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高渗透率风电场的电能质量控制策略研究

高渗透率风电场的电能质量控制策略研究

作者：曾烛重庆大学

学位级别：硕士

风能因其独特的优点在我国能源结构中的占比逐渐升高。风力发电的大范围普及一方面能够解决能源问题,另一方面又造成风电渗透率高的现状,给电网带来电能质量问题。传统的风电谐波抑制算法在治理谐波时,没有考虑到高渗透率区域电网风机... 详细信息

风能因其独特的优点在我国能源结构中的占比逐渐升高。风力发电的大范围普及一方面能够解决能源问题,另一方面又造成风电渗透率高的现状,给电网带来电能质量问题。传统的风电谐波抑制算法在治理谐波时,没有考虑到高渗透率区域电网风机数量以及风机并网结构的复杂性问题,因此只适用于单台或简单的风电模式;同样在调频策略上,现阶段对于风机的调频控制没有考虑到多机组间相互配合、协同控制,因此也不适用于高渗透率风电的情况。针对高渗透率风电场的谐波问题,本文采用虚拟同步发电机算法对永磁同步风机网侧变流器进行改进,提出了基于谐振控制器的永磁同步风机网侧谐波补偿策略。针对频率问题,本文在永磁同步风机网侧虚拟同步控制的基础上,提出了超速和变桨协调的主动减载改进二次调频策略。本文相关工作内容和结论为:(1)在同步旋转坐标系中,根据直驱式永磁同步电机的运行特性和数学模型,建立了风力发电系统的并网拓扑结构,分析了风机机侧和网侧变流器的特性,建立了背靠背型双PWM变流器的内外环控制策略。在此基础上,提出采用虚拟同步控制对风机网侧的控制策略进行改进,使得网侧变流器具有与同步机相似的转动惯性和阻尼特性。(2)以金凤山风电场风机甩负荷事故为对象,详细分析了金凤山的谐波来源,并根据金凤山区域电网的架构和实际参数建立了仿真模型。为了抑制风机并网点处的谐波电压,提出基于虚拟同步机的网侧谐波谐振补偿策略,并引入不同的谐波补偿系数以起到限流和合理分配不同出力机组的谐波治理贡献度的作用。在正常风况下,仿真分析了不同占比的非线性负载对于风机并网点谐波水平的影响,与传统控制下的谐振补偿器相比,基于虚拟同步机的网侧谐振补偿策略能够更好地降低并网点处的5、7次谐波含量,重要母线和各负荷站点的电压谐波畸变率也得到了有效改善;在对风机甩负荷事故的仿真分析中,针对空充变压器引起的电网各部分谐波突增状况,采用双通道谐波补偿策略对2、4次和5、7次谐波同时治理,仿真结果进一步证明了基于虚拟同步机的网侧谐波补偿策略的有效性。(3)针对高渗透率风电并网引起的频率问题,基于对电网一次调频、二次调频以及风电机组有功控制策略的详细分析,在机组稳态运行时提出采用基于超速和变桨距协调的主动减载策略来提供调频的备用容量;在频率波动越限时,采用基于虚拟同步机控制的主动减载二次调频策略来对系统频率进行无差调节;在此策略中,对直流母线电容电压的控制作出改进,并引入了带衰减系数的PI环节以协调各机组的二次调频。在金凤山区域电网仿真模型中,分析了各风电机组在不同风速条件下的出力和调频过程,根据转子转速,桨距角,频率和输出功率等参数的变化,证明了该改进二次调频策略协调各机组共同调频的有效性。最后,分别对比了一次调频、二次调频和减载控制策略下的频率和输出功率响应,并研究了衰减系数的设置对调频的影响,进一步证明了基于VSG的主动减载二次调频改进策略的有效性。

关键词：高渗透率风电永磁风机虚拟同步机谐振控制器减载调频

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含高渗透率风电的配电网暂态电压量化评估

中国电力 2022年

作者：徐艳春蒋伟俊孙思涵 MI Lu 梯级水电站运行与控制湖北省重点实验室(三峡大学) 德克萨斯农工大学电气与计算机工程学院

随着配电网中分布式风电渗透率的增加，评估影响电网暂态电压稳定性的各有关因素变得尤为重要，而评估暂态电压稳定性的现有指标在具有多暂态特性的场景下无法适用。本文首先介绍了多二元表判据的评估思想，针对电压暂降的情形，提出了... 详细信息

随着配电网中分布式风电渗透率的增加，评估影响电网暂态电压稳定性的各有关因素变得尤为重要，而评估暂态电压稳定性的现有指标在具有多暂态特性的场景下无法适用。本文首先介绍了多二元表判据的评估思想，针对电压暂降的情形，提出了一种母线的电压暂降安全裕度指标。其次，进一步构建了母线的电压暂升安全裕度指标，通过引入阶跃因子将暂降指标和暂升指标有效结合，得到了基于改进多二元表的母线的暂态电压安全裕度指标。再次，提出了区域的暂态电压安全裕度指标来衡量某区域的暂态电压稳定性。最后，基于所提指标，利用Matlab/Simulink对含高渗透率风电的配电网进行仿真分析，在量化影响配电网暂态电压稳定性各因素的同时，验证了该指标的有效性和普适性。

关键词：高渗透率风电配电网暂态电压稳定性改进多二元表暂态电压安全裕度指标量化评估

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含高渗透率风电的送端系统电网暂态稳定研究

电网技术 2013年第3期37卷 740-745页

作者：张明理徐建源李佳珏辽宁省电网安全运行与监测重点实验室(沈阳工业大学) 辽宁省沈阳市110870

对含高渗透率风电的送端电网系统暂态稳定性进行了研究。从理论上分析了变速恒频机组模型结构及其对电网暂态稳定性的影响;应用风电场短路试验的实测数据验证了仿真模型及仿真数据的准确性;仿真分析了不同运行方式、不同故障位置、火电... 详细信息

对含高渗透率风电的送端电网系统暂态稳定性进行了研究。从理论上分析了变速恒频机组模型结构及其对电网暂态稳定性的影响;应用风电场短路试验的实测数据验证了仿真模型及仿真数据的准确性;仿真分析了不同运行方式、不同故障位置、火电与风电不同配比条件下对系统暂态稳定性的影响,提出了针对送端系统外送线路稳定水平的影响,风电出力的影响要小于火电机组,而针对送端电网内部火电厂出口线路的稳定水平主要取决于火电厂本身,而风电出力对其的影响还要受网架结构、运行方式等因素影响。

关键词：高渗透率风电送端电网暂态稳定性仿真模型

考虑稳态频率约束的含高渗透率风电的孤立电网机组组合

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高电压技术 2018年第4期44卷 1311-1318页

作者：叶婧林涛徐遐龄盛逸标武汉大学电气工程学院武汉430072 太阳能高效利用湖北省协同创新中心武汉430077 华中电力调控分中心武汉430077

孤立电网具有各次备用容量小、自平衡能力差的特点。为了提高风能的利用率,在保障稳态频率约束的前提下,采用综合利用一、二次备用的方法。提出了考虑稳态频率约束的系统最大可调备用容量的概念,建立了考虑稳态频率约束的机组组合优化... 详细信息

孤立电网具有各次备用容量小、自平衡能力差的特点。为了提高风能的利用率,在保障稳态频率约束的前提下,采用综合利用一、二次备用的方法。提出了考虑稳态频率约束的系统最大可调备用容量的概念,建立了考虑稳态频率约束的机组组合优化模型。以常规机组发电成本最小和系统消纳风能最大为多目标,并通过扩展ε约束法对模型进行求解。改造后含高渗透率风电的孤立电网10机系统的计算结果表明,所提模型通过有效利用系统中各次备用,在满足系统稳态频率约束的同时,有较好的经济性以及风电的消纳能力。

关键词：孤立电网高渗透率风电机组组合一、二次备用扩展ε约束法稳态频率约束

高渗透率风电与电网解列的交互影响及协调配合研究

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高渗透率风电与电网解列的交互影响及协调配合研究

作者：吕思昕华北电力大学

学位级别：硕士

随着我国经济的飞速发展,与之俱来的是日益严峻的能源危机,风力发电、光伏发电等新能源发电方式成为主流;风力发电凭借其低成本、技术成熟及无污染等优点迅速成为研究焦点。我国幅员辽阔,风能资源主要集中在东南沿海、内蒙古、甘肃以及... 详细信息

随着我国经济的飞速发展,与之俱来的是日益严峻的能源危机,风力发电、光伏发电等新能源发电方式成为主流;风力发电凭借其低成本、技术成熟及无污染等优点迅速成为研究焦点。我国幅员辽阔,风能资源主要集中在东南沿海、内蒙古、甘肃以及东北地区,但经济发达区域集中在华北、华中、华东,用电负荷比重大。因此我国风电资源分布不均衡且远离负荷中心。风力发电等新能源大规模集中并网、远距离输送及风能受天气影响、不可控等自身特性将对电网的稳定运行带来新的挑战。我国电网互联规模持续扩大,若电网出现失步振荡,波及范围也越来越广,如处置不及时,会反之影响风电可靠并网,威胁大电网的稳定运行。主流双馈、直驱风电机组通过电力电子系统并网,当系统发生较大扰动时,出于电力电子元器件设备级的安全角度考虑,风电机组保护动作切除机组,从扰动期间对电网动态支撑角度考虑,电网要求风电机组具备低、高电压的故障穿越能力,但由于各风电制造厂商生产的机组性能不一,故障穿越的表现不同,因此,抗干扰能力弱、易发生脱网是风电的特点之一;通过电力电子并网,风电的低惯量、与系统的弱耦合以及功率的快恢复特性也将影响风电并网的暂稳特性;同时,由于原动力风能的随机波动,风电出力频繁变化,影响到并网的无功电压特性,进而影响暂态失步特性;这些方面使大规模风电并网具有一定的可变性,必然会影响到电网的失步振荡特性,引发实际电网中振荡中心的迁移以及安全解列装置的可靠动作,电网解列后可能造成风电大规模脱网,并网可靠性下降。首先,回顾过去多年风电的发展进程并展望未来发展趋势,综述了风电并网与电网失步解列的研究现状,介绍了目前常用的三种类型风机的模型和原理,较系统地阐述了国内外电网在发生严重故障导致失步振荡后解列装置动作原理。然后,基于扩展等面积法则,利用由中国电力科学研究院开发的PSD-BPA仿真软件,构建了“风火打捆”等效单机无穷大仿真系统,通过观察在风电不同接入比例下、风电场有无无功补偿以及风电场不同运行方式下系统故障时解列装置的动作响应特性,从多个方面仿真分析风电并网对系统失步解列的影响,进一步在宁夏实际电网上进行了仿真验证。最后,基于实际电网研究了不同原理的解列装置及振荡模式发生转移对风电可靠并网的影响,探究使其二者协调配合的措施。

关键词：高渗透率风电电网解列等面积定则风电比例运行方式无功补偿

基于电解铝负荷调节的含高渗透率风电孤立电网频率控制策略

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电力建设 2018年第3期39卷 92-100页

作者：陈元峰徐箭范传光王辉杨俊陈习伟唐畅武汉大学电气工程学院武汉市430072 湖北省电力勘测设计院武汉市430077

高渗透率的可再生能源接入使得孤立电网的稳定性问题日益突出。文章以蒙东某实际工业电力系统为例开展了高耗能负荷平抑可再生能源发电波动的控制策略研究。首先,建立了电解铝负荷消耗功率与直流电压的耦合关系模型。其次,基于静止无功... 详细信息

高渗透率的可再生能源接入使得孤立电网的稳定性问题日益突出。文章以蒙东某实际工业电力系统为例开展了高耗能负荷平抑可再生能源发电波动的控制策略研究。首先,建立了电解铝负荷消耗功率与直流电压的耦合关系模型。其次,基于静止无功补偿器(static var compensator,SVC)的调压原理,提出了利用SVC电压调整实现电解铝负荷调节的控制策略。所提控制策略在考虑火电机组一次调频的基础上,深度挖掘了负荷调节能力,有效平抑孤立电网中风电的有功波动。同时提出了一种SVC补偿容量的计算方法,为实际现场装设SVC提供容量参考。最后在RTDS(real time digital simulator)上搭建仿真模型,在风电高、低渗透率以及风电极端波动的情况下系统都能维持稳定,验证了所提出的控制策略的有效性。

关键词：静止无功补偿器(SVC) 孤立电网高渗透率风电电解铝

含高渗透率风电的风火网双层博弈网源联合规划

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含高渗透率风电的风火网双层博弈网源联合规划

作者：常源华北电力大学(北京)

学位级别：硕士

为应对全球性的能源和环境危机,风力发电以其可再生、清洁环保等优势得到了广泛应用。随着国家政策利好以及市场化建设的推动,大量资本涌入风电建设,风电装机容量与渗透率迅速提高,这加剧了与常规能源的发电竞争,同时也对电网的消纳能... 详细信息

为应对全球性的能源和环境危机,风力发电以其可再生、清洁环保等优势得到了广泛应用。随着国家政策利好以及市场化建设的推动,大量资本涌入风电建设,风电装机容量与渗透率迅速提高,这加剧了与常规能源的发电竞争,同时也对电网的消纳能力提出了更高的要求。为了减少在风电高渗透率系统中因风电、火电和电网独立规划造成的投资浪费,并最大程度的促进风电的开发与消纳,本文基于博弈理论,以风电、火电和电网作为研究对象,建立含高渗透率风电的风火网双层博弈网源联合规划模型,以期在保证电力系统可靠稳定运行的基础上,追求最佳的投资效果和环保价值,主要工作总结如下:首先,调研并对比当前制约风电消纳的关键问题与网源协调规划的现有方法。针对风电高渗透率场景,结合可再生能源配额制与碳排放权交易机制等激励政策,分析风电公司、火电公司和电网公司在规划与运行过程中的收益结构,进而在博弈论框架下论述三者之间的竞争与合作关系。然后,根据风火网三方的博弈关系,结合当前的电力市场运作机制,确立各博弈主体的投资收益结构并建立收益模型,接着以风火电源容量和网架扩展方案为决策变量,建立含高渗透率风电的风火网双层博弈网源联合规划模型。其中,根据非合作博弈中的主从博弈,建立外层网源间规划模型,并完成对该模型的收敛性及最优均衡解唯一性的证明;根据合作博弈理论,建立内层电源间风火容量配置模型。其次,分析现有的合作博弈中利益分配方法的优缺点,针对本文建立电源间风火合作博弈容量配置模型,考虑到风电和火电企业在装机容量规模、成本结构和效益评价等方面存在较大的差异,采用现有方法无法达到最大程度的合作效益。因此提出一种新的以合作双方经济和环境增益度为准则的利益分配模型。最后,采用改进的IEEE-30节点系统进行算例仿真来验证所建立规划模型的有效性。分析博弈过程中的各参与者的策略选择变化,与传统规划方法的结果进行对比,以验证该方法的优越性。同时,计算了不同配额限额下的各方收益变化情况,对可再生能源配额最优值的设定进行了探讨。

关键词：高渗透率风电可再生能源配额制博弈论网源联合规划

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高渗透率风电与电网失步解列的交互影响评述

华北电力技术 2015年第3期 25-28页

作者：赵晓伟吕思昕谢欢刘观起华北电力大学河北保定071003 国网冀北电力有限公司电力科学研究院(华北电力科学研究院有限责任公司) 北京100045

电网发生特别严重故障导致系统出现失步的情况,因此需要在适当的地点来安装解列装置来防止振荡的进一步扩大,避免系统崩溃。风电的随机波动性和动态特性等决定了风电并网会对电网稳定性产生较大影响。随着大规模风电集中、高渗透率地接... 详细信息

电网发生特别严重故障导致系统出现失步的情况,因此需要在适当的地点来安装解列装置来防止振荡的进一步扩大,避免系统崩溃。风电的随机波动性和动态特性等决定了风电并网会对电网稳定性产生较大影响。随着大规模风电集中、高渗透率地接入电网,高渗透率风电与系统失步解列装置相互作用、影响,风电可能影响失步解列动作的可靠性,失步解列动作也可能影响风电可靠并网,两者交互作用给电网安全稳定运行带来了一定的风险。在此对高渗透率风电并网运行控制、失步解列装置以及二者的相互影响和配合三个方面进行了总结,为后续的研究打下了坚实的基础。

关键词：高渗透率风电失步解列装置交互影响协调配合安全稳定

含高渗透率风电的地区电网预防-紧急控制协调优化

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电工电气 2017年第3期 12-15,31页

作者：陈连凯姜国义周磊刘海波由楚扬志华袁虎玲内蒙古东部电力有限公司内蒙古呼和浩特010020 南瑞集团公司(国网电力科学研究院) 江苏南京211100

风电渗透率较高的弱送端电网,孤网后高频问题突出,若存在大机小网特征,由于紧急控制措施的离散性较大,单纯通过紧急控制,难以找到合适的稳控切机组合来保证电网频率稳定。提出一种辨识大机小网系统中紧急控制措施适应性的识别方法,并将... 详细信息

风电渗透率较高的弱送端电网,孤网后高频问题突出,若存在大机小网特征,由于紧急控制措施的离散性较大,单纯通过紧急控制,难以找到合适的稳控切机组合来保证电网频率稳定。提出一种辨识大机小网系统中紧急控制措施适应性的识别方法,并将现有紧急控制措施作为既有模型,综合考虑大规模风电接入的影响,并计及不同种类电源的综合控制代价,对预防控制与紧急控制策略进行协调优化。以蒙东兴安地区电网为例,仿真结果验证了该方法的有效性。

关键词：高渗透率风电预防控制紧急控制协调优化控制代价