双馈风电场柔性高压直流输电并网控制策略

针对双馈风力发电机风电场VSC-HVDC的系统接入方式提出了一个控制方案,保障电力系统在波动的风电穿透率下的安全和稳定运行,对整个系统的动态模型分别进行了描述,基于矢量控制系统和虚拟电压坐标定向,对WFVSC稳态的电压控制模块和引入了d-q电流的交叉乘积项的暂态电压控制模块分别进行了设计,用来控制风电场电压的相应部分,同时,考虑交流侧和直流侧的参数变化以及外部扰动,提出了基于Lyapunov稳定性判据的GSVSC改进backstepping控制方案,这两个控制方案构成了本研究所提出的新的控制设计,此外,为验证所提控制方案的性能,假设了3种不同的仿真案例,包含交流和直流侧的参数变化,外部扰动如本地负荷的切入切出,电网电压谐波,通过MATLAB/Simulink软件模拟1台200MW机组VSC-HVDC并网运行验证,证明了该方案能够提高系统性能,并在文中做了进一步说明。     

计及双馈风机不同控制策略的静态等值

风电并网快速增加,风电机组如双馈感应发电机(Doubly-fed Induction Generator, DFIG)承担部分火电机组供电任务,现有静态等值算法未考虑新能源并网控制策略对静态等值影响,对静态安全分析造成威胁。因此有必要确定不同控制策略下DFIG并网潮流,建立计及DFIG控制策略的静态等值。本文首先基于DFIG内部模型,分别建立不同控制策略下DFIG并网潮模型。其次考虑DFIG有功功率、无功功率相互耦合,在求解潮流过程中判定潮流模型。最后利用内部网络对外部网络发电机无功灵敏度确定保留发电机节点,修改节点导纳矩阵保留DFIG内部结构,进行静态等值。结果表明,不同控制策略下,系统电压幅值变化幅度大于相角,本文所提等效模型比传统Ward等值具有更高的精度,验证了所提算法的可行性和有效性。     

含风电微电网负荷预测建模及其仿真

风具有随机间歇性特性,在并网条件下参与电网负荷预测,其风速和风向的间歇性会对电网产生很大冲击,严重影响电力系统的稳定性.结合微电网的特点和风电运行特性,搭建微电网的基本负荷模型和风电模型,并采用MATLAB/Simulink建立负荷预测仿真模型.仿真结果表明,含风电微电网不仅能够抵御消化风电并网的影响,还能够有效降低电网的负荷曲线的峰谷差.含风电微电网参与电网的负荷预测能够有效地提高电力系统的供电可靠性.     

含风电场电力系统电压波动的随机潮流计算与分析

提出了用随机潮流计算分析风电场并网所引起的系统电压波动的方法.该方法全面考虑了风电场出力变化、负荷波动、发电机停运以及线路故障等随机因素,通过随机潮流计算求出风电场并网后系统各节点电压的概率分布,其中特别包括风电场接入点的电压波动情况.在此基础上,该方法可以对风电场的无功补偿进行进一步分析.此外还证明了用三参数的Weibull分布描述风速变化可以更好地反映高风速对风电机组输出功率的影响,对于常年风速较高的风电场更适合采用此分布描述.对接有风电场的IEEE RTS 24节点系统进行的算例分析证明了该方法的有效性,并通过实例说明了如何利用该方法指导对异步风力发电机的无功补偿.     

新型变电站电压无功综合控制算法

传统的基于区域图控制的变电站电压无功综合控制方法对短期负荷波动的抗干扰能力较差,为解决该问题本文提出了一种变电站电压无功综合控制算法数学模型,该算法模型由启动判据、负荷预测结果修正算法、动作判据、区域配合算法几个数学模型构成,文中给出了这些模型的数学表达式,并给出了这些数学模型怎样与超短期负荷预测结果相结合来实现地区变电站的电压无功综合控制的方法,采用该算法研制的设备的变电站的运行结果证实了该算法模型的正确性与优越性.     

变速恒频双馈风力发电系统的励磁电源

给出了变速恒频双馈风力发电系统中交流励磁电源的控制方案.在基于电网电压定向的基础上,分别对转子侧变换器和网侧变换器进行了研究.分析了双馈电机数学模型,并对空载并网控制策略进行了设计,实现了系统在变风速条件下无冲击电流并网.采用直接电流控制对网侧变换器进行控制,并实现了能量双向流动,功率因数可调,使双馈风力发电系统能运行在次同步和超同步两种状态下.实验结果证实了理论分析的正确性和控制策略的有效性.     

含分布式电源的配电网多目标无功优化

针对传统模型和现有算法对配电网无功优化带来的电压波动和网络损耗等问题,提出一种基于改进元胞差分算法的含风、光的配电网无功优化方法。建立了风电、光伏的随机概率出力模型,获取了其出力预测数据,以电压波动、有功损耗和电压越限3个目标为优化函数,通过权重系数将三目标模型转换为双目标模型,建立了含风电、光伏的双目标配电网无功优化模型。通过电压稳定指标(voltage stability index, VSI)对配电网各个时段的电压的稳定性进行评价,用改进元胞差分算法对模型进行求解,并利用测试函数对算法进行验证。结果表明,较传统模型和传统算法而言,所提模型和所用算法均能有效降低配电网的电压波动和减小配电网的有功损耗,从而保证电网的安稳运行。     

双馈风机系统最大功率控制研究

我国乃至全球风力发电技术目前还不够成熟,在发电过程中存在很大的损耗。 众多解决方法都存在着抗干扰性(即稳定性)较差,响应速度较慢的问题,难以精确迅速地跟踪最大功率点,实现双馈电机的最大输出,而且由于风力机响应时间常数大、精度低、动态调节能力差,风速检测比较困难,很难通过调节风 力机转速实现最大风能追踪。 为了解决这些问题,提出以双馈电机定子输出反馈给电网的功率最大为目标,建立基于电网电压定向下的 DFIG 数学模型,并在此模型基础上引入模糊控制,实现双馈电机最大功率点跟踪策略(把追寻双馈电机定子输出给电网电能最大控制策略统一称之为最大功率点跟踪策略)。 最后,通过MATLAB 进行仿真和实验不同风速条件下的动态调节性能,实现了双馈电机最大功率点跟踪的稳定性和灵敏度提高,并且在风速变化的情况下也能迅速进行最优控制。 因此,该方法理论具备参考和利用价值。     

双馈风力发电机组协调多目标非线性控制

为平抑双馈风力发电机组额定风速以上的转速和功率波动,基于协调无源性方法,提出一种同时考虑桨距角和转子励磁控制的协调控制策略。首先,在分析风力机特性和双馈感应发电机基本电磁关系的基础上,给出风力发电机组桨距角调节、转子励磁控制的四阶系统非线性模型。特别对风能利用系数进行了关于桨距角的多项式拟合,并对拟合的不确定性建模,确保了模型的准确性。其次,由Lyapunov方法设计前两阶鲁棒控制器,得到桨距角控制输入,再用协调无源性方法设计励磁控制部分,使得整个系统达到反馈无源,既保证了系统的鲁棒性,又保证了整个系统的渐近稳定性。最后,通过仿真验证了控制策略的控制效果,并与其他控制策略进行了比较,验证了该控制策略的有效性。     

改进拉丁超立方蒙特卡洛模拟

电动汽车、分布式电源的并网给电网带了明显的不确定性,为了使电网分析更能贴近实际电网,通过对负荷、分布式电源出力的概率密度函数模拟其出力,借鉴已有分布式电源和电动汽车概率模型,采用拉丁超立方蒙特卡洛模拟与径向基神经网络相结合的方式计算概率潮流。该方法充分考虑了电动汽车和分布式电源的随机性、间歇性和相关性,利用拉丁超立方蒙特卡洛模拟对比传统蒙特卡洛模拟方法,降低了采样规模,提高了采样覆盖率。径向基神经网络用于求解潮流计算方程,避免了传统方法中计算雅可比矩阵和偏导,大幅度减少了运算时间。通过仿真,该算法在改进的IEEE14 和IEEE118 节点系统的计算结果表明,在保证精度的同时, 极大地加快了算法运行速度,适用于大规模电力系统概率潮流的求解,在改进的IEEE118 节点系统中,运行时间比传统蒙特卡洛模拟降低99．9%。     

基于超级电容器储能的直驱风电系统并网性能分析

为改善直驱风电系统的并网性能,在直流母线电压端并入超级电容器储能装置.分析了基于超级电容器储能的直驱风电系统模型,设计了控制策略,通过控制双向直流变换器及并网变流器,抑制风机功率的波动以向电网输出平滑的功率.在电网电压跌落时,使直驱风电系统安全实现低电压穿越,并向电网提供一定的无功功率支撑.利用依兰风电场18#风机实际输出功率作为控制对象进行仿真.结果表明,加入超级电容器储能装置可以改善直驱风电系统的并网性能.     

全桥全控型并网变流器在风力发电系统中的应用

直驱风力发电系统中,变流器是将发电机所发的电能输送至电网的设备,它是完成将发电机发出的变压变频的电能转换成恒压恒频的电能的装置,并能够实现对发电机输出的电流、功率因数等的快速调节,减少对电网的谐波污染。在对比分析了当前水平的全功率并网变流器主电路拓扑结构基础上,重点对永磁直驱风力发电的网侧变流器做了深入的分析,建立了两相旋转坐标系(d-q)下的数学模型。在同步旋转坐标系下,将输入功率因数改善到单位功因,降低了单位谐波含量。同时,在三相全桥全控型直流-交流变流器市电并网下,提出了交-直轴电流闭回路控制,使永磁式同步发电机向电网提供电能。利用Matlab/Simulink搭建系统模型。仿真表明设计的交-直轴电流闭回路控制,具有谐波含量低、响应速度快、风能利用率高、控制效果良好等特点,验证了理论研究的正确性。     

基于负荷识别的电网电压无功优化控制方案探讨

提出了一种基于负荷识别的电网电压无功优化控制方案,指出该方案能够准确地识别电网负荷运行情况,结合逆调压要求,给出不同负荷区域的定值整定原则,实时修正控制定值,使电压无功控制与负荷变化实时联动,提高了电压无功的控制效果,达到优化控制的目的。     

基于聚类分区的风电场无功电压优化控制策略

随着风电渗透率的不断增大,并网风电场的机端电压稳定面临巨大挑战。研究了风电场内部各节点的无功电压特性,提出一种基于机组有功出力聚类分区的无功电压优化控制策略：通过自动电压控制系统获取风电场当前的电压指标与实际运行数据,计算出风电场的无功需求;以历史有功出力数据对场内机组进行模糊C聚类分区;利用改进的粒子群算法寻找最优无功分配方案,对每一区域进行无功电压控制。在MATLAB上进行仿真,与传统根据各机组无功容量进行分配的方案进行对比,仿真结果表明,所提控制策略能够有效改善风电场并网点电压控制性能,减小风电场内机组机端电压的波动。     

NSGA-II与改进粒子群算法相结合的储能优化配置

储能系统的选址定容在接入新能源的电力系统中具有重要意义,合理选择储能容量可以很好地平抑风电接入后的系统有功功率波动,同时减少能源浪费。本文提出了一种混合智能优化算法(Hybrid Intelligent Optimization Algorithm,HIOA),以电压偏差、负荷波动最小及最少储能配置容量为目标进行优化配置。该算法将多目标粒子群算法改进后(IMOPSO)与精英非支配排序算法(NSGA-II)结合,与常规多目标粒子群算法相比,大幅提高了算法的寻优性能,保证了Pareto 解的多样性和分布性。通过非支配排序求解获得Pareto 最优解集,采用逼近理想解排序(technique for order preference by similarity to an ideal solution,TOPSIS)选出储能的最优接入方案。通过IEEE-33 节点测试系统的仿真实验验证了本文所提算法的准确性及有效性,在求解配电网储能选址定容问题中有很好的收敛性和全局寻优能力。     

基于PSCAD的双馈风电机组低压穿越控制策略

随着风电机组装机容量的不断增加,风电场并网规范对风电机组的运行要求越来越严格,要求具有外部电网故障下不脱网运行（低压穿越）的能力.为了研究双馈风电机组（DFIG）在低压穿越控制策略的优化方面提供有效的动态仿真与分析平台,并克服Matlab/Simulink仿真环境下所建模型在动态性能方面存在的不足,采用PSCAD仿真软件建立了双馈风电系统的动态仿真模型.通过分析电网对称故障时DFIG的暂态特性,并对转子电流与定子磁链的关系分析得出涉及定子磁链动态过程的改进矢量控制方案,配合转子侧Crowbar保护电路,并对网侧变流器进行有功和无功功率的解耦控制,从而使得电网对称故障时转子过电流、直流母线电压和转矩剧烈波动的情况得到了解决.     

一种基于DVR的低压微网系统关键负载恒压供电控制策略

微网中的线路阻抗、逆变器输出阻抗以及电网电压波动都会造成微网中关键负载电压的波动。为使电压敏感负载恒压供电,在微网中引入动态电压补偿器(DVR)。给出了DVR的主电路,其控制策略包含有源阻尼环、瞬时电压环以及有效值电压外环,分别保证DVR的工作稳定性、动态特性以及稳态精度。给出了闭环控制参数的设计方法。仿真结果表明,将DVR应用到微网中可保证关键负载恒压供电,并具有优良的动态性能和稳态精度。     

电动汽车负荷聚类及参与电网一次调频控制策略

为解决风力发电、光伏发电等分布式电源出力波动和大规模负荷入网造成的频率波动问题,电动汽车在(The electric car)热备用条件下基于V2G技术,以电动汽车作为调频手段,研究电动汽车负荷聚类参与电网一次调频控制策略。根据电动汽车快速响应性能对电动汽车负荷聚类,采用聚类算法将电动汽车负荷分组对不同调频容量分配。当系统频率发生变化时,以实现电动汽车参与电网一次调频响应。仿真结果表明：当电网频率波动时,电动汽车参与电网一次调频,使得电网频率能够很快向稳定状态恢复。本文所提电动汽车负荷聚类参与调频控制策略是有效的。     

基于超级电容的永磁同步风力发电机不对称故障穿越方法

风电系统与电网之间的相互影响越来越大,需要并网风电机组具有故障穿越能力来保证电网安全运行。为了提高永磁同步风力发电机组(PMSG)在不对称电网故障下的穿越能力,提出了一种基于超级电容储能的PMSG风电机组的故障穿越方法。该方法采用双向直流变换器将超级电容器组连接在交直交变流器的直流母线上,通过对超级电容的吞吐功率进行控制,限制了故障情况下交直交变流器直流侧电压上升,并降低了不对称故障引起的直流母线电压2倍工频纹波。同时在网侧换流器的控制中采用电网负序电压前馈的方法,消除并网电流负序分量。结合低电压穿越标准,对超级电容的容量选取进行了讨论,并建立了超级电容器及其功率变换电路的数学模型,设计了超级电容储能系统的控制器。采用Matlab软件,对1 MW机组的仿真结果表明,所提出的不对称故障穿越方法,可同时减小并网电流负序分量和直流母线电压的2倍工频纹波,提高了机组不对称故障穿越能力,验证了文中提出的故障穿越策略的有效性。     

双馈式风电机组的自适应Super-twisting功率控制

针对使用双馈式感应发电机的风电机组易受电网电压波动、外界风速干扰影响等问题,提出了一种自适应Super-twisting功率控制方法。该方法实现了风电系统随着系统工作的区域(由风速大小所决定)而变化,即在部分负荷区域优化有功功率,在全负荷区域限制有功功率。同时在不同的区域根据需要调节无功功率达到补偿功率因数的控制目标。该方法具有易于实现、鲁棒性强的优点和自适应控制增益可调的特点,适用于带有外界干扰以及参数时变的非线性系统。通过仿真证明,以该方法设计的控制器应用于双馈式风力发电系统中控制有功功率和无功功率具有良好的鲁棒性能,且抖振得到降低,滑模变量在有限时间内迅速收敛于滑模面。