基于改进粒子群算法的风电场虚拟惯量优化分配方法

大规模风电并网导致电网惯量不断削弱、系统频率特性恶化,虚拟惯量控制使风电具有与同步发电机相似的虚拟惯量,为电网提供惯量支撑,但需要根据频率安全约束,研究多个风电场对系统惯量支撑目标的协调分配。提出基于改进粒子群算法的风电场虚拟惯量优化分配方法。首先根据电网频率安全约束指标求解维持频率动态稳定的电网临界惯量,并结合电网实际惯量得到电网惯量补偿目标。然后将系统最大频率偏差最小作为优化目标,风电场虚拟惯量补偿目标作为优化对象,建立优化分配模型;采用改进粒子群算法求解该模型,得到虚拟惯量最优分配方案。最后在IEEE-39节算例系统中验证了所提方法的正确性和有效性。     

考虑风机分组的风储联合辅助调频双目标预测优化方法

大规模风电场中各区域风速的不一致性,使得传统风机参与电网调频研究时的风速统一化处理并不符合现实需求,也使得电网负荷频率控制更趋复杂。研究了风电机组的调频能力与风速的关系,并分析了不同风速下,风机通过虚拟惯量控制参与电网调频的特性;针对不同风速的风电机组参与电网调频能力的不一致性,分析了利用储能辅助风电机组,以获得更优调频效果的可行性;考虑到储能电池充放电深度与循环使用寿命之间的关系,以频率偏差最小和储能出力最小为目标进行风储联合辅助调频方法的设计,一方面保证良好的调频效果,另一方面最小化储能的充放电深度以提高其循环使用寿命。仿真分析验证了所提方法的可行性与有效性。     

基于机组分类的风电场有功功率分配方法研究

针对单一风速预测方法预测精度不高,以及按风速比例进行风电场机组功率分配时,跟踪功率调度指令误差较大的问题,提出一种组合风速预测方法,并基于机组预测风速、当前风速及输出功率的机组分类,提出一种风电场有功功率分配方法。采用模糊C均值分类方法对机组进行分类,根据分类结果确定功率调节优先级,将功率指令分配到不同类机组,再按某一类各机组输出功率的比例分配至每台机组,实现整个风电场有功功率分配。以某风电场实际风速数据进行风速预测和有功功率分配仿真研究,仿真结果表明,该文提出的组合风速预测方法和风电场有功功率分配方法具有风速预测精度高、风电场输出功率跟踪精度高,参与有功功率调节的机组数目少的优点。     

直驱风电系统自适应惯量和一次调频协调控制策略

提出一种直驱风电系统自适应惯量和一次调频协调控制方法：构建了基于运行曲线偏移的频率支撑统一控制框架。该框架首先根据电网对风电场的调频需求以及直驱风机控制结构,确定风电机组的运行曲线簇;进一步通过引入运行曲线偏移机制并结合df/dt前馈环节,实现对电网的频率支撑。该方法可将直驱风电系统的惯量支撑以及一次调频支撑集成在一起,风电场自适应选择合理的风力机功率跟踪曲线,实现电网调频需求,尽可能减少因调频控制导致的风能利用效率的降低,同时还可削弱惯量响应过程中原控制系统外环对df/dt前馈控制环的抵消作用。最后基于PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真验证了分析结果和所提方法的有效性。     

直驱永磁风电机组虚拟惯量控制简化实验方法

根据虚拟惯量控制的物理本质,提出一种简化的直驱永磁风电机组虚拟惯量控制实验系统的设计实现方法。该方法主要基于电力系统一次调频的数学模型,通过运算器的方式对等值电网的惯性响应特性和调频特性进行模拟,使得模拟风电机组在直接并入大电网的条件下即可进行虚拟惯量控制方法的实验验证。该方法避免了构建等值模拟电网的需要,从而进一步降低实验系统的实现成本。通过仿真和实验,验证简化实验方法的有效性和可行性。     

局部阴影下光伏电站参与一次调频的控制策略

针对采用光伏虚拟同步发电机（PV-VSG）控制策略的光伏电站参与电网一次调频的问题，考虑光伏阵列受局部阴影遮挡的情况，提出一种基于自适应虚拟惯量的有功备用式PV-VSG控制策略，采用粒子群优化算法实现局部阴影条件下光伏阵列的最大功率点跟踪和减载备用运行，并根据电网频率变化过程中不同阶段的特性，自适应调节虚拟惯量参数以减小频率超调量并加快频率的恢复速度。此外，为了使调频模式下光伏电站内各PV-VSG的有功功率合理分配，采用一种基于等可调容量比的有功分配策略，使站内各光伏机组具有相同的调频功率裕度，避免部分光伏机组的过度调节。最后，以10 MW光伏电站参与电网一次调频为例进行仿真分析，验证了所提控制策略的有效性。     

基于局部加权线性回归模型的风速短期预测研究

为提高风速预测的准确性,引入局部加权线性回归算法,建立风速局部加权线性回归预测模型。该模型首先通过核函数对每一历史风速设置权重,产生新的风速数据集。其次,对新的数据集进行最小二乘线性拟合回归,建立风速局部加权线性回归模型。最后,根据该模型对风速进行短期预测。以某风电场的实测数据进行仿真验证,并与传统的ARIMA模型和BP神经网络预测模型对比,实验结果表明本文所提方法的有效性,为风速预测提供一种新方法。     

考虑测风数据缺失的短期风电功率预测算法

准确的风电功率预测是提高电网稳定性、增加风电场竞争力的重要途径。文章提出了一种以虚拟测风塔技术对测风塔数据进行预处理的方法,对缺失数据进行补全,利用RBF神经网络建立风速预测模型,拟合风速功率曲线得到风电功率预测结果。实验分析显示,基于虚拟测风塔技术的数据预处理方法可有效增加测风数据完整度,提高预测精度,降低风电场的运行维护成本,进一步提高风电场竞争力,具有实际应用价值。     

基于非参数核密度估计的风速短期相依模型

基于非参数核密度估计和时序Markov理论,建立模拟风电场风速的短期时序相依模型。首先由非参数多变量核密度估计理论给出相邻时刻风速的联合概率分布;然后根据Markov理论建立风速时序相依模型。采用该模型模拟产生风速序列,并与历史风速进行对比,结果表明,模拟风速序列可较好地保持历史风速的短期相依性。     

海上风场与海岛微网交互调频机制及控制策略研究北大核心CSCD

为缓解大规模海上风电接入末端薄弱电网对系统频率造成的冲击,文章提出了海上风场与海岛微网交互调频机制及控制策略。首先,构建海上风场与海岛微网互联下的电力系统负荷频率控制模型,基于虚拟惯量控制方法,利用海岛微网可调分布式电源支撑海上风场参与调频;其次,为避免风机在提供虚拟惯量过程中发生转速恢复状态跳变,造成系统频率二次扰动,进一步设计了自适应动态量化因子,根据风机不同运行工况实时调控海岛微网支撑能力;最后,基于仿真模型验证了该交互机制及控制策略的有效性。     

基于转矩极限的改进风电机组虚拟惯量控制策略

为解决大规模风电并网带来的系统频率稳定性降低问题,风电机组通过虚拟惯量控制可为系统提供短期频率支撑,然而惯性响应期间风电机组转速收敛缓慢,导致一部分转子动能被无故浪费;转速恢复阶段的有功突变易造成频率二次跌落。为此,提出基于转矩极限的改进风电机组虚拟惯量控制策略,实现在释放较少动能的前提下提供与传统策略相同的频率响应服务;并在频率步入准稳态时,借助时变功率函数开始转速恢复,实现转速快速恢复的同时缓解二次频率跌落。基于EMTP-RV仿真软件搭建包含风电场的电力系统模型,验证了所提策略的有效性。     

基于偏航尾流模型的风电场功率协同优化研究

为减小风电场尾流效应的影响,提升风电场整体发电量,提出一种基于偏航尾流模型的风电场功率协同优化方法。首先建立风电场偏航尾流模型,该模型包括用于计算单机组尾流速度分布的Jensen-Gaussian尾流模型、尾流偏转模型及多机组尾流叠加模型,对各机组风轮前来流风速进行求解;再根据来流风速计算风电场输出功率,并以风电场整体输出功率最大为优化目标,利用拟牛顿算法协同优化各机组轴向诱导因子和偏航角度。以4行4列方形布置的16台NREL-5 MW风电机组为对象进行仿真研究。结果表明,所提出的基于偏航尾流模型的风电场功率协同优化方法能显著提升风电场整体输出功率。     

风剪切下风力机组俯仰控制策略研究

为增加风电场总输出功率,采用大涡模拟(LES)方法,利用致动线法(ALM),基于开源CFD软件OpenFOAM对风剪切下的风力机组4种风轮俯仰工况进行数值模拟,对比每种工况下的风电场总输出功率,并结合流场参数分析输出功率存在差别的内在原因。结果表明:风电场上游风力机尾迹可对下游风力机性能产生严重影响;风轮俯仰角增加时,风电场上游风力机输出功率先增后减,下游风力机输出功率持续增加;仰角为9°时风电场总输出功率比无俯仰控制策略时提升393982.25 W。     

大型风力发电场选址与风力发电机优化匹配

从风能利用和风电成本两个角度出发,推导出风电场选址与风力机优化选型的目标函数,提出将风力机容量系数作为风电场选址与风力机选型的判据,同时给出了基于风速分布特性的风力机容量系数计算方法。通过我国云南省的13个实际风速观测点和国内外25种风力机代表机型的计算,给出了这些观测点的开发顺序及优化配置的风力机机型,并简要分析了影响风力机容量系数的主要因素。实践表明,这种方法物理意义明确,计算快捷方便,节省设计时间和设计工作量。     

风速差异条件下的风电场自适应频率响应控制方法

提出一种适用于大型风电场的自适应频率响应控制方法,使风电场能参与电力系统频率调节.低频事件发生后,每台风电机组的下垂控制系数均根据其本地实时风速和功率裕度呈反比例自适应调节.高频事件发生后,每台风电机组的高频响应控制增益随其本地实时风速自适应调节.由此,风电场频率响应支撑功率可自适应的在多台风速各异的风电机组之间实现合...     

双馈风力发电系统的最大风能控制策略

在分析变速恒频风力发电系统最大风能捕获策略的基础上,提出了一种通过直接控制双馈发电机转子电流就可实现系统低于额定风速下的最大风能捕获又可使得电机铜耗最小化运行的控制策略.首先,在考虑风力机特性和双馈发电机基本电磁关系的基础上,分别推导了双馈发电机定子铜耗最小化运行和最大风能捕获的数学模型.其次,根据双馈发电机最优转子电流的数学模型,建立了双馈风力发电机系统最大风能捕获的控制策略.最后,利用Matlab/Simulink对不同风速下双馈发电机系统的运行性能进行了分析和比较,结果验证了该控制策略的正确性和可行性.     

考虑尾流效应的风电机组启停优化研究

以某典型风电场为例,采用尾流模型模拟研究风电机组启停优化对风电机组尾流干涉和发电量的影响。在速度恢复系数小于0.06时,典型机位的停机可增加风电场全场发电量。以中国北方某实际风电场为例进行现场试验,在主风向下,通过调度上游风电机组的启停,实现区域内风电机组发电量提升,验证方法的有效性。     

基于风电机组无功裕度预测的风电场无功分层控制策略

针对风电电压波动的问题,文章基于风电机组无功裕度预测,提出了一种风电场无功分层控制策略。该策略首先以并网点电压偏差和线路有功损耗最小为目标,使用二次规划算法在线实时求解最优并网电压,进而求解风电场无功参考值;其次,采用EWT-LSSVM预测算法进行风电功率预测,并提出预测功率校正方法实时修正预测功率,精确求解风电机组的无功裕度预测值;最后,以风电机组的出口电压波动最小和预测无功裕度最大为无功分配依据,实现风电场的无功电压闭环控制。仿真结果表明,所提控制策略能够提高风电功率预测的精确性和时效性,降低了风电机组出口电压波动性,同时为风电场预留出充足的无功裕度。     

Virtual inertia for variable speed wind turbines

Inertia provision for frequency control is among the ancillary services that different national grid codes will likely require to be provided by future wind turbines. The aim of this paper is analysing how the inertia response support from a variable speed wind turbine (VSWT) to the primary frequency control of a power system can be enhanced. Unlike fixed speed wind turbines, VSWTs do not inherently contribute to system inertia, as they are decoupled from the power system through electronic converters. Emphasis in this paper is on how to emulate VSWTs inertia using control of the power electronic converter and on its impact on the primary frequency response of a power system. An additional control for the power electronics is implemented to give VSWTs a virtual inertia, referring to the kinetic energy stored in the rotating masses, which can be released initially to support the system's inertia. A simple Matlab/Simulink model and control of a VSWT and of a generic power system are developed to analyse the primary frequency response following different generation losses in a system comprising VSWTs provided with virtual inertia. The possibility of substituting a 50% share of conventional power with wind is also assessed and investigated. The intrinsic problems related to the implementation of virtual inertia are illustrated, addressing their origin in the action of pitch and power control. A solution is proposed, which aims at obtaining the same response as for the system with only conventional generation. The range of wind speeds near the power limitation zone seems to be the most critical from a primary response point of view. The theoretical reasons behind this are elucidated in the paper. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

A novel method for obtaining virtual inertial response of DFIG‐based wind turbines

This paper investigates virtual inertia control of doubly fed induction generator (DFIG)‐based wind turbines to provide dynamic frequency support in the event of sudden power change. The relationships among DFIGs' virtual inertia, rotor speed and network frequency variation are analysed, and a novel virtual inertia control strategy is proposed. The proposed control strategy shifts the maximum power point tracking (MPPT) curve to the virtual inertia control curves according to the frequency deviation so as to release the ‘hidden’ kinetic energy and provide dynamic frequency support to the grid. The calculation of the virtual inertia and its control curves are also presented. Compared with a PD regulator‐based inertial controller, the proposed virtual inertia control scheme not only provides fast inertial response in the event of sudden power change but also achieves a smoother recovery to the MPPT operation. A four‐machine system with 30% of wind penetration is simulated to validate the proposed control strategy. Simulation results show that DFIG‐based wind farms can provide rapid response to the frequency deviation using the proposed control strategy. Therefore, the dynamic frequency response of the power grid with high wind power penetration can be significantly improved. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.