施密特电路设置不同的正/反向死区阈值电压可以有效消除抖动现象。仿真结果表明所提方案能有效处理光伏出力骤变、大容量负载投切、配电网自身扰动等引起的并网点电压质量问题。     

并网光伏电站低电压穿越仿真与分析

根据光伏电站并网导则要求,针对光伏电站在电网故障时突然脱网的不利影响,提出了一种基于光伏逆变器低电压穿越能力的控制策略,在电网电压跌落时投入该控制策略,能够限制有功电流的增大,同时给定无功电流。仿真表明,在光伏电站并网点电压深跌落和浅跌落情况下,该控制策略均能够保证光伏逆变器输出电流不过流,同时能够向电网发出一定的无功功率以支撑并网点电压的恢复,实现低电压穿越。