海上风电低频主变压器特性分析及技术展望

目的  低频交流输电技术已受到广泛关注,虽然其理论研究在不断深入,但距离其在大容量远距离的海上风电送出场景下的工程实现还有许多问题亟待解决,海上低频主变压器的研发与选型问题就是其中之一。 方法  在详细阐述海上风电低频交流输电系统的结构及工作原理的基础上,分析了海上主变压器的低频运行特性。 结果  若采用增加铁心截面及绕组匝数的常规改造方式,低频变压器在重量体积和总损耗方面均会有所增加,会给海上风电整体送出方案经济性、海上升压站荷载及布置带来极大影响。需要研究海上低频变压器的小型化、轻量化和低损化设计。 结论  最终详述了海上低频变压器改造的关键技术。在铁心改造方面,研发高磁密、低损耗的高性能取向硅钢片是备受关注的低频变压器改造技术。利用海上优势,设计水冷冷却方式及智能监控的变压器冷却方式也可以实现变压器整体质量与体积的优化。酯类高燃点油变压器具有油可降解、难燃、可靠性较高等优点,与常规矿物油变压器相比更适用做海上低频变压器。展望上述关键技术的未来发展,为大容量、高电压等级海上低频变压器的研制与应用提供参考,以推动大容量远距离海上风电低频送出技术的工程实践。     

考虑风电频率响应的电力系统低频减载控制策略研究北大核心CSCD

大规模风电机组参与调频会对电力系统的频率稳定产生较大影响。传统低频减载控制策略的研究尚未考虑风电机组频率响应的影响,可能导致低频减载控制策略与传统火电、风电调频资源配置不合理。为此,文章提出一种考虑风电频率响应的电力系统低频减载控制策略。首先,基于风电虚拟惯性和一次调频控制模型,建立考虑风电参与调频的电力系统频率响应简化模型;其次,分析风电参与频率响应的有功响应特性对系统不平衡功率量的影响,进而精细化估算用于指导低频减载的不平衡功率量;最后,利用MATLAB/Simulink仿真平台对所提电力系统低频减载控制策略进行了仿真验证。     

计及海上风电调频能力的新型电力系统频率态势分析北大核心CSCD

针对海上风电大规模并网后影响沿海地区电网频率稳定的问题,文章研究了计及海上风电参与调频的新型电力系统频率态势分析策略。该策略首先基于火电、陆上风电、光伏、海上风电频率响应模型建立聚合的电力系统频率响应模型。然后,基于电力系统频率响应模型,建立频率特性传递函数,并量化分析电力系统频率特征。最后,利用Matlab/Simulink仿真验证了文章所提频率态势分析方法的有效性,为沿海地区计及海上风电调频能力的电力系统频率态势预测提供理论方法。     

弱电网低电压穿越期间并网逆变器系统的小干扰稳定性研究

针对弱电网系统在低电压穿越期间的小干扰稳定性问题,文章首先建立了并网逆变器系统的小干扰线性化模型,推导出电网阻抗、锁相环及电流环之间的耦合关系;然后采用特征值分析法对整个并网逆变器系统进行了全面的模态分析;并通过系统根轨迹图详细分析了电网强度、锁相环带宽及电流环带宽对系统小干扰振荡特性的影响规律.分析结果表明,电网连接...     

海上风电经柔直送出系统受端交流故障联合穿越控制策略北大核心CSCD

针对传统故障穿越控制存在的风电场减载响应慢、直流耗能装置成本高等问题,文章提出一种风电场快速降压减载和直流耗能装置配合的受端交流故障联合穿越控制策略。通过阐明受端电网故障时的直流过电压机理,分析送端系统交流电压与风场侧电流、直流侧电压的耦合关系,提出了基于前馈直流电压补偿的送端换流站降压法;根据风电并网导则确定风电场稳定运行域,基于风电场减载裕度优化直流耗能装置容量,提出了受端交流故障时风电场降压减载和直流耗能装置联合的穿越控制动作时序;基于PSCAD软件搭建某海上风电柔直工程的电磁暂态模型。不同工况的仿真结果表明,文章所提出的联合穿越控制方法能够减少直流耗能装置的配置容量,并提升海上风电柔直送出系统的故障穿越能力。     

基于多智能体的风电并网协同控制研究北大核心

规模风电场并网调度和控制是我国风电发展急需解决的重要问题之一。文章针对山西省电源结构的特点,采用了分布协同(Multi-Agent-system)体系,提出了"风-火-水"协同控制模式。建立了基于JADE平台多智能体仿真模型,并对山西北部地区规划的风电项目进行仿真,结果表明,利用"风-火-水"协同控制不仅可以有效地解决大规模风电并网对电网冲击的问题,而且调度过程中减少火电机组的供电煤耗,使电力系统的运行更为经济、环保。     

海上风电多类型直流送出系统拓扑经济性分析

相比于柔性直流输电(VSC-HVDC)送出方案,送端采用不控整流器(diode rectifier,DR)的DR-HVDC方案具有损耗低、体积小和成本低的优点,是未来海上风电送出技术的重要发展方向之一.为了解决黑启动和海上交流电压调控问题,现有的DR-HVDC拓扑主要采用海上平台装设储能、系统增加交流联络线路、送端换流...     

风电并网系统阻抗稳定性分析及次同步振荡因素研究

该文基于适用于次同步振荡特性分析的系统元件序阻抗模型,建立双馈风电多机并网系统阻抗网络建模模型,并提出基于该模型的稳定性分析方法;综合频域稳定分析和时域仿真结果,多角度讨论分析风速、机组控制参数对系统次同步振荡的影响特性,对现有文献鲜有提及的风电机组(群)位置对次同步振荡影响差异进行了重点研究,发现了振荡现象与具体场景...     

弱电网下级联H桥光伏并网逆变器稳定性分析

随着大规模新能源发电设备的接入,可能会形成对外呈感性的弱电网,这将影响逆变器系统的稳定性.针对级联H桥光伏并网系统,分别考虑锁相环和电压前馈的影响,对输出阻抗进行建模,并基于阻抗稳定判据分析延时时间、锁相环带宽、谐振前馈系数对并网系统稳定性的影响.最后,提出一种通过相角补偿来增强级联H桥光伏并网逆变器在弱电网条件下稳定...     

弱电网条件下LCL型三相光伏并网逆变器研究

针对常规并网逆变器在弱电网环境下易出现不稳定情况,在考虑电网阻抗变化条件下设计LCL型滤波器网侧电流及电容电压双闭环控制策略.基于LCL型光伏并网逆变器拓扑结构,在dq同步旋转坐标系下建立数学模型,进行解耦及控制器设计.分析电网阻抗变化对LCL型滤波器的影响,给出一种考虑不同电网阻抗条件下锁相环扰动的系统参数设计方法....     

基于双采样的LCL型并网逆变器并网电流间接控制研究北大核心CSCD

在并网逆变器滤波方面,LCL型滤波器比LC型滤波器具有更加优良的高频谐波滤除能力,但是LCL型滤波器的谐振效应也给并网系统的稳定性带来一定的挑战。实际的并网逆变器通常采用逆变器侧电流和电容电压作为反馈进行控制,在分析LCL型并网逆变器结构的基础上,文章提出一种逆变器侧电流反馈控制并网电流和电容电压反馈抑制谐振的并网逆变器控制方案,无需逆变器外部增加电流传感器,给出了精确的并网电流参考值计算方法。实验验证了文章所提控制方案的有效性。     

基于模糊PI控制的海上风电柔性直流输电整流器研究

为提高海上风电柔性直流输电电压等级,抑制直流侧电压跌落和闪变,将三相电压源变流器用于送端整流器。采用多个功率单元级联的拓扑结构,电流内环采用PI解耦控制、电压外环模糊PI调节双闭环控制方式。分析了变流器数学模型,建立了MATLAB／Simulink仿真模型,实现了电压级联输出．在线PI参数整定。仿真结果验证了该系统在海上风电柔性直流输电应用中的有效性。     

多逆变器并联并网系统稳定性分析

实际工程中多逆变器并联并网系统中的各逆变器之间往往存在一定差异,为研究逆变器参数不统一的多逆变器并联并网系统的稳定性及谐振机理,以逆变器参数不统一的一般性多逆变器并联并网系统为研究对象,将系统分解为导纳网络和激励源两部分,分别推导出系统中不同逆变器之间以及逆变器与电网之间的相互作用电流,据此揭示出这些不同元件之间的相互作用机理,提出一种根据导纳网络和逆变器自身的稳定状态来判断系统稳定性的方法。利用上述不同元件之间的相互作用电流分量合成逆变器输出电流以及并网电流,并推导出其稳定性判定条件,最终得到一种具有一般适用性的多逆变器并联并网系统稳定性判定方法。仿真及实验结果可验证理论分析的正确性。     

基于控制参数分群的DFIG并网系统低频振荡抑制北大核心CSCD

通过整定控制参数,可以抑制大规模双馈感应发电机并网引起的电网低频振荡,但基于特征值灵敏度选择的主导控制参数,在不同场景和模式下,可能引起相反效果。文章建立了风电系统低频振荡模式阻尼比灵敏度的解析表达。根据阻尼裕度确定模式危险程度,将上述灵敏度加权,提出累积阻尼比灵敏度以描述参数调节对所有模式阻尼比的整体效果。考虑风速与负荷随机波动,采用模糊C均值(FCM)聚类算法,对运行场景归类,将场景分布概率作为权系数,计算多场景下累积阻尼比灵敏度、对控制参数分群。特征值分析和时域仿真结果验证了所提控制参数分群算法对低频振荡模式的抑制效果。     

基于SCADA数据海上风电场解析尾流模型可靠性与尾流叠加研究北大核心CSCD

针对工程中常用的解析尾流模型适用性及精确度存在较大不确定性的问题,文章利用国内某海上风电场运行的SCADA数据,分别对Jensen模型、Frandsen模型和Gaussian模型等主要解析尾流模型进行可靠性验证和分析。在此基础上,提出了更加适用的尾流模型参数选取方案,参数修正后的Gaussian尾流模型的评估精度提升约50%。此外,为了分析海上风电场的尾流叠加特性,文章采用场内实测数据进行分析,并与工程尾流叠加模型计算结果进行对比,结果表明,工程尾流叠加模型仍存在一定改善空间。     

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。     

风轮不平衡的风电机组机械振动信号频域特性分析北大核心CSCD

风轮的平衡性直接影响到风电机组的安全运行和发电效率。为分析风轮不平衡对风电机组振动的影响,文章在GH Bladed中搭建了3 MW风电机组模型,仿真得到了正常和不平衡工况下的机舱振动加速度信号,并引入快速傅里叶变换和小波分解的方法将原始信号转换为频域信号和频域细节信号,并对比其频域特性。对比结果显示,不平衡工况下机舱振动加速度在风轮1倍转频处的幅值明显增大,细节信号的幅值和波动程度也有所增加,而气动不平衡的影响较质量不平衡更为严重。分析结果表明,机舱振动加速度信号可作为风轮不平衡故障的判别依据。     

海上风电钢制基础的防腐质量控制分析

正与陆上风电场相比,海上风电场具有风能资源储量大、开发效率高、环境污染小、不占用耕地等优点。然而海上风电运行环境十分复杂:高温、高湿、高盐雾和长日照等众多影响因素对海上风电设备的腐蚀防护提出了严峻挑战。防腐蚀设计已成为海上风电场设计的重要环节之一。目前海上风电钢制基础的防腐系统,虽可参考海洋石     

计及海缆分布特性的海上风电柔直并网系统中高频谐振分析及抑制

海上风电场交流海缆线路的分布电容特性易引发系统中高频谐振失稳,基于阻抗稳定性分析法,研究海上风电柔直并网系统的中高频谐振机理并提出相应的谐振抑制方法。首先,构建考虑海缆分布特性的并网系统小信号阻抗模型,并通过阻抗扫描进行验证。其次,基于阻抗稳定判据研究海缆分布特性及控制器参数等因素对并网系统中高频谐振特性的作用机理。最后,提出一种基于控制器参数优化的中高频谐振抑制方法,并通过仿真验证理论分析的正确性及抑制方法的可行性。结果表明,并网系统中高频振荡主要由交流海缆线路与交/直流装备之间的交互作用引起,长距离海缆分布特性会导致系统中高频呈现多谐振兼负阻尼特性,且柔直换流站的基频电流环比例系数过大时易降低系统中高频稳定性,可通过所提参数优化方法抑制系统中高频谐振。     

基于阻抗法的MMC-HVDC并网系统高频振荡分析及抑制研究

针对某海上风电经多模块多电平换流器（MMC）接入电网系统,陆上换流站与电网发生宽频振荡的问题,基于阻抗分析的思想和MMC控制系统结构建立dq坐标下MMC控制系统频域模型。将MMC控制系统模型的d、q耦合部分转换至时域、abc坐标系下进行化简,实现了系统解耦,然后建立MMC控制系统abc坐标下的频域模型,进而结合MMC等效电路的分析建立其等效阻抗模型。通过阻抗分析法对换流器阻抗模型和电网阻抗模型的特性进行分析,验证了振荡发生的机理。最后对抑制宽频振荡的措施进行分析,给出附加带阻滤波器的解决方案,并通过现场案例的振荡现象进行验证。