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。     

SMES用于双馈发电机故障穿越的研究

近年来随着风电并网容量的迅速增加,风电场脱网对电力系统的影响日益严重。本文首先介绍了风电场故障穿越的技术要求,将双馈感应发电机(DFIG)控制系统分为风机控制分系统、转子侧和定子侧变频器控制分系统,然后建立超导磁储能(SMES)3阶相量模型,并采用SMES提高DFIG故障穿越能力和动态响应速度,最后在Matlab/Simulink中搭建SMES+DFIG仿真模型,并采用中国的低电压穿越(LVRT)标准和美国的高电压穿越(HVRT)标准验证SMES辅助风电机组实现故障穿越的能力。     

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.     

基于临界惯量和预想故障的含风电电力系统暂态功角稳定在线预警

大规模风电接入使得电力系统惯量水平降低,暂态功角失稳风险加剧,开展含风电电力系统故障前的暂态功角稳定在线预警对保障其安全稳定至关重要。提出了基于临界惯量和预想故障的含风电电力系统暂态功角稳定在线预警方法。首先,通过理论分析得到风电场在故障清除后短时间的功率恢复过程不能忽略的推论,并建立等效外特性模型,进而基于扩展等面积定则构建了计及风电场多阶段外特性的暂稳数学模型。其次,定义了含风电系统暂态功角稳定的临界等效惯量,并通过匀加速分段等效提出了实用化的求解方法,进一步提出了暂态临界惯量指数,实现稳定裕度量化分析并给出风险等级。最后,以含风电接入的四机两区域系统和IEEE39节点系统为例,仿真验证了所提方法的有效性和适用性。     

大规模风电集中接入的电力系统储能容量配置策略

风电集中并网给电力系统安全稳定运行带来新的挑战,配置储能则是改善电力系统静态和动态稳定性的有效手段。分析了储能在解决风电并网问题中的作用,基于液流电池建立了储能装置的机电暂态模型;以电力系统安全稳定为目标,应用数字仿真方法计算了风电集中接入的电力系统对储能的容量需求,提出了配置策略;针对中国典型风电接入电力系统,以保证电力系统静态和动态稳定性为目标,求取了该系统对储能容量的需求,并通过仿真计算验证了配置策略的正确性。     

ESS在风电系统中的应用研究及仿真分析

首先基于理论推导建立了储能装置（Energy Storage System,ESS）的功率注入模型,使用电力系统综合分析程序（PSASP）的用户自定义模型开发工具,开发了适用于PSASP的储能装置功率注入模型,然后通过建立的含有风电系统的PSASP仿真模型,研究了风力扰动对系统暂态特性的影响。最后,利用所建立的储能装置功率注入模型,进行了采用储能装置提高风电系统暂态稳定特性的仿真研究,研究结果证明了储能装置用于提高系统暂态稳定特性的可行性。     

大容量风电场接入电网的暂态稳定特性和调度对策研究

给出了异步风力发电机组的动态仿真数学模型和含风电场的电力系统暂态稳定分析方法，与国内大型电力系统分析软件相联接，实现了含风电场的电网动态稳定分析及其工程应用。结合风电场接入系统实例，分析了大容量风电场接入系统后电网的暂态稳定特性，提出了保证风电场和电网安全稳定运行的风电场安全容量的概念。探讨了通过控制负荷侧功率因数、采取动态无功补偿装置、加强网架结构、故障 后切除风电机组等措施改善电网暂态稳定水平、提高风电场安全容量的办法。通过计算风电场不同开启容量下最大可调出力及对应风速的关系，提出了风电场接入系统后的电网调度对策，采取该调度策略，可以提高风电场的接入系统容量。     

基于间接Hamilton化理论的超导储能控制设计

采用超导储能装置（Superconducting magnetic energy storage,SMES）的二阶模型,得到含SMES的单机无穷大电力系统模型。进而利用Lagrange化和间接Hamilton化理论, 构造了该动态系统的Hamilton函数,并提出相应的SMES的稳定控制策略。最后,利用Matlab进行仿真验证了笔者所提出控制律的正确性和有效性。结果表明, 在大干扰的情况下,基于间接Hamilton化理论所设计的超导储能控制器能使系统快速地恢复到稳定运行状态,提高电力系统的暂态稳定性。     

基于并网型双馈感应发电机的风电场暂态稳定性研究

为保障在电网故障或高风速工况下含风电场电力系统仍能稳定运行,提出了一种通过增加桨距角控制来改善并网风电场暂态稳定性的方法,通过调节风轮与风向的夹角,降低风力机的输出功率.研究了基于大规模双馈感应发电机的风电场暂态稳定性.在Matlab/Simulink平台中搭建了具有支撑风电场暂态稳定性的桨距角控制模型和双馈风电机组的风电场模型,通过对包含风电场的电力系统仿真,验证了桨距角控制对风电场暂态稳定性的贡献.仿真结果表明:桨距角控制能够有效降低高风速下风电机组的机械转矩,提高了风电场实现低电压穿越的能力,确保风电机组持续运行及电网安全稳定.     

含风电场的受端系统暂态电压稳定性评估

考虑风电场的自身特性和受端系统的结构特点,对含双馈风电场的受端系统暂态电压稳定性进行了评估。从严重度和可能性的角度提出了电压严重度和故障极限切除时间两个衡量暂态电压稳定性的指标。以所提指标为基础,重点考虑风速扰动和故障扰动的因素,研究了故障点位置、风电穿透率与受端系统暂态电压稳定之间的定性关系,并量化了暂态电压失稳的风险。在DIg SILENT/Power Factory仿真平台中搭建的含风电场的受端系统算例评估结果验证了所提方法的有效性。     

基于遗传算法的风电场最优接入容量问题研究

针对大规模风电场并网运行会引起接入系统节点电压越限、影响系统电压稳定性的问题,提出了采用遗传算法对系统稳态运行进行优化分析,并结合典型风速扰动和故障方式校验系统暂态稳定性的方法,确定风电场的最优接入容量。以某实际含风电场的电力系统为例,对所提方法的可行性和有效性进行验证,结果表明按照所提方法确定的风电场最优容量接入系统,稳态运行时可保证系统各节点电压合格,且风电场升压站母线电压和并网点电压接近额定电压,减小了风电并网对系统电压稳定性的影响;系统经历暂态过程时,可保证系统和风电场均稳定。     

变速恒频风电机组并网运行的暂态稳定性分析

以变速恒频风电机组并网为研究对象,利用MATLAB/Simulink环境以及M文件建立了仿真系统的动态数学模型,包括风速、风力机、机械传动部分、双馈电机系统以及同步发电机系统5个部分,其控制部分采用先进的、应用较为广泛的双PWM协调控制实现能量的双向流动。详细介绍了仿真的方法和过程,并以风电场接入朔州电网为例进行了暂态稳定分析,结果表明基于M文件和Simulink相结合的程序化方法可以有效地进行电力系统暂态分析与计算。并以风速扰动、风电场出口短路及风电机组与系统解裂故障为例,仿真验证了所建模型的正确性以及变速恒频风电机组能提高风电并网的暂态稳定性。     

静止同步补偿器在风电场的应用研究

建立了恒速异步风电机组和静止同步补偿器(STATCOM)的数学模型,使用Matlab中的动态仿真工具Simulink建立风力发电机组和STATCOM的仿真模型。以包含风电场的单机无穷大电力系统为例进行仿真分析,验证了STATCOM对风电场暂态电压稳定性的贡献。研究结果表明:风速小扰动和三相短路的大扰动故障时,STAT-COM能够有效帮助恒速异步风电机组在故障后恢复机端电压,从而改善风电场的暂态电压稳定性,确保风电机组连续运行。     

基于遗传算法的风电场最优接入容量问题研究

针对大规模风电场并网运行会引起接入系统节点电压越限、影响系统电压稳定性的问题,提出了采用遗传算法对系统稳态运行进行优化分析,并结合典型风速扰动和故障方式校验系统暂态稳定性的方法,确定风电场的最优接入容量.以某实际含风电场的电力系统为例,对所提方法的可行性和有效性进行验证,结果表明按照所提方法确定的风电场最优容量接入系统,稳态运行时可保证系统各节点电压合格,且风电场升压站母线电压和并网点电压接近额定电压,减小了风电并网对系统电压稳定性的影响;系统经历暂态过程时,可保证系统和风电场均稳定.     

计及天气因素的风电并网系统可用输电能力评估

随着我国新能源产业的发展,风力发电并网规模不断扩大,风电并网系统的可用输电能力(ATC)评估成为一个关键问题。首先建立了基于Weibull分布的风电场模型,在分析了风电并网和恶劣天气对可用输电能力影响的基础上,建立了计及天气因素的电力系统设备模型,然后采用非序贯蒙特卡罗仿真的方法对风电并网系统的ATC进行概率评估;在每个系统状态下,采用内点法求取风电并网系统的ATC。采用含风电场的改进IEEE-RTS79节点系统进行了仿真和验证,结果表明,所提出的评估方法可以有效地评估天气因素和风电场容量及接入位置的不同给ATC带来的影响。     

超导储能系统提高风电场暂态稳定性研究

应用超导储能系统(SMES) 对提高风电场的暂态稳定性进行了研究。在深入研究超导储能系统运行原理的基础上,建立了基于电压型换流器(VSC)的超导储能系统模型,实现了有功功率和无功功率的解耦控制,并提出了有功、无功功率综合控制策略。利用PSCAD/EMTDC软件进行了仿真计算,结果说明超导储能系统不但能够在风速波动时平滑风电场的功率输出,而且能够提高风电系统的暂态稳定性。     

含电池储能风电场的电力系统风险评估

考虑风电机组的时变故障率和降额率以及风电场复杂尾流效应的影响,建立了风电场的出力模型;考虑电池储能的充放电约束和容量约束以及其故障率的影响,建立了电池储能系统的出力模型。综合上述2个出力模型,考虑不同风能调度策略得到了含电池储能风电场的出力模型。基于该模型给出了含电池储能和风电场的电力系统风险评估的具体流程和方法。改进IEEE-RTS 79算例仿真和分析,验证了上述模型和方法的正确性和有效性。     

考虑双时间尺度调度周期的储能最优容量配置

储能系统可以通过缓冲净负荷的波动性和不确定性,增加含风电电力系统的灵活性。为了考虑小时内系统爬坡需求,提出小时级和小时内的双时间尺度调度周期储能最优容量配置模型。在小时级时间尺度,该模型确定的储能容量能保证系统电量的供需平衡。在小时内时段,该模型确定的储能容量和功率能确保系统有足够的爬坡能力满足小时内的负荷跟随并且响应短期净负荷波动。该方法可以有效提高风电接入系统的可靠性,并为风电场储能容量配置与现有电网调度运行方式衔接提供参考。最后采用实际风电场数据,通过仿真分析验证了该方法的有效性。     

大规模风电接入对电力系统暂态稳定风险的影响研究

大规模风电接入电网可能影响电网运行状态,造成系统暂态稳定特性改变,量化大规模风电接入对电力系统暂态稳定风险的影响,是保证风电消纳和电网安全的重要课题。在研究系统暂态稳定性分析中的风电模型和电网故障严重程度的基础上,提出一种评估大规模风电接入的电力系统暂态稳定风险评估方法。该方法充分计及风电出力与系统故障状态的随机性,并基于效用理论,以调度员对功角偏差的感知效用为度量指标,建立用非线性效用函数量化故障的严重程度,同时对系统暂态稳定风险指标的计算方法与流程进行了详细研究。将该方法应用于新英格兰39节点系统,对比研究了不同并网容量和并网点对暂态稳定风险的影响,仿真结果证明了所提方法的正确性和有效性。     

STATCOM改善风电场暂态电压稳定性的研究

提出了恒速异步风电机组和静止同步补偿器的数学模型,使用Matlab中的动态仿真工具Simulink建立了静止同步补偿器的控制模型,以包含风电场的单机无穷大电力系统为例进行了仿真计算,验证了静止同步补偿器对风电场暂态电压稳定性的贡献。研究结果表明：风电场发生三相短路的大扰动故障时,静止同步补偿器能够有效帮助恒速异步风电机组在故障后恢复机端电压,从而改善风电场的暂态电压稳定性,确保风电机组连续运行。