基于单机等值与选择模态分析的风电场等值建模方法

随着风电接入电网容量的不断增加,风电接入对系统稳定性的影响愈发明显。因此构建合理的风电场并网模型对研究含风电场电力系统的动态特性具有重要意义。针对风电场的详细建模常常带来模型阶数过高、仿真时间过长等问题,提出了一种基于单机等值与选择模态分析的风电场等值建模方法。该建模方法首先对多台风机进行聚合等效,然后在单机等值聚合模型基础上,应用选择模态分析的方法,进一步降低模型阶数。数值仿真结果表明,该动态等值方法不仅可实现不同风速下多台风机的等值,还能够近似还原多风机系统原始的稳态与暂态行为,从而在风电场并网分析中可显著减小模型阶数,提高计算速度。     

含异步变速风机的风电场一次调频等值建模与仿真

风机参与系统一次调频目前已成为各国电网对风机并网的基本要求,但是适用于预测控制等算法的大型风电场频率响应动态特性数学描述尚未有充分研究。文中提出了参与调频前运行于最大功率点跟踪模式下的异步变速风机参与一次调频时的全风况出力响应模型,基于小信号增量法获得了不同工况下出力响应的线性化描述,与风机非线性模型对比验证了所提线性化模型的有效性和准确性。此外,在单机线性化模型基础上,基于间隙度量计算将特性相似的风机进行聚类,建立了风电场出力响应等值模型。仿真结果表明,所提等值模型在降低风电场调频模型复杂度的前提下保证了风电场频率响应特性的逼近精度。     

计及集电线路和内部损耗的风电场模型分析比较

风电的接入会改变电网原有的潮流分布而对电网电压稳定性产生影响。潮流计算作为风电接入系统研究的基础,为得到其计算结果的准确性而建立风电场稳态模型具有重要的意义。以往的风电场系统潮流计算都是把整个风电场等效为一个风机处理,并没有详细讨论风电场内部的电网结构,潮流计算无法深入到风电场内部。在DigSILENT / PowerFactory中建立了改进的潮流计算模型,充分考虑了由双馈异步发电机组成的大型风电场的集电系统以及风电机组间电缆的功率损耗对稳态潮流计算的影响。     

双馈风电机组锁相环动态主导的小干扰稳定极限

针对锁相环动态主导的并网双馈风电场小干扰稳定性问题,提出了一种双馈风电场小干扰失稳的判定方法。首先建立了单台双馈风机二阶线性化模型,其次根据单机等值模型将推导的二阶线性化模型推广至并网双馈风电场。最后依据劳斯-赫尔维茨定理（the Rausch-Hurwitz theorem）推导出锁相环动态主导的并网双馈风电场小干扰稳定极限,解释了风机有功出力、电网连接强度、锁相环控制参数及风机数量对锁相环动态主导的并网双馈风电场小干扰稳定的影响规律及内在机理。结果表明,有功出力增加、系统连接强度变弱及控制参数设置不当会对系统小干扰稳定性产生不利影响。以15台双馈风机构成的并网双馈风电场为例验证了所提小干扰稳定性极限的正确性和有效性,并且不需要建立风电场的全阶模型,减小了计算量。     

基于改进Pareto最优算法的海上风电场多目标微观选址规划

为了在海上风电场初步规划时可以兼顾考虑风机尾流影响、集电系统的经济性和可靠性,用风机层数表征集电系统可靠性,以风电场尾流折减系数、海缆投资、风机层数为优化目标,建立海上风电场多目标微观选址规划模型,并通过改进Pareto多目标优化算法求解最优解集,最后应用层次分析法进行最终优化决策。以某海上风电场的风资源分布状况为实例,验证了风机尾流、连接海缆及风机层数之间的相互制约关系,在规划时应予以综合考虑,同时证明了模型和方法的可行性,改进Pareto最优算法可以求出均匀分布的备选方案,层次分析法可以根据不同要求选择出对应的最优方案。     

潮流计算中风电场的等值

潮流计算是风电场接入系统设计中的重要环节之一,为得到准确的潮流计算结果,以建立风电场稳态模型十分必要。以往风电场系统潮流计算都将风电场视为PQ节点,并认为风电场功率因数与单台机组功率因数相同。由于该方法未计入风电场内部集电系统的影响,当风电场规模较大时可能带来较大计算误差。作者通过实例将风电场集电系统分为使用架空线路和使用电缆两种情况,指出当风电场集电系统使用电缆时,风电场的等值功率因数与单台机组存在较大差别,潮流计算时应计及集电系统的作用。     

大型海上风电场风机微观选址与集电系统联合优化

海上风电开发已经成为我国可再生能源开发的重点内容之一。在海上风电场的开发与建设中,风机的微观选址关系着风电场中所有风机的发电效率,而集电系统承担汇集风机发出的风电功率并外送至陆上电网的重要任务,两者在成本与发电收益上存在相互制约与相互影响的关系。为了获得海上风电场更大的发电收益,文中提出了一种风机微观选址与集电系统双层联合优化方法;上层采用遗传算法进行风机微观选址优化,下层采用蚁群算法(ACS)实现集电系统拓扑结构优化。案例分析结果表明,风机微观选址与集电系统联合优化方法兼顾了风电场长期总发电效益与集电系统的投资成本,具有更高的经济性。     

基于精确反馈线性化的Buck开关变换器定频PWM滑模控制

基于非线性微分几何理论,提出了一种基于精确反馈线性化的定频PWM滑模变结构控制策略.应用脉冲波形积分法建立电感电流连续(CCM)开关变换器的仿射非线性系统模型;在满足精确反馈线性化条件下,采用状态反馈精确线性化方法,推导了非线性坐标变换矩阵和状态反馈表达式,实现了变换器的线性化.以线性化后的布鲁诺标准型为新被控对象,采用指数趋近律设计了滑模控制器.仿真结果表明:该方法不但比传统PI控制具有更好的稳态特性、更快的响应速度、更强的抗干扰能力,而且优于基于微分几何的最优控制策略.     

基于Modelica语言的电力系统建模与仿真

介绍了一种利用Dymola软件进行电力系统建模的新方法。运用该方法对电力系统中各元件分别进行了模块化设计和建模,在对电力系统进行仿真时,只需将对应的元件模块按电气结线图的方式连接即可形成电力系统动态模型。通过2个测试系统,验证了用Dymola搭建的电力系统模型的可靠性,并利用该模型对测试系统进行了动态仿真和稳定性分析。     

基于IGWO-K-means的风电场动态等值建模

风电场等值建模是分析风电系统的前提和基础,为了提高风电场动态等值建模精度,降低等值难度,本文基于风(风速和风向)、风机本体、风电输出效果和风机工作环境等4个方面,从内蒙古某风电场24台机组实际采样的运行数据中选取了14个变量作为分群指标,全面描述了风电场特性。其次提出了收敛因子非线性策略和动态参考率策略两个控制策略,改进了灰狼优化算法(GWO),并结合K-means聚类算法寻找最佳聚类中心,输出聚类结果,建立风电场动态等值模型。最后在MATLAB/Simulink平台上建立风电场聚类模型,验证该模型的可行性。结果表明,该方法提高了风电场等值建模的精度,能够更好地描述风电场的动态特性。     

风电经架空柔性直流输电线路并网的交直流故障穿越技术

针对永磁同步风电机组远距离大规模并网的问题,研究了采用半桥型模块化多电平换流器(MMC)和直流断路器(DCCB)进行架空直流输电的并网方案。但架空线路故障率高,在发生直流侧故障、网侧交流故障时,基于MMC的高压直流(MMC-HVDC)系统保护装置会动作,导致MMC闭锁,不能不间断运行。为解决MMC-HVDC穿越交、直流故障的问题,基于DCCB和耗散电阻,提出了一种MMC-HVDC系统的交、直流故障穿越方案。在故障发生后,通过设计DCCB风电场侧MMC降压协调控制策略,以及高压直流侧耗散电阻和风电场侧制动电阻间的控制策略和配合方案,实现了MMC-HVDC系统的交、直流故障穿越。最后,通过PSCAD/EMTDC下的多组仿真,验证了上述交直流故障穿越方案的有效性和正确性。仿真结果表明,所设计的穿越方案能够使MMC-HVDC系统在不闭锁MMC的前提下,安全穿越故障期;在故障清除后,系统快速恢复到正常运行状态。     

Statistical distribution for wind power forecast error and its application to determine optimal size of energy storage system

Accurate wind power forecast is an important tool for wind farm to participate in day-ahead or hours-ahead energy markets. However, forecast errors with any methodology are so large that they cannot be neglected. The forecast error needs to be analyzed individually for single wind farm to estimate the impact of this error on trading wind energy in electricity market. Although forecast error is always assumed as normal distribution, it can be demonstrated that it is not proper with a simple statistical analysis. In this paper, a mixed distribution is proposed based on laplace and normal distribution to model forecast errors associated with persistence forecast for single wind farm over multiple timescales. Then the proposed distribution is used to estimate the penalties for prediction errors in the electricity market. Energy storage system (ESS) can smooth the wind power output and make wind power more “dispatchable”. A probabilistic method is proposed to determine optimal size of ESS for wind farm in electricity markets. The results indicate that the proposed distribution and probabilistic method is efficient to find optimal size of ESS.     

基于阻抗法的大规模风电场等值方法研究

大规模风电场的馈入会导致电力系统出现新的振荡稳定性问题。目前,大多数研究都将风电场等效为单个风机进行振荡稳定性分析。然而,该方法忽略了风电场内部的动态交互作用,可能会造成不准确的分析结果。通过矩阵变换,将一个具有M台永磁同步发电机(PMSG)的风电场分解为一个对角矩阵,每个对角矩阵表示等效的PMSG子系统。在此基础上,利用矩阵摄动理论,建立了基于阻抗法的风电场降阶模型,充分考虑了风电场的拓扑结构和内部动态特性。所提出的风场等值方法能够在保证精度的同时很大程度降低解析建模的复杂程度,适用于大规模风电场并网的振荡稳定性分析。通过仿真验证了所提方法的有效性。     

电池储能系统用于改善并网风电场电能质量和稳定性的研究

建立了基于等效电路的电池储能系统和基于异步发电机风力发电系统的整体动态数学模型,设计了相应的控制策略,并以随机风和电网大扰动为例,采用电池储能系统对并网风电场的电能质量和稳定性问题进行仿真。结果表明采用该控制策略的电池储能系统可很好地改善并网风电场的电能质量和稳定性。     

基于极端天气情况的风-储系统平抑控制策略

提出了一种储能系统的功率控制方法,实现了极端天气情况下风电场出力波动的快速平抑。该控制框架融合了机器学习算法与模型预测控制方法,由基于在线序贯极限学习机的神经网络模型预测优化时域范围的风电功率,储能的充放电功率指令通过MPC进行滚动优化,保证储能系统的运行约束得到满足。仿真实验表明该方法能够实现储能系统的快速充、放电管理,利用准确的风电功率预测,降低了极端天气下风电场功率陡降对电网的不利影响,使得风-储联合系统注入电网的功率更接近给定值。     

风储联合发电系统参与频率响应的模型预测控制策略

储能电池的柔性控制作用使其在参与电网调频方面具有优势,将风电和储能相结合,构成风储联合发电系统参与电网调频,具有协同增效的优势。为此,基于模型预测控制方法,提出风储联合调频策略。该策略在考虑风电场和储能各自约束条件的前提下,通过求解滚动时域最优控制问题协调了两者之间的出力分配,并使用滚动时域估计方法来实时估计电网的有功功率不平衡量,从而可根据更准确的系统状态信息来计算最优控制量。最后对提出的策略进行了仿真分析,结果表明该策略能够提高电网的调频性能。     

双馈风电机组抑制电力系统低频振荡的鲁棒控制策略

针对大规模风电场接入电力系统面临的低频振荡问题,提出了一种双馈风电机组(doubly-fed induction generator,DFIG)附加鲁棒控制策略,通过控制双馈风电机组的转子侧无功输出向系统注入无功功率以达到提升系统阻尼的目的。首先采用TLS-ESPRIT辨识算法辨识出系统模型,然后采用基于区域极点配置的鲁棒控制理论设计附加阻尼控制器。为对所提控制方法相比于传统控制方法的优势,设计了基于极点配置的阻尼控制器。最后在PSCAD软件中搭建含风电的两区域模型验证所提控制方法的有效性。仿真结果表明DFIG附加鲁棒控制器能有效抑制电力系统低频振荡,具有较好的鲁棒性。     

Dynamic model development and control for multiple‐output flyback converters in DCM and CCM

Multiple‐output flyback converters are widely used in switching power supplies due to their low component count and cost‐effective structure. The main problem of this structure is how to balance output voltages in different load conditions. This paper proposes a new approach for single‐input multiple‐output flyback converters operating in DCM and CCM by a small‐signal averaged model. The averaged model is derived by presenting the piecewise‐linear waveform for the inductor currents inside the converter. In DCM, the magnetizing current and currents through the output windings reach zero when the switch is turned off. In CCM, the magnetizing current of the converter is continuous over a switching interval and this possibility exists that only some of the output diodes completely conduct when the switch is off. The proposed model of the converter can be used in a wide range of operations within identical and non‐identical loading conditions. Using a laboratory prototype, several case studies and input‐to‐output transfer functions are considered to verify the proposed model. The controller design is performed for the both CCM and DCM, and then dynamic characteristics of the overall system are evaluated.     

基于IEC 61850的风电场SCADA系统安全访问控制模型设计

随着信息技术在风力发电中的应用,风电场SCADA系统的安全访问控制变得越来越重要。文章基于IEC 61850标准,结合实际应用需求,提出了网络环境下风电场SCADA系统的安全访问控制模型,并设计了一个安全接口单元。采用基于安全远程口令的安全口令认证实现用户访问时的身份认证,通过验证报文鉴别码保证了数据的完整性,并通过IEC 61850标准的虚拟访问视图执行访问控制策略。对该模型应用实例的具体分析表明,该方案能满足风电场的安全访问控制需求。     

风速概率分布参数预测及应用

利用双参数Weibull分布对历史风速数据按月拟合,通过对每年相同月份的分布参数数据进行分析,提出了一种基于灰色模型的、对未来年份中对应月的风速分布参数进行预测的方法。算例结果表明,该模型可以用较少的历史数据获得较高的精度,而预测所得的参数既可以用来评估风电场的风资源,又可根据概率分布的逆运算得到符合预测参数的风速序列。上述预测结果可以广泛应用于风力发电系统的仿真或风电场并网可靠性分析等方面。