基于内模控制的VSC-HVDC风电并网系统控制策略研究

针对轻型直流输电技术(VSC-HVDC系统)在采用双闭环PI控制时的参数多并且整定复杂的问题,采用内模控制原理对PI参数整定算法进行改进,改进算法只需调节一个参数,使参数整定变得简单快捷,同时可以保留双闭环PI控制系统优良性能。仿真结果表明,基于内模控制原理的一个参数整定的VSC-HVDC系统参数保有双闭环PI控制系统的优良性能,系统鲁棒性好,控制精度高,动态响应快。     

基于VSC-HVDC的海上风电系统虚拟惯性控制技术

海上风电系统的惯性响应有利于增强其所在区域电网的暂态稳定性。文中首先提出适用于海上风电场并网的VSC-HVDC控制策略,并解决由风电机组组网的海上交流系统缺乏惯性的问题。其次,基于所提的VSC-HVDC控制策略,结合变速恒频风电机组的虚拟惯性控制,研究海上风电系统的虚拟转动惯量与电网频率变化的关系,实现海上风电系统对电网频率的动态支持。最后,通过对含海上风电系统的区域电网的仿真分析,验证所提控制策略能够实现海上风电系统对电网频率的快速响应。     

用于风电并网的VSC-HVDC网侧换流器改进控制策略

在风电经基于电压源换流器的柔性直流输电(voltage source converter based high voltage direct current,VSCHVDC)系统并网的系统中,保证直流电压稳定是风电并网系统中稳定能量传输的关键。由于系统两侧换流器输入和输出的有功功率不平衡,VSC-HVDC系统直流输电线会出现过电压或欠电压现象,影响风电并网系统的稳态运行。为了抑制直流电压波动,提高系统的动态响应速度,提出一种负载电流前馈控制策略。在网侧换流器直流电压外环控制环节中,通过引入负载电流前馈控制策略,来抵消直流电压发生波动的部分,使输出直流电压在负载突变时的波动减弱。通过对直流电压外环动态性能的分析,得出电压外环控制器参数整定公式以及前馈控制传递函数。根据直流侧电容设计要求,分析电压外环控制器对直流侧电容参数选取的影响。最后,利用MATLAB/Simulink软件进行了仿真验证,研究结果表明,该控制策略能改善系统的动态响应性能,减小直流电压波动,实现有功功率的稳定输出。     

大规模海上风电接入电网关键技术与技术标准的研究及应用

编制科学合理的新能源并网标准、建立完善的技术标准体系对于进一步推动我国新能源开发利用,实现“碳达峰碳中和”目标起着关键性作用,是促进新能源产业发展的核心基础要素之一。在双碳目标下,以风电、光伏为主的新能源在电力系统中的地位和重要性重新被认识,尤其是海上风电凭借自身优势逐渐成为实现能源转型的重要方面。该文首先介绍了海上风电并网工程及其面临的技术挑战,概括了海上风电并网领域相关的标准化工作情况,从交流并网与直流并网等角度,以标准化为主线,阐述了海上风电并网工程规划设计、试验检测、并网控制等方面的关键技术及标准开发应用情况,最后展望和研判了海上风电并网未来技术发展趋势,并对海上风电并网标准进行全面探讨。大规模海上风电接入电网的系列标准将为我国海上风电并网安全运行提供切实的技术保障。     

分频海上风电系统的技术经济分析

介绍了分频输电系统(FFTS)应用于海上风电的拓扑结构,并通过一个装机容量300 MW、离岸距离250km的算例,比较其与现有高压交流(HVAC)和高压直流(HVDC)并网方式的技术及经济优劣。FFTS通过降低输电频率(如50/3Hz),显著降低交流电缆中的充电电流,提升海底交流输电的效率与性能。结果表明,FFTS能满足算例的并网需求,且风电穿透率大于HVAC。算例中FFTS换流站的投资折算和年维护费用比HVDC少9 126万元,等年值比HVDC低7.28%。在算例的基础上,文中进一步给出了FFTS-HVDC临界经济距离—装机容量曲线,相对而言FFTS更适用于装机容量大、离岸近的风电场,对于300 MW风电场,二者的临界经济距离约为634km,远超已有和规划中的海上风电场的离岸距离。分析结果表明了分频海上风电系统所具有的应用潜力。     

我国海上风电发展的若干问题初探

国外的近海风电场建设已进入大规模发展阶段,我国的海上风电场建设也已启动。介绍了国内外海上风电发展的概况,对海上风电技术和海上风电场投资进行了分析,探讨了我国发展海上风电所面临的一些问题以及应采取的相应对策。     

基于VSC-HVDC联网的风电场故障穿越能力研究

通过VSC-HVDC技术进行大规模风电场并网可以不受传输距离的限制,隔离线路两端网络减少故障之间的相互影响,并可以自动换相,运行不需要借助于外部电源,因此VSC-HVDC被视为较理想的风电场并网方式。在分析VSC-HVDC的风电场并网系统的稳态控制策略及运行特性的基础上,当交流电网发生故障扰动时,对VSC-HVDC联网的风电场并网系统的故障穿越能力进行了研究。给出了传统的直流泄放电阻的故障穿越方法,并提出了一种基于风电机组惯性支持的故障穿越方法。通过对双馈风电机组(DFIG)组成的风电场经VSC-HVDC并网的系统进行仿真分析,验证了该方法能够在交流电网发生故障时迅速响应,防止VSC-HVDC直流过电压,提高了系统的故障穿越能力。     

欧洲海上风电工程实践回顾及未来技术展望

海上风电产业在欧洲已发展了近30年,目前已成为欧洲最主要的可再生能源发电形式之一,在未来可再生能源的规划中占有非常重要的地位.海上风电场在20世纪90年代初从丹麦、英国、瑞典和荷兰最早开展示范,由最初几万千瓦的规模逐步增长到几十万千瓦,到目前已发展到上百万千瓦.在这个产业化的过程中,欧洲风电行业积累了很多设计、监管及运行的经验.文中针对欧洲风电场发展过程,首先对不同发展阶段产生的一些主要技术问题进行了回顾,然后重点讨论了电气设计中的几个主要问题,从电气设计角度对工程实践的一些经验进行了总结,最后对未来风电场发展及并网技术方向进行了展望.     

适用于风电并网的VSC-HVDC系统模型预测控制

针对风电并网的电压源换流器高压直流输电(VSC-HVDC)系统的传统双闭环控制策略存在控制结构复杂、PI参数较多且难以整定、响应速度慢等问题,提出适用于风电并网的VSC-HVDC系统模型预测控制策略。为了提高风电场母线交流电压的控制精度,风电场侧换流器(WFVSC)采用基于优化模型预测的定交流电压控制,提出滞后补偿两步预测法,并将模型预测控制与脉宽调制(PWM)技术相结合,求取2个控制周期内调制波的最优解,然后经过调制单元生成开关信号作用于WFVSC。网侧换流器(GSVSC)采用有限控制集模型预测功率控制,基于GSVSC的离散数学模型,利用代价函数遍历寻优找出使代价函数最小的开关状态组合作用于GSVSC。基于所提模型预测控制的VSC-HVDC系统具有良好的稳态性能、动态性能和故障恢复性能,能为风电场提供稳定的交流电压。仿真结果验证了所提控制策略的可行性和有效性。     

基于VSC-MTDC的大规模海上风电并网系统协调下垂控制方法

提升电压源型换流器的多端直流输电(VSC-MTDC)系统的传输功率和传输效率对于大规模风电并网而言至关重要。提出VSC-MTDC系统协调下垂控制方法,并制定3种典型的控制模式,从而实现风电场最优功率输送与VSC-MTDC系统效率的最大化。建立用于海上风电场并网的四端直流输电系统仿真模型,结果表明,所提协调下垂控制方法不仅能实现有功功率在VSC-MTDC系统中的最优分配,而且能稳定直流电压,增强VSC-MTDC系统的运行稳定性。     

世界海上风电投资分析

本文通过对目前世界范围内海上风电场建设状况及投资成本的对比分析,为国内海上风电场建设的投资分析提供参考依据。     

基于自启动系统的海上风电并网技术

针对目前海上风电项目建设存在并网周期长的问题,提出了一种自启动的风机并网方法,并基于该方法开发了一套风机并网调试自启动装置。该装置可以安装在海上升压站平台上,在大电网电源送达海上升压站前,通过海缆为风机提供稳定电源,在此期间提前完成风机各项调试与并网工作。待正式电源送达海上升压站后,风机直接并网,大幅缩短海上风电项目建设工期,帮助风机提前并网发电,创造可观的经济价值,并能够加速清洁能源并网,助力“碳达峰,碳中和”的能源环境战略目标实现。目前,该技术已在江苏如东多个海上风电场落地应用,现场试验数据验证了研制系统和所提方法的先进性与有效性。     

海上风电制氢技术经济性对比分析

海上风资源丰富、区域广,成为风电开发利用的重要领域。但海上风电的强随机性和间歇性给海上风电的安全可靠消纳带来诸多难题。风电制氢是提高风电利用率和缓解弃风的有效手段,已成为海上风电发展和研究的热点方向。综合考虑制氢技术方案、设备投资成本、运行维护成本,给出国内海上风电制氢技术的经济性评价方法;分别建立海上风电岸上制氢、海上平台制氢及管道输氢和海上平台制氢及船舶运氢3种海上风力发电制氢技术方案及经济性模型。基于相关调研和文献数据,以某300 MW海上风电场为例,对不同离岸距离的3种海上风力发电制氢技术方案进行经济性比较。结果表明,3种海上风电制氢方案中,海上平台制氢及船舶运氢方案最具经济性,且随着离岸距离加大,该方案等年值费用基本不变;海上风电岸上制氢方案和海上平台制氢及管道输氢方案随离岸距离加大,等年值费用均不同幅度增加。     

日本的海上风电

日本东京台场南部的风能资源为年均6m/s,适合于风力发电。文章阐述了有关日本风机的现状和远景、风能在能源利用的可持续发展中的地位、风力发电机并网,设计适合日本环境的风机以及有关大规模开发海上风电。     

基于混合储能的VSC-HVDC在风电功率平衡中的研究

风能是一种间歇式的能源,大规模风电并网对电网的发展有重要意义,但对并网技术提出了更高的要求。根据柔性直流输电系统的数学模型,应用DC/DC变换器控制储能装置与电网系统功率的双向流动。送端换流站的解耦控制器实现了风电场输出功率的独立控制,受端换流站则采用储能装置充放电功率偏差值,以作为直流电压控制器附加信号的控制策略。在Matlab/Simulink平台对风电场经有源型柔性直流输电系统接入电网进行仿真分析,结果表明该方案能保持受端交流母线功率稳定。     

海上风电直流送出与并网技术综述

随着深远海风电开发利用的快速发展,风电直流送出与并网成为技术热点.针对风电交流汇集直流送出、低成本直流送出、多端直流送出和多电压等级直流送出技术,全面论述了海上风电直流送出技术在系统拓扑、装备、控制与保护方面的现状和存在的问题,以及研究热点和发展趋势,指出海上风电场集群共享直流集中送出是近期的主流方案,系统的宽频振荡是亟待解决的问题,使整体系统体现主导电源特征是关注的热点.为降低成本,基于二极管整流送出的技术路线具有良好的预期,但纯二极管整流送出需要风电机组的改进.海上风电多端直流并网系统的成熟依赖于低成本直流断路器和暂态控制保护技术的进步,而海上风电多电压等级直流并网系统尚缺乏直流变压器等关键装备的支撑.     

分频输电在海上风电并网应用中的前景和挑战

通过比较3种风电并网方式,指出了分频输电系统(FFTS)在大规模海上风电并网中的应用前景。介绍了分频海上风电系统的结构和变频器的选择,对比表明了模块化多电平矩阵式换流器(M~3C)作为新一代变频器优良性能。分析了低频环境对分频海上风电系统中关键性设备的影响,进一步从设备角度表明分频海上风电系统的可行性和经济技术优势。最后指出分频海上风电系统中仍需解决的经济技术难题,为进一步研究指明了方向。     

基于VSC-HVDC的海上风电小干扰稳定控制

建立了海上风电经柔性直流输电VSC-HVDC并网数学模型,对系统小干扰稳定进行特征根分析。提出了对VSC-HVDC换流站控制进行改进:将电磁功率增量ΔPe引入到风电场并网侧换流站控制系统中,增加了阻尼控制,并采用模态控制理论对阻尼控制环节参数进行设计。最后,分别对系统故障和风速扰动两种运行情况下的海上风电并网系统进行了时域仿真分析,结果表明提出的阻尼控制能够有效阻尼同步发电机的功角振荡和海上风电场出力的波动,提高了海上风电并网系统的小干扰稳定性。     

海上风电机组控制系统研究

对海上风电机组控制系统进行了研究。针对海上风电机组工作环境恶劣、故障率高和维护困难等问题,提出了海上风电控制系统的设计原则,并提出一种海上风电控制系统的设计方案。描述了系统的功能结构,并对其关键技术进行了分析和论述,其可靠性、安全性和可维护性良好,满足海上风电场各种功能要求和各项发电指标,具有一定的实用价值。