适合风电接入的直流输电自抗扰控制策略研究

针对含规模化风电接入的交直流电力系统的频率稳定问题,以抑制风电出力大幅度随机扰动引起的频率波动为目的,研究高压直流输电(HVDC)自抗扰控制(ADRC)算法策略。该策略在风电出力发生大幅度随机扰动时,HVDC附加频率控制(AFC)作为电力系统一次调频控制;基于自抗扰控制算法的自动发电控制(AGC)作为电力系统二次调频控制;基于风力发电调频技术惯性响应控制为电力系统提供合适的等效惯量,快速响应系统频率的暂态变化。最后,利用Matlab/Simulnk在改造的四机两区域模型中进行了仿真分析,结果表明所研究策略充分利用了交直流电力系统的频率调节能力,能较好地抑制风电出力引起的频率波动。     

海上风电柔性直流输电系统新型电压-频率控制策略

海上换流站比较成熟的控制策略是以网侧电压作为控制目标的电压-频率控制,但该策略不适用于66 kV海上风电场直接接入海上换流站方案中的母线不合环运行方式。为此,提出一种以阀侧电压为控制目标的新型电压-频率控制方法,以适应66 kV海上风电系统的不同运行方式。从高频谐振风险、静态性能、动态性能等方面开展仿真评估,结果表明所提方法对中高频段(2 500～4 300 Hz)阻尼有一定的抑制效果,且网侧电压补偿控制精度在1%以内,交流故障穿越性能满足系统要求,验证了所提方法的可行性。     

风电接入孤网后的频率控制策略

由于风电场容量相对于孤网系统容量较大,且不具备传统发电机组的调频功能,风电出力的随机波动特性势必会引起孤网系统频率的显著波动,严重影响孤网中设备的安全稳定运行。在总结及阐述孤网概念及已有频率控制方式基础上,研究并建立抑制风电接入后频率大幅波动现象的孤网频率控制策略,包括三次和二次频率调节策略,其中,三次调频考虑风电场短期和超短期出力预测进行含风电的协调调度,二次调频根据系统频率以及风电场出力趋势对常规电源和风电出力进行秒级至分钟级的调整。最后,通过建立含风电的孤网动态仿真模型,仿真验证所提出控制策略的有效性。     

适应风电接入的异步联网高压直流输电系统自适应调频控制策略

大规模风电接入高压直流送端系统将导致系统惯量降低,送端系统调频能力不足。为充分挖掘直流和风电协同调频的潜力,提高含风电高压直流送端系统的调频性能,提出一种基于频率轨迹规划的异步联网高压直流输电系统自适应调频控制策略。分析了含风电高压直流送端系统的频率控制特性;综合考虑风电主动频率支撑和直流辅助频率控制,以频率偏差和频率变化率为量化指标,生成参考频率轨迹;在此基础上,对频率轨迹进行区域划分,以参考频率轨迹为基准,实现高压直流输电对送端系统频率的自适应调节。基于MATLAB/Simulink平台搭建改进的两区域4机模型进行仿真分析,验证了所提策略的有效性和优越性。     

适用于分层接入的特高压直流输电控制策略

随着中国特高压直流的广泛应用,多馈入直流集中落入受端负荷中心将成为未来中国电网发展所面临的重要问题。特高压直流分层接入方式有助于提高多馈入直流系统电压支撑能力,已经列入国家电网规划。分层接入的特高压直流输电在电路结构上发生了变化,在阀组电压平衡控制、阀组退出后直流功率控制、逆变侧最大触发延迟角控制和无功功率控制等方面需要研究适用于分层接入的特高压直流控制策略。在阀组电压平衡控制方面,两个阀组各运行在逆变侧最大触发延迟角控制,通过换流变压器分接头来平衡电压;在阀组退出后直流功率控制方面,研究阀组退出后限制的功率分配策略;在逆变侧最大触发延迟角控制方面,大扰动下采用实际电流计算最大触发延迟角;在无功功率控制方面,连接不同交流电网的换流器分别控制各自的无功功率。     

直流接入后的多态频率稳定性及机组控制策略

频率分析是源–荷功率平衡的近似分析,基于等值机组的区域电网频率模型是合理的。通过3个性能指标,即扰动瞬间变化率、阻尼比和静态偏差,分析了直流接入后区域频率的暂、动、静态稳定性,得到了相关的主导因子。分析发现,恒功率直流接入后,等值机的惯量和功频静特性系数都变小;前者导致暂稳变差,后者导致静稳变差,二者之比基本不变导致动稳也基本不变;若改变功频静态性系数,则动稳、静稳出现逆特性。另外,虚拟惯性加有差调节的直流接入,虽可改善受端区域的频率稳定性,但对送端不利。故提出了受端常规机组功频调节方式的改进策略,即在功率反馈通道串联惯性环节,在频率反馈通道旁并联比例微分(proportion-differentiation,PD)环节。理论和仿真验证了有效性。该研究对提高区域电网的频率稳定性,提供了实用的参考依据。     

多端柔性直流输电系统动态附加频率控制策略

附加频率控制利用基于电压源型换流器的多端柔性直流输电(VSC-MTDC)系统直流电压变化传递故障交流系统频率变动,促使非故障交流系统所连电压源型换流器(VSC)消纳不平衡功率参与频率调节。然而固定下垂系数灵活性不足,在不平衡功率分配时忽略VSC实时运行状态与交流网络稳定性,无法保证系统参与频率调整的同时安全稳定运行。通过研究频率变动造成的功率不平衡量分配和直流电压下垂系数的定量关系,提出一种计及系统运行状态的VSC-MTDC动态附加频率控制策略,将VSC功率裕度和交流网络频率变化量引入下垂系数,动态调整不平衡功率的分配比例。仿真结果证明,应用动态附加频率控制进行频率调节后,频率偏差较小的交流网络在所连VSC功率裕度较大时能承担更多不平衡功率,而频率偏差较大的交流网络所连换流站不平衡功率配比下降,VSC-MTDC系统安全稳定运行水平得到显著改善。     

风电经柔性直流输电系统接入电网研究综述

近年来,可再生能源特别是风电发展迅猛。对于距电网较远的风电场,经交流线路并网会引发并网点电压波动、故障穿越困难等技术问题。柔性直流输电(HVDC Flexible)为风电场,特别是距电网较远的风电场顺利接入系统提供了有力的支撑,因此越来越受到研究者的关注。文章总结了目前风电经柔性直流输电系统接入电网的相关文献,分双端和多端柔直两种拓扑,从控制策略、故障穿越和频率控制等方面展开综述。在此基础上,对现有研究进行了总结,并对未来可能的研究方向进行了展望。     

多电平柔性直流输电在风电接入中的应用

大规模风电的发展和集中接入对输电技术提出了更高的要求,为此,基于d-q矢量定向直接电流控制,提出了一种柔性直流输电(VSC-HVDC)的有功功率控制策略,使柔性直流输电系统能实时调整输送功率的大小并保持风电场的稳定。在考虑风速波动和电网故障的情况下,对柔性直流输电和交流输电2种接入方式进行了分析比较。在PSCAD/EMTDC软件下对所提出的控制方法和2种接入方式进行建模和仿真。结果表明:当风速发生波动时,柔性直流输电两端公共连接点处的电压和受端直流电压都能控制在参考值上,输电功率与风电出力一致,送端直流电压随功率的波动而变化。与交流输电相比,柔性直流输电能将风电场电压更有效地控制在参考值上,发生故障时能有效稳定风电场的电压与频率。     

经柔性直流输电并网的大型风电场频率控制策略

在大型风电场经柔性直流输电系统并入交流电网的场合,传统的电网调频方法难以适用。提出一种频率控制策略,分别在逆变侧换流器、整流侧换流器和风电机组上设计响应频率变化的控制环节。所有控制环节均基于本地测量的信号,无需远距离通信。该方法可以使风电场参与交流系统调频,此外,当系统故障引起柔性直流送出容量受限时,该方法可以自动降低风电机组功率,防止直流侧过压保护动作。     

海上风电场采用柔性直流输电接入电网的控制策略研究

为了稳定海上风电场的交流电压,给出了一种基于RLC滤波器的送端VSC控制策略。讨论了通过转速控制器降低低频的轴系振荡。针对不同类型的故障,提出了风机故障穿越下的控制策略。在PSCAD/EMT-DC软件下,模拟了一个由双馈风机组成的150 MW风场通过VSC-HVDC并入系统。针对提出的控制策略进行了仿真,介绍了仿真结果。     

基于精简矩阵变换器的海上风电高压直流输电控制策略

海上风力发电与高压直流输电(HVDC)结合是未来风力发电及其电能传输的发展方向。受空间、运输、维护成本的限制,海上风电HVDC对功率变换器的体积、效率、可靠性提出了更高要求。精简矩阵变换器(RMC)具有体积小、重量轻、转换级数少、可靠性高等特点,在海上风电HVDC中有着巨大的应用价值。在对电流型RMC空间矢量调制策略进行深入分析的基础上,针对直驱式永磁同步风力发电机组特点,提出了基于RMC和电压源换流器(VSC)的海上风电HVDC综合控制策略,实现了风电机组最大风能跟踪控制及并网侧有功/无功功率的解耦控制。仿真结果验证了所提控制策略的正确性和有效性。     

输送风电的特高压直流频率调制和无功控制策略研究

对于输送大规模风电的特高压直流,目前实际运行中主要通过调度部门对直流输送功率进行干预和调整,且一定时间内大范围调整直流功率会引起交流滤波器频繁投切,大大降低设备使用寿命。本文提出了通过直流系统的频率控制器利用换流站本地信息对直流功率进行自动调制,并提出了频率控制器关键参数的选取原则和方法;研究了直流系统无功控制设置为定交流电压的U控模式并提出了电压死区和电压参考值选取方法,能够在直流针对风电功率波动的调制过程中大大减少交流滤波器投切次数,同时避免交流电压大范围波动。通过与实际工程极控系统一致的仿真模型进行验证,仿真结果表明:所提出的适应性控制策略可行、有效,能在直流系统跟随风电功率波动自动调制直流功率的同时,完成对系统频率和电压的控制。     

多馈入直流输电系统的辅助频率协调控制

在高压直流(HVDC)输电系统上加装辅助频率控制器具有显著的经济效益.首先阐述了HVDC功率调制的基本原理及辅助频率控制的实现方法,然后提出了一种基于PID控制的多回HVDC辅助频率协调控制器.采用一个3机2直流系统对该控制器进行了时域仿真计算.仿真结果表明,加装了辅助频率协调控制器的多回HVDC系统能在任一回HVDC输电线路两侧交流系统发生大扰动时,实现两侧系统间功率的相互紧急支援,显著改善了两侧交流系统频率特性.     

混合直流输电控制策略研究

为充分利用传统高压直流输电(LCC-HVDC)与柔性直流输电(VSC-HVDC)各自的优点,建立了整流侧采用LCC换流站,逆变侧采用VSC换流站的混合直流(hybrid HVDC)输电系统。对直流系统两侧换流站主控制器进行了设计,并针对该系统设计出双侧功率/频率调制的辅助控制器。最后对混合直流输电系统与交流输电线路并行输电和单独的混合直流输电系统进行了仿真与分析,通过仿真验证了当系统受到扰动时所加辅助控制器能提高系统的稳定性。     

基于直流风电机组的风电全直流输电系统设计综述

随着海上风电场远海化、大规模大容量化发展,由直流风电机组构建的风电全直流输电系统,凭借其可以避免使用笨重的工频交流变压器,解决因交流电缆导致的无功充电电流问题等特点,已成为海上风力发电技术研究的热点之一。文中首先根据升压方式的不同将风电全直流输电系统方案分为升压装置升压型和串联升压型两大类;其次根据系统结构的不同,进一步将升压装置升压型系统方案分为集中升压型、两级升压型、机端升压型升压站直流并联型以及升压站直流串联型五种系统方案,将串联升压型系统方案分为直接串联型、串-并联型、并-串联型以及矩阵型四种系统方案;然后介绍了各种方案的系统结构及其优缺点,并对各种方案的特点进行了分析与比较,结合各种方案特点指出其适用场景;最后就目前风电全直流输电系统研究存在的主要问题及发展趋势进行了总结与展望。     

应对风电接入的分级控制策略研究

针对由风功率的随机性和波动性导致电网侧电压稳定性问题,提出基于改进五区图的分级控制策略。通过以改进五区图作为动作判据并缩小其"0"区范围,在多种控制方式组合中采用经典遗传算法选取最优组合作为上级控制策略,将电网侧系统电压调节并保持在限制值内;对于风功率预测值和实际值的偏差可能导致的电压越限问题,下级控制策略采取以改进五区图中动态无功补偿装置的动作区作为动作判据制定出相应的控制方式,做到快速跟踪,实时响应,最后经仿真试验验证了控制策略的实用性和可行性。     

分频风电系统频率控制策略研究

综合考虑最大化的利用风能和设备成本,以及风电场的尾流效应,提出了一种如何确定分频风电系统低频侧频率的最优给定值,并通过实际算例验证了频率选定方法的合理性。     

适合风电接入的VSC-MTDC系统协调控制策略

对于具有小集中、大分散特点的内陆风电,交流并网存在电能质量下降、经济性差等诸多问题,两端柔直并网也无法满足要求。使用多端柔直是未来风电并网的发展方向,文中提出一种适合风电接入的多端柔直系统协调控制策略。该策略综合考虑直流电压改变的方向、电压改变的大小以及换流站功率裕度等因素,自适应实时调节下垂系数,优化换流站之间功率分配,避免不当下垂系数造成的系统损耗增加、部分换流站功率过载。引入附加频率控制与自适应下垂控制协调,可充分利用系统调频容量,改善系统频率稳定性。控制器参数易于整定,结构简单。在PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真软件中搭建了嵌入多端柔直系统的四机两区域模型,验证了所提策略的有效性和可行性。