一种基于双馈风机锁相环动态响应的风-火协同调频策略

针对风电机组参与系统频率调整与传统同步机电源相互配合的问题,通过合理设置双馈风电机组锁相环控制参数使其具有与传统同步机电源相似的惯量响应能力,进而分析风电机组惯量响应与同步机一次调频之间的相互影响,在此基础上提出风电机组主导的风-火协同调频控制策略。本策略的优点在于能减弱风电机组惯量响应过程中对于同步发电机组一次调频出力的抑制作用,加快同步发电机调频响应速率,进一步优化系统频率。最后在EMTDC/PSCAD中搭建时域仿真系统,验证了所提出理论分析的正确性与控制策略的有效性。     

基于虚拟同步机控制的双馈风电机组预同步并网策略

采用虚拟同步机控制的双馈风电机组能提高电网惯量和频率支撑能力,成为实现可再生能源友好并网的有效途径之一。基于虚拟同步机控制的双馈风电机组直接参与电网并网时,由于缺少预同步锁相控制,双馈风电机组定子与电网的电压幅值和初始相位可能存在偏差。针对上述存在的并网问题,提出了一种虚拟同步机控制的双馈风电机组无锁相环预同步控制策略。通过在虚拟同步机外环控制中加入频率相位控制器和幅值预同步控制器,可以控制双馈风电机组并网前定子频率、相位和电压幅值与电网相同,并提出在无功功率-电压环中引入虚拟阻抗,实现了双馈风电机组快速地平滑并网。最后,通过理论分析和仿真结果验证了无锁相环预同步控制方案对虚拟同步机控制的双馈风电机组并网的有效性。     

具有自主电网同步与弱网稳定运行能力的双馈风电机组控制方法

随着风电的高比例并网以及大型风电机组的分散接入,电网对风电不再具备强电气支撑作用,进而引发一系列并网稳定问题,如谐波振荡、次同步振荡和低频振荡等,这是由于风电变流器所采用的电流矢量解耦控制需要电网提供强电压支撑才能稳定控制电流所致,弱网下难以稳定。此外,风电并入弱网还需具备一定的自主组网与电网支撑能力,如自主惯量响应等。为此,该文围绕弱网稳定运行与自主电网同步两个核心问题提出了一种双馈风电机组的新型控制方法。具体地,机侧变流器采用基于转子磁链自定向的虚拟同步控制方法;对网侧变流器提出一种新型的惯性同步控制方法,依据动力学系统相似性原理,利用直流母线电压固有动态直接实现网侧变流器的无锁相环电网同步控制,该方法较虚拟同步控制模型阶数更低且更易稳定。经以上控制后,双馈风电机组的定子侧和转子侧外特性分别等效为2台同步机。在PSCAD/EMTDC仿真软件中构建2MW双馈风电机组暂态模型,详细分析了该控制下双馈风电机组的启动、柔性并网过程、自主惯量响应以及最大风能捕获等相关特性,仿真结果表明提出的控制方法具有较好的弱网稳定运行与发电特性。     

风电并网一次调频控制性能研究

为了使采用双馈式异步电机的风力发电并网系统具备参与电网一次调频的能力,需要对并网系统开展一次调频性能研究,采用下垂控制方案,解耦有功功率和无功功率,通过控制有功功率输出来动态响应频率波动。针对传统下垂控制在响应电网频率调节过程中,输出功率与参考功率偏差较大引起的控制系统过度调整问题,引入动态下垂系数作为原下垂控制系数负反馈相,使频率与下垂控制系数的乘积在可控范围内变换,实现下垂系数根据目标频率实时调节;针对风机并网系统一次调频过程中的功率震荡问题,建立风电并网虚拟同步机数学模型,采用自适应虚拟参数,并分析参数取值范围。通过Matlab/Simulink仿真和实验验证所提方案可以使风电并网系统一次调频控制性能更优。     

改善惯性响应与一次调频的风电全直流系统协调控制策略

针对风电全直流系统并网后给交流电网带来的系统惯量降低、调频能力不足等问题,提出一种改善惯性响应与一次调频的变系数风电全直流系统协调控制策略。在惯量响应方面,网侧换流站采用惯性同步控制,直流升压站采用恒变比控制,实现直流电容对电网的惯量支撑及直流低压侧的直流电压对交流系统频率的感知,在此基础上对直流风电机组(DC wind turbine, DCWT)附加变虚拟惯性系数的虚拟惯量控制,使风电全直流系统在不同频率响应阶段具备不同的等效惯量。在一次调频方面,DCWT采用超速与变桨结合的减载运行方式,通过变下垂控制来改变它的有功出力,充分利用不同风速下的备用容量,从而使风电全直流系统更有效地参与一次调频。最后仿真算例表明,该策略改善了风电全直流系统接入后的电力系统的惯性响应及一次调频。     

基于超级电容储能控制的双馈风电机组惯量与一次调频策略

双馈感应发电机在最大功率点跟踪控制下,发电机的输出功率难以响应电网频率波动,常规超速减载控制虽然可保留部分有功备用参与系统调频,但存在风电机组发电效益降低、转速调节范围减小及桨距角控制启动频繁等问题。为此,文中结合双馈感应发电机网侧变流器的控制特性,提出了基于超级电容储能控制的双馈风电机组惯量与一次调频策略。其中,虚拟惯量调节和一次频率调节都由超级电容控制实现,无须改变或增加风电机组额外附加控制,提高了单台风电机组的自稳性和抗扰性;根据实际超级电容模组的成本和充放电效率对储能单元容量进行优化配置。通过对比预留备用一次调频方案的经济性,表明所提方案具有较强的经济优势。最后,通过仿真实验表明其惯量支撑和一次频率调节能力及发电效益相较于常规一次频率控制具有明显提高。     

基于虚拟同步机技术的风储系统协调调频控制策略

为了充分发掘风电机组调频能力,考虑传统储能系统直接补偿风电场二次频率跌落调频控制策略存在储能系统容量需求高、经济性差的缺点,该文提出一种基于虚拟同步机（VSG）技术的风储系统协调调频控制策略。首先,在风储VSG系统结构基础上建立风储VSG数学模型,并分析风储VSG调频特性;其次,依据储能系统数学模型研究储能系统VSG调频控制方法;然后,综合考虑风电场与储能系统出力特点,提出基于风电惯量释放和储能稳态支撑的风储协调控制策略,通过风电场与储能系统并行出力的方式,在降低储能系统容量需求的同时充分发挥风电机组短时功率支撑的作用;最后,通过仿真分析可知,采用该文控制策略可在稳定系统频率的基础上大幅降低储能系统容量配置,提高风电场调频经济性。     

适应于弱电网的永磁直驱风电机组虚拟惯量协调控制策略

大规模的风电机组并网使电力系统面临惯量减小与调频能力不足的问题,而风机的虚拟惯量控制是解决这一问题的重要手段。当前,永磁直驱风电机组的虚拟惯量控制主要通过将电网频率引入其功率控制或转矩控制中,来实现风机对电网的功率支撑,风电机组仍采用锁相环实现与电网的同步。但在弱电网下,锁相环的动态性能将恶化,甚至会导致风机的失稳。为此,提出一种适应于弱电网的永磁直驱风电机组虚拟惯量协调控制策略,该控制策略可利用直流电容动态实现直驱风电机组网侧逆变器的并网自同步,从而使直驱风电机组无需经过锁相环并网并且能适应于弱电网运行。此外,该控制策略可利用存储于风机的旋转动能为电网提供虚拟惯量。详细讨论了相应的并网自同步机理及惯量模拟机理,并基于MATLAB/Simulink仿真验证了该协调控制策略的有效性。     

含主动轴系扭振阻尼的并网双馈风电场惯量控制方法

电网中风电容量的增加,使得电力系统等效惯量减小、频率稳定性下降。为避免此风险,各国电网并网导则要求大规模风电场参与系统调频,并能提供类似同步发电机的惯量响应。本文基于时域仿真并辅以特征值分析,研究了风电场惯量控制对风电机组及电力系统运行特性的影响。传统的风电场惯量控制方法有益于电力系统频率稳定,但仿真结果揭示该控制会减小风电机组轴系扭振的阻尼,严重时将导致机组转速振荡失稳。为解决此问题,提出了含主动轴系扭振阻尼的风电场惯量控制方法,在满足并网导则有关惯量控制要求的同时可有效避免机组发生轴系扭振失稳。仿真结果验证了控制方法的有效性。     

直驱风电机组虚拟同步发电机控制策略研究

介绍了直驱式风电机组的虚拟同步发电机实验系统及控制策略。风电机组的虚拟同步发电机功能要求机组有功功率响应于电网频率变化率及变化量,即虚拟惯量及一次调频。此处介绍了一种电力电子电网模拟实验系统。该系统能真实有效地模拟电网电压频率变化工况,虚拟同步发电机功能的实现对风电机组尤其是变流器的控制策略提出了更高要求,为此特别给出了风电机组的虚拟同步发电机功能控制实现方法。利用该实验系统在风电现场进行了并网测试,验证了该实验系统及风电机组控制策略的有效性。