基于模型预测控制的双馈风电场无功电压快速优化控制

针对风电场单时间断面预测信息存在的无功控制滞后且电压指令跟随性差的问题,提出一种基于模型预测控制的双馈风电场无功电压控制策略,该策略以风电场并网点电压和机端电压偏差最小为目标.首先,基于时间尺度计算无功设备出力及负荷需求预测信息,建立无功电压预测控制模型.其次,在控制周期内划分更细化的预测控制点,修正预测模型,提前协调...     

计及控制时间窗内功率波动的风电场群无功电压分层优化控制

针对因风电场群的无功电压控制指令周期远大于风电场内有功无功控制周期而造成的场群电压控制指令没有考虑控制周期内有功出力波动带来的节点电压变化的问题,提出一种考虑控制时间窗内电压波动的大规模风电场群无功电压优化控制策略。区域场群控制层采用模型预测控制技术,通过对控制窗内风电出力的动态预测,求取控制窗内从当前至未来多个时刻的中枢点电压偏差和总网损的最优无功控制向量,然后对各风场下达当前无功控制指令。各风场进行自主优化跟踪。通过实时滚动优化,达到总体优化控制效果。在RT-Lab仿真平台上建立由9个大型风电场组成的场群模型,验证了所提出的控制策略比常规优化控制有更好的全局电压优化控制效果,可降低由于风电波动而产生的无功电压事故的风险。     

基于分层MPC的风电场电压协调控制策略研究

针对弱连接并网风电场电压稳定性易受风功率波动影响,提出了一种基于分层模型预测控制(MPC)的风电场电压协调控制策略。首先,建立自适应调节层,根据风电场无功补偿能力以及有功预测信息对并网点电压进行预测,实现对并网点电压的自适应调整。其次,建立无功分配层,通过计算风电机组在无功补偿中所需要的无功容量,根据不同风电机组的无功裕度对其无功出力进行分配。最后,根据跟踪控制层的反馈信息对电压控制的误差进行修正,从而达到对弱连接并网风电场无功电压的有效控制。仿真结果表明:提出的无功电压控制策略实现了对无功输出的自适应调整,并可有效地解决风电场存在的无功缺额问题;保证了在多种情况下的风电场并网电压控制的稳定性;通过分层MPC,各层内不同时间级的预测信息可被高效利用,各层间不同时间尺度的控制亦可得到有效协调。     

恒电压控制下DFIG与SVG对电网电压的支撑研究

双馈风机（DFIG）能变速恒频运行,并具有一定的无功输出能力,已成为目前的主流发电机。DFIG虽然具备无功调压能力,但其能力有限,在电网遭受扰动情况下对风电场并网点电压的支撑能力不足。基于此,提出双馈风机采用恒电压控制,在充分利用机组无功调压能力的基础上装设SVG对风电场进行动态无功补偿,支撑风电场并网点电压。在分析双馈风机及SVG的数学模型基础上,采用空间矢量定向控制技术实现双馈风机的解耦控制和SVG输出无功的控制并得到两者的控制模型。根据得到的控制模型建立仿真模型,通过仿真验证了采用恒电压控制的双馈风机具备一定的调压能力,SVG与恒电压控制下的双馈风机相配合使得风机并网点电压在正常及故障下均得到显著改善。     

基于分层模型预测控制的风电场电压协调控制策略

针对弱连接并网风电场无功电压调节中电压支撑能力较弱且易受风功率波动影响的问题,提出一种基于多时间级垂直分层思想与模型预测控制(MPC)理论相结合的风电场无功电压分层协调控制策略。首先,在自适应调节层,依据风电场调节能力与并网点电压波动轨迹预测,提出一种并网点电压自适应调节策略。其次,在无功分配层,求解无功需求容量,并给出一种可考虑各机组无功调节裕度的改进比例分配策略。最后,在跟踪控制层,依据状态预测与参考、反馈信息实时修正控制误差。通过分层MPC,各层内不同时间级的预测信息可被高效利用,各层间不同时间尺度的控制亦可得到有效协调。基于PSCAD的仿真分析结果验证了所提方法的有效性。     

张北高电压脱网事故中风电场动态行为分析与仿真

基于计及动态无功控制影响的无功-电压灵敏度分析方法,详细分析了张北各风电场内动态无功源所采用的送出线路恒无功、双馈异步风力发电机组(DFIG)及静止无功发生器(SVG)恒无功等多种控制方式在"5.14"高压连锁脱网事故中的动态行为及影响因素,得出了DFIG及SVG采用恒感性无功控制同样会增大风电场母线的无功-电压灵敏度,且增大程度取决于风电场初始容性、感性无功及短路容量比的结论。结合简单系统以及"5.14"事故,在PSS/E中仿真分析不同控制方式及初始状态下的风电场受到电容扰动后对场侧35 kV母线电压的影响,仿真结果进一步验证了所得出结论的合理性。     

基于模型预测控制的光伏场站快速协同无功电压控制

为解决新能源大规模接入配电网带来的电压波动及越限问题,提出了一种针对光伏场站及静止无功发生器(static var generator, SVG)接入的配电网系统动态无功电压控制方法,以实现扰动下多无功源协同调压目标。首先,分别推导了光伏场站和SVG的无功-电压控制小信号模型。其次,通过类比等效实现了不同类型无功源电压控制模型形式的统一,并结合系统电压灵敏度关系建立了系统整体电压控制模型。在此基础上考虑系统状态变化对控制参数的影响,并计及各设备无功出力约束,设计了系统模型预测控制器。最后,基于IEEE33节点系统进行仿真,验证了在光伏出力波动和负荷投切两种情况下所提方法均能够快速、有效地抑制电压波动,为有源配电网快速电压协同控制提供了理论基础。     

计及风电功率波动影响的风电场集群无功电压协调控制策略

针对大规模风电场集群区域有功出力随机波动、无功设备种类繁杂等典型特征引起的无功电压问题,提出一种计及风电功率波动影响的风电场集群无功电压协调控制策略。该策略根据风电功率预测信息、当前运行信息和历史断面信息建立多目标优化控制模型,并采用基于过滤集合的内点算法求解。通过利用汇集站和风电场的自动电压控制子站实现闭环控制,该控制策略能够对集群区域内离散设备和动态设备的动作响应实行差异化管理。对中国"三北"地区某实际风电场集群地区进行仿真计算,结果表明,所提控制策略能够改善中枢节点的电压控制效果,协调离散设备和动态设备的运行配合,维持集群区域的静态电压稳定性。     

考虑有功协调优化的配电网动态电压控制

配电网电压动态变化特征日益凸显,对配电网动态优化控制提出了新的要求。除此之外,配电网有功与无功的耦合特性也使得仅基于无功/电压的控制方法效果降低。因此,提出了一种考虑有功/无功快速协调优化的配电网动态电压控制方法,实现在秒级时间尺度内关键节点的电压恢复。首先建立配电网有功/无功控制设备动态模型,并基于模型预测控制理论建立了动态电压控制系统预测模型。设计了面向配电网电压协调控制的多目标自适应优化策略,基于配电网同步相量测量单元动态测量数据实现有功/无功控制设备出力的动态协调。仿真结果表明,该方法能够实现配电网电压波动的秒级抑制,并将目标节点电压快速无差地恢复至扰动前水平。     

含二级电压控制的风电场电压稳定性研究

为研究自动电压控制（Automatic Voltage Control,AVC）对电网电压质量和运行经济性的作用效果,采用了将双馈风电机组作为无功源的风电场自动电压控制设计方法,分析二级电压控制对风电场电压稳定性的影响.以IEEE14节点为例,采用基于遗传算法的协调二级电压控制模型,并通过基于MATLAB的电力系统软件包PSAT进行动态仿真验证.结果表明,二级电压控制可以大幅度改善风电场的电压-无功水平.     

支撑大规模风电集中接入的自律协同电压控制技术

国内多个风电汇集区域具有大规模风电汇集馈入电网薄弱环节的典型特征,由此带来了电压波动和连锁脱网等运行挑战。文中提出了自律协同的电压控制框架,利用风电场侧自律控制协调静止无功补偿器/静止无功发生器/风电机组/电容电抗器等不同时间常数的调节设备,从而抑制间歇性风电出力诱发的电压波动;在系统级实现协同控制,在正常情况下通过可自适应于风功率变化的敏捷二级电压控制减小电压波动,在脱网风险较大时利用基于安全约束最优潮流(SCOPF)的预防控制保证汇集区域正常且安全的运行状态。该架构的若干关键技术已经在国内多个风电基地和风电场应用,现场运行结果表明了其控制有效性。     

改善连锁脱网的风电场群电压无功紧急控制策略

针对大规模风电场动态电压问题可能导致的连锁脱网事故,首先分析并仿真验证了风电场连锁脱网的演化机理及时空特性;在对风电场内的无功源及双馈风电机组的调节特性进行分析的基础上,提出了协调静止无功补偿器(SVC)和双馈感应发电机(DFIG)机组的电压无功紧急控制策略,控制的原理是利用DFIG的有功、无功解耦控制,在故障时由SVC和风电机组共同输出容性无功功率,提高故障中的风电机组端电压,同时对DFIG的有功功率进行限幅;故障清除后,风电机组依据电压情况迅速输出一定的感性无功功率,以抵消SVC的滞后效应。仿真结果表明,所提紧急控制策略能够很好地抑制大规模风电场的连锁脱网事故。     

基于模型预测控制的风电场故障穿越有功无功优化控制策略

电网故障易造成并网风电场内风力发电机端电压骤变进而导致风力发电机跳闸,威胁风电场的安全运行.提出一种基于模型预测控制(Model Predictive Control,MPC)的风电场故障穿越有功无功优化控制策略.首先,基于下垂控制,根据并网点(Point of Common Coupling,PCC)电压得出故障下的...     

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     

基于限功率运行的DFIG与SVG协调电压控制策略

双馈感应电机(doubly-fed induction generator,DFIG)具有变速恒频的运行特点,已成为目前的主流发电机。双馈风机能够发出和吸收无功,对风机并网点(point of common coupling, PCC)电压起到支撑作用。在分析DFIG等效电路基础上,根据DFIG定子侧输出的有功与无功关系,提出一种限功率运行条件下DFIG与静止无功发生器(static var generator,SVG)的电压协调控制策略。正常情况下DFIG工作在最大功率点跟踪(maximum power point tracking,MPPT)模式,SVG控制PCC电压在合理范围内;PCC电压越限时,DFIG进入限功率运行模式,DFIG与SVG协调控制PCC电压且优先考虑DFIG的无功调压能力。最后,基于DFIG并网的仿真模型,验证了所提出的电压协调控制策略的有效性和可行性。     

应用于高风电渗透率电网的风电调度实时控制方法与实现

为适应风电的快速波动,提出一种快速的风电实时控制方法,适用于高风电渗透率的电网。该方法根据自动发电控制机组的向下转旋备用、联络线功率调整偏差,在线计算电网可消纳风电裕度。然后,结合风电考核打分和网络安全约束,依据不同场景分别进行以消除断面越限为目标的校正控制、以消纳最大风电并兼顾公平调度为目标的最小弃风控制以及系统安全裕度充足下的风电自由发控制。基于所提出的方法,开发了相应系统并在某省级电网投运。测试系统的仿真和实际系统的实际运行结果证明了该方法的有效性。     

海上风电场黑启动系统的风柴协同控制策略

在风电平价上网政策的推动下中国海上风电场建设加速,未来大规模的海上风电场将会成为沿海地区局域电网的重要供电电源。当沿海局域电网发生大停电时,海上风电场若具备作为黑启动电源的能力将显著加快电网恢复过程。为启动沿岸无黑启动能力的火电机组,文中提出了利用海上风电场配置的小容量辅助柴油发电机作为支撑电源启动海上风电机组,后经主变压器和高压海底电缆向陆上火电机组供电的黑启动方案。为改善黑启动系统的频率调节能力以及在投入高压海底电缆时维持系统电压稳定,分别提出一种风柴协同调频控制和一种考虑柴油发电机功率极限的动态无功补偿控制,后者利用了风机网侧变流器(WGSC)作为静止无功发生器(SVG)运行。最后在PSCAD/EMTDC上依据实例搭建了海上风电场黑启动模型,验证了所提方案及策略的可行性和有效性。     

含风电接入的省地双向互动协调无功电压控制

为应对规模化风电接入对电网无功电压运行和控制的影响,结合现场实际,提出并实现了一种跨电压等级风电汇集区域风电场与传统电厂的无功电压协调控制方法。在控制中心内,研究并提出计及风功率波动和电网N-1安全约束的敏捷电压控制方法,该方法通过控制周期和控制模型的自适应调整,充分挖掘省调直控风电场的无功电压调节能力,抑制风电波动对电网电压的影响,保留足够的传统发电机动态无功储备。在控制中心间,研究并提出计及风电场调节能力的省地双向互动协调控制方法,通过地区电网内风电场与地调直控变电站的协调控制,发挥地调直控风电场的调节能力,减少地调直控变电站的电容电抗器动作次数,通过省地双向互动协调,协调省地双方无功调节资源,支撑末端地区电网电压,提高电网整体运行的安全性和经济性。所研发的实际控制系统已在江苏电网应用,仿真运行和实际闭环结果证明了该方法的有效性。     

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