永磁直驱型风电场的并网仿真研究

为了研究风电并网对接入点电网电压的影响,以永磁直驱风力发电机组为研究对象,在PSCAD/EMTDC仿真平台上建立基于实际运行数据的永磁直驱风电机组仿真模型,并进行风电场等值建模。利用BPA和PSCAD/EMTDC软件建立福建省某区域电网的等值模型,对大规模风电接入区域电网引起的电网电压稳态和暂态过程进行分析。得出结论:永磁直驱风电场能够对输出的功率和无功功率进行控制,当风电并网系统输电线路中的电阻不能忽略时,风电场出口电压会产生正偏差。最后提出在直驱型风电场集中的地区建立一个以功率和无功功率为调控量、以维持电压稳定为目标的风电汇集线路电网电压自动控制系统的建议。     

全功率永磁直驱风电机组暂态稳定性研究

基于矢量解耦控制策略,建立了适用于电力系统暂态稳定分析的直驱风力发电机组在d-q轴坐标下暂态数学模型,其中包含了对直驱风电机组暂态性能有影响的传动链模型;搭建了发电机侧控制策略和网侧控制策略.利用MATLAB/Simulink软件搭建了包含传动链的并网型直驱风力发电机组的暂态仿真模型,对直驱风力发电机组进行暂态稳定性仿真.结果表明:当电网电压骤降时,实现了有功、无功解耦控制;当电网发生故障时,发电机转速、有功功率、无功功率和机端电压有一定的波动;直驱机组直流电压升高,因此风电机组需要对直驱风电机组电力电子元件的保护;当电网电压跌落时,直驱风电机组具有发出无功的能力,有利于故障时电网电压快速恢复,从而提高电力系统的安全和稳定性.     

计及数字控制延时影响的含PMSG电力系统的宽频振荡z域阻抗判据研究

随着大量数字控制被应用于永磁直驱风电机组,受数字控制延时影响,含永磁直驱风电机组电力系统的宽频振荡问题日益突出。为了深入分析宽频振荡失稳机理以及快速准确地评估系统稳定性,提出了一种新的阻抗建模方法和稳定性判据。首先,基于精确离散化方法将含有延时环节的永磁直驱风电机组以及受端交流电网中的系统元件分别建模成锁相环坐标系下的z域阻抗模型。根据电路原理,将所有系统元件聚合成z域聚合阻抗模型,以此作为后续理论发展的模型基础。然后,基于盖尔圆定理,提出广义禁区判据来分析系统稳定性。最后,在Matlab/Simulink中搭建含永磁直驱风电机组的改进IEEE 3机9节点模型验证所提方法的有效性。     

电网电压不平衡时永磁直驱风电机组的控制策略

详细分析了电网电压不平衡条件下永磁直驱风电机组的运行情况,根据电网电压不平衡条件下风力发电机组不同的运行要求,提出基于三种可选控制目标的网侧变换器控制方案,同时采用正序电网电压定向方式简化得到网侧变换器的正、负序电流参考量。所提方案可实现在不平衡电压条件下抑制并网有功功率/直流链电压二倍频波动,抑制并网无功功率二倍频波动或抑制网侧负序电流的控制目标,进一步提高了电网电压不平衡下永磁直驱风电系统运行的稳定性和可靠性。通过对电网电压不平衡下永磁直驱风电系统运行行为进行仿真计算和对比分析,验证了所提控制策略的正确性和有效性。     

直驱同步风电机组并网动态稳定性仿真研究

以直驱同步风电发电机组为研究对象,在matlab/simulink环境下建立了直驱同步风电机组的动态数学模型,对直驱同步风电机组接入系统的动态稳定性进行了仿真研究,试验结果表明：首先,直驱同步风电机组具有最大功率跟踪功能。其次,在电网发生故障时,直驱同步风电机组能为系统提供无功支撑。有效防止系统电压过多的降落。提高了系统故障运行的稳定性。     

直驱风电场并网对系统静态电压稳定性的影响

风电场的大规模接入会对电网静态电压稳定性造成不容忽视的影响。以含直驱风电机组的扩展单机无穷大系统为例,通过2种静态潮流计算方法对含直驱风机的系统等值模型进行分析,推导风电接入后系统并网点母线电压的解析式。在BPA中分别建立含直驱风电机组的扩展单机无穷大系统以及实际电网系统的仿真模型,对比理论计算结果与仿真试验结果。分析并网点母线电压在不同控制方式下,风电渗透率、风机并网位置、负荷接入比例和负荷接入位置等因素对系统静态电压稳定性的影响。     

抑制直驱风电并网系统次/超同步振荡的储能变流器有源阻尼控制方法

为应对直驱风电并网系统接入弱电网引发的次/超同步振荡问题,针对储能变流器提出了一种改进的有源阻尼控制方法,建立了考虑所提有源阻尼控制方法的储能变流器序阻抗模型,并分析了含储能变流器的直驱风电并网系统阻抗特性。在次/超同步振荡频段,并网系统阻抗幅值较低且部分呈容性,当输出功率增大、电网短路比降低或锁相环带宽减小时,容易与感性电网阻抗发生交互,从而诱发次/超同步振荡。然后,考虑不同有源阻尼控制参数对系统稳定性的影响,并给出选取参数的方法,使直驱风电并网系统的正负序相角裕度大于零或幅频特性不与电网阻抗发生交截。分析结果表明,所提有源阻尼控制方法能够有效改善直驱风电并网系统的阻抗特性,在更为复杂恶劣的条件下,耗散振荡能量,抑制次/超同步振荡,增强系统的稳定性。最后,通过仿真验证分析的正确性。     

电网电压不平衡时永磁直驱风电机组的控制策略

详细分析了电网电压不平衡条件下永磁直驱风电机组的运行情况,根据电网电压不平衡条件下风力发电机组不同的运行要求,提出基于三种可选控制目标的网侧变换器控制方案,同时采用正序电网电压定向方式简化得到网侧变换器的正、负序电流参考量.所提方案可实现在不平衡电压条件下抑制并网有功功率/直流链电压二倍频波动,抑制并网无功功率二倍频波动或抑制网侧负序电流的控制目标,进一步提高了电网电压不平衡下永磁直驱风电系统运行的稳定性和可靠性.通过对电网电压不平衡下永磁直驱风电系统运行行为进行仿真计算和对比分析,验证了所提控制策略的正确性和有效性.     

可变速抽蓄机组与直驱风电机组联合运行系统的小信号稳定分析

可变速抽蓄机组与直驱风电机组联合运行系统含有大量电力电子装置,将引发系统稳定性问题.对此,基于水泵水轮机刚性管道模型与两电平变流器的平均值模型,在同步旋转dq0坐标系下,建立了二者交流并网联合运行系统的详细数学模型,采用特征值法进行系统的小信号稳定分析,并基于参与因子分析得到了影响不同振荡模态的相应参数,并进一步根据系统特征根轨迹,研究了不同工况下系统电气参数、控制器锁相环参数以及控制器比例积分参数变化对系统稳定性的影响规律.结果表明,水泵工况快速转速控制方式系统的稳定性受电气侧参数影响更大;可变速抽蓄机组锁相环阻尼比的减小会增大直驱风电机组锁相环阻尼比的稳定域;可变速抽蓄机组功率控制器积分参数与直驱风电机组直流电压控制器积分参数存在耦合.     

电网故障时永磁直驱风电机组的低电压穿越控制策略

为提高永磁直驱风电机组所并电网的运行稳定性,研究电网故障下永磁直驱风电机组的运行特性以及提高其低电压穿越运行能力,文中提出一种适用于采用双脉宽调制变换器并网的永磁直驱风电机组的低电压穿越运行控制方案。通过在电网故障时限制发电机的电磁功率来限制输入至直流侧电容和电网侧变换器的功率,通过在电网故障时采用考虑发电机功率信息的网侧变换器电流闭环控制来实现直流链电压稳定控制,从而有效实现发电系统的低电压穿越运行。系统仿真结果表明,所提出的控制方案无需增加硬件保护装置,在电网对称及非对称故障下均可有效实现永磁直驱风电机组的低电压穿越运行。     

Energy storage system-based power control for grid-connected wind power farm

Wind power is characterized as intermittent with stochastic fluctuations, which can result in deviation of grid frequency and voltage when the wind power ratio is high enough. These effects have a definite impact on stability and power quality of grid operation. This paper proposes an energy storage system (ESS) based power control for a grid-connected wind power system to improve power quality and stability of the power system. Vanadium redox flow battery (VRB), as an environmentally-friendly battery provided with many advantages, is employed in the ESS. A dynamic mathematical model of VRB is built by using an equivalent circuit, and its charging and discharging characteristics are analyzed. The VRB’s stable voltage is available in a wide range (around 20–80% state of charge), which is suitable for utilization of a single-stage AC/DC converter in the VRB-based ESS. With a proposed energy storage control method, VRB-based ESS is added at the exit of the grid-connected wind farm to filter fluctuations of wind power, which ensures that smooth power will be injected into the grid and which improves power quality of the power system. Simulations and experiments are carried out to verify the proposed power control method for these grid-connected wind power systems. The grid-connected wind farm with VRB-based ESS, wind speed (characterized as gust and stochastic wind), and wind turbines are modeled in simulations. Simulation results show that the grid-injected active power from the wind farm is effectively smoothed, and reactive power support can be provided for the grid by the designed VRB-based ESS. Experimental verification is achieved with a low power bench, where a RT-LAB real-time simulation platform and a direct torque controlled induction motor simulate a real wind turbine and a wind speed model is built in the RT-LAB real-time simulation platform. The experimental results verify the proposed scheme through demonstrating a stable and smooth power flow injected into the grid though the wind power fluctuated.     

大规模风力发电并网对系统小干扰稳定性的影响

以西北电网酒泉风电系统为算例,分析了不同风电机组类型、不同风电容量、不同并网位置对电力系统小干扰稳定性的影响。仿真结果表明：相比于恒速风力机模型和直驱式同步发电机模型,风电场采用双馈异步发电机模型并网对系统小干扰稳定性的影响较好;随着双馈并网有功出力的增加,系统小干扰稳定性减弱;选择合适的风电场位置可以为系统提供较好的阻尼。     

一种应用于直流微电网并网变换器的双电流反馈控制策略

针对弱电网时谐振频率发生变化导致LCL型并网变换器稳定裕度降低的问题,提出一种应用于直流微电网并网变换器的双电流反馈控制策略.根据变换器交直流两侧功率守恒以及传统下垂控制方程,建立直流母线电压与变换器侧电流的二次函数关系,简化直流母线电压控制方式,减少控制器参数设计;在变换器侧电流反馈控制内环加入并网电流反馈有源阻尼,分析其阻尼等效特性,提高弱电网下的谐振抑制效果.仿真与实验结果表明该控制策略能够实现直流侧母线电压的稳定控制以及交流侧并网电流的谐波优化.     

弱电网下基于虚拟母线电压控制的双馈风机稳定性优化研究

为了提高弱电网下双馈风机并网的稳定性,研究了弱电网下基于虚拟母线电压控制的双馈风机稳定性优化问题。首先建立了双馈风机系统接入弱电网的小信号模型,基于特征值分析法,发现电网强度较弱或风机输出功率较高时,会导致系统稳定性变差甚至振荡失稳。然后提出了一种弱电网下提高双馈风机稳定性的虚拟母线电压控制方法,相当于改变了锁相环跟踪并网点的位置,降低了电网阻抗,等效为提升了风机并网点的电网强度。接着分析了虚拟母线电压控制对系统稳定性的影响效果并分析了补偿因数和时间常数的设计范围,研究发现系统稳定性随着补偿因数的增加而增强,随着时间常数的增加而变弱。在Matlab/Simulink中搭建了双馈风机接入弱电网的时域模型并在半实物平台中进行实证,验证了该优化控制方法的正确性和有效性。     

考虑小干扰稳定的海上风电经不控整流直流送出系统 控制器参数优化设计

风机并网逆变器及送电系统的稳定性是大规模海上风力发电系统稳定运行的重要保证。提出一种考虑小干扰稳定的海上风电系统控制器参数优化设计方法。首先,利用谐波线性化原理推导了直驱风机并网逆变器、送端采用不控整流器的高压直流(diode-rectifier based HVDC, DR-HVDC)输电系统的序阻抗模型。然后,分析了风场经DR-HVDC并网互联系统的特点,讨论了稳定判据的适用性。进而,从控制器的角度,确定直驱风机并网逆变器控制系统的控制带宽和阻尼比的取值范围。并在此基础上,从系统的角度,综合考虑互联系统的右半平面零极点和控制参数等对阻抗比值的作用。最后,给出直驱风机并网逆变器的控制系统参数优化设计流程。基于Matlab/Simulink 建立海上风电经DR-HVDC直流送出系统的时域仿真模型。仿真结果验证了理论分析的正确性和所提方法的有效性。     

基于超级电容蓄能的永磁同步海上风电低电压穿越研究

为避免电网电压跌落导致海上风电机组脱网运行,分析了直驱永磁同步海上风电系统的双PWM全功率变流器控制策略,提出了一种基于超级电容器蓄能的海上风电机组并网运行低电压穿越方案。在双向变流器的直流侧并联超级电容蓄能系统,利用超级电容来维持电网故障时的功率平衡,稳定直流侧母线电压。利用网侧变流器静止无功补偿运行模式控制无功电流输出,向电网提供无功功率支持。仿真结果表明了该方案在电网故障时,能有效抑制直流侧过电压,向电网提供无功功率,有利于电网故障恢复,提高了直驱永磁海上风电系统的低电压穿越能力。     

UIPC与STATCOM联合改善风电并网系统电压稳定性

针对由风电出力不稳定性和间歇性所导致的电压不稳定的问题,本文充分结合FACTS技术的优点,提出一种将统一相间功率控制器(UIPC)和静止同步补偿器(STATCOM)联合起来,应用于风电并网系统中的方法,以改善风电并网系统的暂态电压稳定性。该方法是在风电场与电网的连接线上串联统一相间功率控制器(UIPC),将STATCOM并联在风电场的母线上;利用UIPC调节风电场与电网之间的功率的流动,并在系统发生短路故障时限制短路电流,以此降低故障发生时母线电压跌落的程度,同时使用STATCOM进行无功补偿,使电压得到及时的恢复。本文通过建立相应的仿真模型,利用UIPC和STATCOM对风电并网系统电压稳定性进行联合控制,结果表明该方式在风电并网系统中会使系统电压暂态稳定性得到极大的加强。     

直驱永磁风力发电系统并网特性研究

随着大规模风电机组的并网运行,风电机组或电网故障导致风机脱网的情况时有发生,这主要是由于对风电系统的并网运行特性没有深入的研究,而针对电网故障情况下的运行特性研究则更加薄弱。对使用背靠背全功率变流器的直驱永磁风电系统的综合控制策略进行了研究,并针对风速变化以及不同电网电压跌落情况下的响应情况进行分析。根据仿真结果可以看出,机组有着较好的动态响应,在风速大范围连续波动状态下有相对稳定的输出,且在系统发生故障后亦能够较快地恢复稳定,从而实现低电压穿越,保证风机的稳定并网运行。     

光伏发电系统自动监测与控制

对并网光伏发电系统的自动监测和控制进行了设计和研究。并网光伏发电系统中太阳电池阵列产生的直流电通过光伏并网逆变器转换为与大电网相同相位与频率的220 V或380 V正弦交流电,然后并入大电网。分布式光伏发电系统组成的微网和大电网双向交换,通过大电网调节并网光伏发电系统不足和多余的电力,使系统可靠地输出稳定、波形良好的正弦交流电。     

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。