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海上全直流型风电场的电压源型控制

电工技术学报 2018年第A02期33卷 546-547,548-557页

作者：杨仁炘施刚蔡旭电子信息与电气工程学院风力发电研究中心(上海交通大学) 上海200240

为解决风电场内网交流集电线路的无功充电电流及过电压问题,采用直流汇集和传输并网的全直流风场,将成为大型海上风场电力汇集与并网的一种可行方案。针对大规模全直流风场并网带来的惯量缺失问题,提出一种全直流风场的协调控制方法,包... 详细信息

为解决风电场内网交流集电线路的无功充电电流及过电压问题,采用直流汇集和传输并网的全直流风场,将成为大型海上风场电力汇集与并网的一种可行方案。针对大规模全直流风场并网带来的惯量缺失问题,提出一种全直流风场的协调控制方法,包括岸上换流站的惯性同步控制、直流升压站的快速电压控制、直流风电机组的惯量响应及一次调频控制。在这种控制方式下,全直流风场对交流主网体现为一个具有惯量响应与一次调频能力的同步发电机,实现了全直流风场的电压源型控制。最后,通过PSCAD/EMTDC仿真软件构建全直流风场仿真算例,验证了所提控制方法的有效性。

关键词：全直流风电场电压源型控制惯量响应一次调频

应用于海上直流风场的模块化多电平多端口直流变电站拓扑探究

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中国电机工程学报 2016年第S1期36卷 61-68页

作者：杨仁炘孙长江蔡旭施刚魏晓光上海交通大学电子信息与电气工程学院风力发电研究中心上海市闵行区200240 全球能源互联网研究院北京市昌平区102200

随着海上风场的大规模化发展,如何经济有效地将分散在海上各处风场所发电能汇聚并传输至岸上成为一个亟待解决的问题。对比传统海上风电场的交流汇聚、直流传输,全直流风场以其体积小、容量大、效率高等优势,引起学界广泛关注。作为全... 详细信息

随着海上风场的大规模化发展,如何经济有效地将分散在海上各处风场所发电能汇聚并传输至岸上成为一个亟待解决的问题。对比传统海上风电场的交流汇聚、直流传输,全直流风场以其体积小、容量大、效率高等优势,引起学界广泛关注。作为全直流风场中的关键设备,多端口直流变电站起着重要的汇聚与传输风能的作用。该文基于模块化多电平结构,针对可能应用于全直流风场中的几种多端口直流变电站拓扑,从变比、故障隔离、容量等几方面展开详细分析与对比,并就在不同场合下应选择何种拓扑作出建议。并提出应用于海上直流风场中的多端口直流变电站最优拓扑。

关键词：海上直流风电场多端口直流变电站模块化多电平拓扑比较

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风电–多端柔直送出系统电压源型控制

中国电机工程学报 2020年第5期40卷 1498-1509页

作者：杨仁炘施刚蔡旭梁军李根风力发电研究中心电力传输与功率变换控制教育部重点实验室(上海交通大学)上海市闵行区200240 卡迪夫大学工程学院威尔士卡迪夫CF243AA

为解决风电–多端直流送出系统并网带来的惯量缺失及稳定性问题,该文提出一种适用于受端换流站的电压源型控制策略。在受端换流站利用直流母线等效电容固有动态特性实现无锁相环自主电网同步控制,使受端换流站对交流电网体现为电压源,... 详细信息

为解决风电–多端直流送出系统并网带来的惯量缺失及稳定性问题,该文提出一种适用于受端换流站的电压源型控制策略。在受端换流站利用直流母线等效电容固有动态特性实现无锁相环自主电网同步控制,使受端换流站对交流电网体现为电压源,解决并入弱电网的谐振问题;并在直流侧附加虚拟电阻,使直流侧体现为下垂特性,以协调多受端换流站间的功率分配。此外,受端换流站直流侧电压还能自主响应电网频率变化,自动调节直流系统潮流,从风场或其他电网调用功率,为出现频率偏差的电网提供频率支撑。最后通过PSCAD/EMTDC仿真软件构建四端直流系统仿真算例,验证所提控制方法的有效性。

关键词：多端柔性直流输电风电场电压源型控制惯量响应自同步

机组协同-分布卸荷的风电场-柔直并网系统故障穿越方法

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电力系统自动化 2021年第21期45卷 103-111页

作者：杨仁炘王霄鹤陈晴施刚施朝晖蔡旭风力发电研究中心电力传输与功率变换控制教育部重点实验室(上海交通大学)上海市200240 中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司浙江省杭州市311122 浙江省深远海风电技术研究重点实验室浙江省杭州市311122

为降低风电场-柔性直流并网系统在交流主网发生低电压故障时的穿越成本,提出一种直流耗能装置与风电机组卸荷电路协同作用的电网故障穿越策略,在电网故障时送端换流器配合风电场快速降低直流功率输出。由于直流耗能装置仅在故障发生的... 详细信息

为降低风电场-柔性直流并网系统在交流主网发生低电压故障时的穿越成本,提出一种直流耗能装置与风电机组卸荷电路协同作用的电网故障穿越策略,在电网故障时送端换流器配合风电场快速降低直流功率输出。由于直流耗能装置仅在故障发生的前期、风电场输出功率下降前起到限制直流电压升高的作用,该策略能够显著降低直流耗能装置的体积。在此基础上,该策略将直流耗能装置中的耗能电阻分散置入到受端模块化多电平换流器中,进一步降低了卸荷成本。最后,在PSCAD/EMTDC仿真软件中,构建了风电场-柔性直流并网系统的仿真算例,对所提出的故障穿越方法的正确性和有效性进行了验证。

关键词：柔性直流输电海上风电场模块化多电平换流器低电压穿越直流耗能装置

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风电场柔性直流并网控制保护技术现状与展望

南方电网技术 2019年第3期13卷 48-57页

作者：杨仁炘施刚蔡旭吕敬上海交通大学电子信息与电气工程学院风力发电研究中心

采用柔性直流送出是未来大规模远距离风电并网的主流趋势。随着相工程的不断投运,风电场-柔性直流并网系统的控制与保护技术已成为当下的研究焦点。本文从实际工程出发,针对系统结构、稳态控制、小干扰稳定性、主动频率响应、交直流协... 详细信息

采用柔性直流送出是未来大规模远距离风电并网的主流趋势。随着相工程的不断投运,风电场-柔性直流并网系统的控制与保护技术已成为当下的研究焦点。本文从实际工程出发,针对系统结构、稳态控制、小干扰稳定性、主动频率响应、交直流协调运行及暂态控制等几方面,综述了风电场-柔性直流并网系统的研究成果及发展现状,介绍了当前工程中的技术难点,并对未来的研究方向做了展望。

关键词：多端直流输电风电场控制策略频率支撑小干扰稳定性暂态控制

海上风电–柔直并网系统自同步电压源控制与电网故障穿越

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中国电机工程学报 2022年第13期42卷 4823-4834页

作者：杨仁炘张琛蔡旭施刚李建华缪源诚曹路电力传输与功率变换控制教育部重点实验室(上海交通大学) 上海市闵行区200240 国家电网有限公司华东分部上海市浦东新区200120

采用柔性直流输电技术送出是大规模海上风电的发展趋势。由于电流控制型的海上风电–柔直并网系统隔离了风电场的惯量,电压源控制方式成为应对新能源主导电力系统稳定运行的一种有效途径。现有海上风电–柔直并网系统的电压源控制研究... 详细信息

采用柔性直流输电技术送出是大规模海上风电的发展趋势。由于电流控制型的海上风电–柔直并网系统隔离了风电场的惯量,电压源控制方式成为应对新能源主导电力系统稳定运行的一种有效途径。现有海上风电–柔直并网系统的电压源控制研究多集中于控制实现与稳态特性方面,而针对该系统故障控制方面的研究十分匮乏。该文提出一种具备故障穿越能力的海上风电–柔直并网系统自同步电压源控制策略。在受端换流器中,通过子模块能量与同步发电机转子的类比及直流侧的解耦控制,兼顾了对直流母线电压的灵活控制和对电网频率的无锁相环自同步,并改善了通过直流母线电压向送端换流器传递电网频率时的抗扰性能。送端换流器从直流电压中提取电网频率并镜像到其交流侧,辅助海上风电场实现对电网的惯量响应。进一步地,设计受端换流器的电网故障穿越策略,在实现对输出电流限幅的同时,确保了受端换流器的功角稳定。最后,在PSCAD/EMTDC软件中通过仿真验证所提控制方法的有效性。

关键词：柔性直流输电海上风电场自同步电压源型控制惯量响应电网故障穿越模块化多电平变换器

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MMC低桥臂电流峰值控制方法研究

中国电机工程学报 2023年第13期43卷 5177-5191页

作者：史先强杨仁炘方梓熙蔡旭刘黎饶芳权电力传输与功率变换控制教育部重点实验室(上海交通大学) 上海市闵行区200240

在模块化多电平变换器(modular multilevel converter,MMC)的传统环流控制策略中,通常将环流抑制为零以降低系统损耗,但合理注入环流能够给系统带来额外的收益。该文探索利用二倍频和四倍频环流注入来减小MMC桥臂电流峰值的方法,并提出... 详细信息

在模块化多电平变换器(modular multilevel converter,MMC)的传统环流控制策略中,通常将环流抑制为零以降低系统损耗,但合理注入环流能够给系统带来额外的收益。该文探索利用二倍频和四倍频环流注入来减小MMC桥臂电流峰值的方法,并提出两种环流注入策略:其一能够从最大程度上降低桥臂电流的峰值,但会增大子模块电容的容值;另一种策略则兼顾了桥臂电流峰值的降低与电容电压纹波的增加幅度。设计解耦的环流控制策略来提高环流注入的精确性,并从电流应力、功率处理能力及换流站损耗等方面对两种环流注入策略进行分析和比较,给出不同场景下的推荐方案。针对所提策略的仿真与硬件在环实验结果表明,所提策略可将运行在较高功率因数下的MMC桥臂电流峰值减小25%左右,利于其短时间过载运行。

关键词：模块化多电平变换器环流注入控制桥臂电流电流应力电容电压纹波功率损耗

一种用于多端直流输电系统交流故障穿越的新型控制策略

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发电技术 2022年第2期43卷 268-277页

作者：杨舟杨仁炘施刚张建文中国电力工程顾问集团有限公司北京市西城区100120 电力传输与功率变换控制教育部重点实验室(上海交通大学) 上海市闵行区200240

针对传统的电压下垂控制用于多端直流输电系统中时直流电压和有功功率分配方面的不足,提出了一种新型的直流电压协调控制策略。该控制策略不仅可以保持直流电压恒定,而且能够依据不同的原则,精确调节传输到各个换流站的有功功率分配比例... 详细信息

针对传统的电压下垂控制用于多端直流输电系统中时直流电压和有功功率分配方面的不足,提出了一种新型的直流电压协调控制策略。该控制策略不仅可以保持直流电压恒定,而且能够依据不同的原则,精确调节传输到各个换流站的有功功率分配比例,而不依赖线路阻抗,从而有效提高多端直流输电系统的交流故障穿越能力。在交流故障期间,将这种新的控制策略对有功功率分配比例的快速调节,与一系列无需通信的交流故障穿越方法(如降压法、升频法和直流斩波器法)相结合,可以更加充分地利用有功功率,同时避免直流线路出现功率失衡的问题。基于PSCAD/EMTDC建立了一个五端柔性直流输电系统仿真模型,验证了不同程度交流故障下所提出控制策略的有效性。

关键词：海上风电场多端直流输电协调控制策略直流斩波器故障穿越

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华东沿海风电场群电网主动频率支撑策略

中国电力 2023年第11期56卷 49-58,112页

作者：李建华曹路杨仁炘邓桢彦李征蔡旭国家电网有限公司华东分部上海200120 电力传输与功率变换控制教育部重点实验室(上海交通大学) 上海200240

针对华东电网多种运行方式场景下暂态频率响应的特性,提出沿海风电场经交/直流并网的主动频率支撑的自同步电压源控制策略;在此基础上,通过基于PSCAD/EMTDC的华东电网电磁暂态等值模型,给出华东电网在不同新能源占比下的风电场电网支撑... 详细信息

针对华东电网多种运行方式场景下暂态频率响应的特性,提出沿海风电场经交/直流并网的主动频率支撑的自同步电压源控制策略;在此基础上,通过基于PSCAD/EMTDC的华东电网电磁暂态等值模型,给出华东电网在不同新能源占比下的风电场电网支撑能力的要求,以及与常规同步机协同惯量响应的基本规则。仿真结果表明,华东电网在新能源占比高于30%后,风电的惯量响应对电网频率最低点的提升作用明显,随着沿海风电场群容量的快速增长,风电机组提供主动惯量支撑不可或缺;风电机组的虚拟惯性时间常数宜设置在风电机组的物理惯性时间常数附近,在需要参与系统一次调频时,应将风机变桨系统和同步机一次调频的控制进行协同优化才可避免由此产生的频率振荡。

关键词：风电场频率支撑惯量响应一次调频高渗透比