更全的杂志信息网

基于VSC-HVDC的DFIG风电场低电压穿越改进控制策略

更新时间:2016-07-05

0 引 言

作为可再生能源,风力发电以其可开发容量大、清洁等优点成为电力系统中增长最快的能源。但随着风电场规模的增大,交流并网的风电场对电网产生的影响越来越严重[1]。相对于交流并网,直流并网方式具有以下优势:输电损耗小,电压降落小;不会产生容性充电电流,所以几乎没有输电距离的限制;直流系统可以隔离交流侧故障,保持系统可靠、稳定运行;直流并网不用考虑电压、频率的同步。多端柔性直流输电系统(the multi-terminal VSC-HVDC system,VSC-MTDC)能够实现不同地区的风电场与电网的互联,输电方式灵活、可靠,有着广泛地前景。

最后,监督机构要保证每个村小组都有人员参与,否则不能平衡利益,容易激化矛盾,不利于农村整体的发展和社会和谐。监督机构应要求村委会对所做工作定期公示,除了涉密事项外,都应该让全体村民了解情况,同时起到监督作用。

在风电并网的VSC-HVDC系统中,当电网发生故障时,无功支持由VSC-HVDC的电网侧换流器提供。但是受到换流器容量的限制,当故障严重时,电网侧换流器不足以补偿全部无功缺额,则需要利用风电机组自身的无功补偿能力[2],需要同时满足风电场和系统的功率平衡和电压稳定。

文献[3]对风电场参与地区电网电压调节问题进行了研究,提出利用变速恒频风电机组的快速无功调节能力参与电网无功、电压的控制,但只考虑了静态情况;文献[4]考虑到双馈感应发电机(Doubly-Fed Induction Generator,DFIG)的无功输出受变流器容量限制,通常在升压站装设动态无功补偿设备,例如静止无功补偿器(Static Var Compensator,SVC)和静止同步补偿器(static synchronous compensator,STATCOM)等,以增强双馈风电场的无功电压调节能力,但工程量大,经济性差。文献[5]提出了双馈风电场无功功率分层控制方案,根据电压波动值对风电场的风力发电机进行动态的分组,选择能够满足无功需求的机群。文献[6-7]根据DFIG的运行特性提出在故障情况下增加风电场的频率来降低风电场功率,但实际情况下短时间内风电机组很难检测到频率的快速波动。文献[8]提出了一种基于DFIG的无功功率管理方法,能够有效地维持系统的电压稳定,但未对并网系统本身的无功功率进行分析利用。可见目前对于风电并网的VSC-HVDC输电系统的低电压穿越控制研究较少。

某火电厂计划安装2台机组,2座炉膛共用1个筒形烟囱,采用钢筋混凝土结构,内筒为等径自支撑结构,高220 m,烟囱口直径7.2 m,计划施工面积约5 000 m2。该发电厂采用石灰石-石膏湿法脱硫,不设GGH(烟气换热器),烟囱的设计寿命为50 a。

针对风电并网的VSC-HVDC电网侧发生故障时的无功功率分配进行研究,在VSC-HVDC风电场侧换流器参与补偿无功缺额的条件下,充分利用DFIG自身的无功功率输出能力,设计了风电场低电压穿越的控制策略。并对提出的控制策略使用MATLAB软件进行了仿真验证。

1 风电场建模

1.1 双馈异步风力发电机的建模

双馈异步风力发电机(Double-Fed Induction Generator,DIFG)是最早的变速恒频风力发电机型,其兼有异步发电机和同步发电机的特点。

由于选煤厂入洗原煤泥化现象严重,降低了设备处理能力,洗水浓度达300 g/L,严重影响经济效益。主要表现在以下几点:

DFIG的结构及功率流向如图1所示,采用绕线式异步发电机,其定子直接联网,转子则通过双PWM换流器与电网相连[9]

图1 DFIG的结构及功率流向 Fig.1 DFIG structure and power flow

相应的功率方程为:

(1)

式中分别为定子转子的电压相量;为气隙磁场感应电动势;为定子转子电流;为励磁电流相量。

在电流有功和无功解耦控制的条件下如下:

(2)

将式(2)代入式(1)中整理可得转子电流与定子有功功率、无功功率的关系:

(3)

有式(3)可得DFIG机组的控制对象定子输出有功、无功对控制变量转子电压、电流之间的关系。

转子注入功率为:

(4)

(1)电网电压跌落至0.75 p.u.。

(5)

(6)

当定子无功改变ΔQ1时,可得转子电压电流的该变量分别为:

由上述可知,当定子的有功功率、无功功率和转差率确定是,转子注入的有功功率和无功功率是确定的。对于转子侧换流器相当于运行在定有功、无功功率控制方式下。

城市林业建设主要目的是改善城市生态环境,服务居民,满足城市的可持续发展需要,故健康、和谐的城市林业既要按照生态学的基本原理,又要满足公众愿望与需求,这不仅能体现生态文明视角下坚持“以人为本”的核心理念,且能反映出整个城市的生态文明建设的程度。为此本文通过问卷调查法调查福州城市林业建设的受益人——福州市民,让他们直接评价福州市城市林业建设,通过他们的感知认识,了解福州城市林业功能的发挥状况以及存在的主要问题。

(7)

(8)

忽略定子电阻,DFIG机组的励磁电抗远大于定子、转子漏电抗,因此X1X2Xm,可得到转子注入功率的该变量:

(9)

(10)

由此可见,当不考虑机组的功率限制时,定子和网侧换流器输出的无功相同,最终调节效果也相似,但动态效果不同,风电场机组越多,网侧换流器的无功变化引起的功率波动越大,因此在无功功率调节的过程中优先考虑DFIG机组的定子。

1.2 DFIG定子功率极限计算

由上式整理可得:

(11)

设双馈发电机转子最大电流为I2max,忽略定子电阻可得:

(12)

根据式(12)可以得到DFIG定子的无功功率极限,如图2所示。当定子输出功率为P1时,无功功率的最大值和最小值分别为Q1maxQ1min。由图2可知两者是不对称的,DFIG机组吸收无功能力强于发出无功能力,并且无功极限值随着有功的变化而变化。

2018年,也是依波“一诺十八年”长效慈善项目的第十年,依波爱心使团携手京东公益,第十二次前往汉源探访受助儿童,并于全网发起“我的愿望,请多关照”乐捐活动,实现孤贫儿童的愿望清单。“一诺十八年”启动迄今为止,已让160名孩子和他们的家庭走出阴霾。

图2 DFIG定子的无功功率极限 Fig.2 Reactive power limitation of DFIG stator

1.3 网侧换流器功率极限计算

妈妈听了,高兴地说:“看来你今天学习了用‘be going to’和‘will’表达将来时,那你能具体说说它们的用法吗?”

Pg=P2=sP1

(13)

VSC-HVDC包括风电场侧换流器(WFVSC)和网侧换流器(GSVSC),均参考传统的矢量控制建立双闭环控制结构。其中网侧换流器在本文控制策略中不参与分担无功缺额。网侧换流器的主要控制目的是维持受端电压的恒定和保证直流侧功率的平衡,因此网侧换流器以直流电压和无功功率为控制目标,其控制器结构图如图5(a)所示。

(14)

网侧换流器的功率极限为:

(15)

2 无功功率分配策略

DFIG机组在正常工作时运行在单位功率因数状态下,输出的无功功率几乎为零[10]。当电网发生电压跌落时,为了维持母线电压的稳定,需要调整DFIG机组的控制策略使其不再工作在单位功率因数下,为系统提供一定的无功功率支持。当前的DFIG机组多设置有Crowbar电路,当电网电压出现跌落故障,使得转子侧电流和直流母线电压超限时,Crowbar保护电路将会被激活,封锁机侧变流器PWM脉冲,从而对转子侧变流器和直流侧电容起到很好的保护作用。但Crowbar电路动作时,DFIG机组将变成普通的异步发电机,需要从电网吸收大量的无功功率,这使得DFIG自身的无功支持能力被浪费,因此,文章根据电网故障的严重程度来控制Crowbar电路的投入。

由于DFIG机组自身提供无功功率的能力有限,当无功功率需求超过DFIG自身的无功限制时,需要降低其有功出力以提高无功上限,这种控制方式降低了DFIG发电机经济性。而VSC-HVDC的换流器容量较大,也可以对系统进行动态的无功支持。因此可以优先选择VSC-HVDC的风电场侧换流器无功容量对系统进行补偿,如补偿后依然有无功缺额,再利用DFIG 风电机组自身的无功补偿能力。控制策略的无功功率分配策略框图如图3所示。

网侧换流器的功率极限主要受到换流器容量的限制。由式(1)可得,网侧换流器的注入有功功率为:

图3 无功功率分配策略框图 Fig.3 Block diagram of allocation strategy of reactive power

3 控制策略

根据上述无功功率分配策略,系统的整体控制框图如图4所示,当系统发生电压跌落时,首先将电压偏差送入station1计算无功功率缺额ΔQ,将风电场侧换流器(WFVSC)所需要承担的无功功率转换为参考信号送入WFVSC,剩余的无功功率缺额通过station2合理的分配给DFIG机组的转子侧换流器和网侧换流器。

图4 系统的整体控制框图 Fig.4 Overall control block diagram of the system

设换流器的容量上限为Pgmax,则换流器功率应当满足:

风电场侧换流器的目的是将风电场发出的功率输送至电网并保证风电场的并网电压要求[11],因此控制目标也是无功功率和直流电压,但其参与无功缺额的分担,无功功率的参考值为station1计算的参考信号。对于DFIG风电机组,同样使用双闭环控制结构,转子侧换流器(RSC)的控制量为有功功率和无功功率,网侧换流器(GSC)的控制量为直流电压和无功功率。DFIG风电机组控制器结构如图5(c)所示。

图5 各换流站控制器结构 Fig.5 Structure of controller of each convertor

4 仿真分析

使用MATLAB/Simulink搭建系统模型进行仿真分析,系统参数如下:VSC-HVDC电网侧电压110 kV,网侧换流器GSVSC容量10 MVA,直流侧电容20 mF;直流系统线路75 km;风电场侧电压110 kV,风电场容量10 MVA,变流器容量10 MVA,出口电压150 V。电网发生故障前,风力发电机以额定风速运行在单位功率因数下,此时输出功率最大。文中的仿真模型均使用标幺值。

由式 (4)可得转子有功、无功功率表达式:

电网电压跌落情况如图6所示,图中Ug为电网电压标幺值,此时风电场运行在功率因数为1的条件下。在0.3 s时,电网电压跌落至0.8 p.u.,持续0.2 s后电网恢复正常。

图6 电网电压跌落趋势 Fig.6 Tendency of grid voltage droop

(2)电网电压跌落至0.4 p.u.。

图7 WFVSC无功功率 Fig.7 Reactive power of WFVSC

图8 直流母线电压 Fig.8 DC bus voltage

当电网发生电压跌落存在无功功率缺额时,文中的控制策略首先调用VSC-HVDC风电场侧换流器的无功功率对系统进行补偿,风电场依然运行在正常状态下。WFVSC输出的无功功率如图7所示,当系统出现无功缺额时,WFVSC及时发出无功功率进行补偿,以维持系统电压稳定。系统直流母线电压如图8所示,在经过系统启动的过渡过程之后,在电网故障时发生较大波动,0.5 s电网故障恢复,在0.75 s 时电压恢复正常,波动在误差允许范围内。说明文中控制策略可行。

电网电压跌落情况如图9所示,图中Ug为电网电压标幺值,此时风电场运行在功率因数为1的条件下。在0.3 s时,电网电压跌落至0.3 p.u.,持续0.2 s后电网恢复正常。

图9 电网电压跌落趋势 Fig.9 Tendency of grid voltage droop

当电网侧发生较严重的电压跌落,存在较大的无功缺额时,VSC-HVDC风电场侧换流器的无功功率调节能力不能完成系统的无功补偿时,如图10~图12所示,根据本文的控制策略,需要调用DFIG机组的无功补偿能力,此时风电场输出的有功功率迅速降低,DFIG定子和电网侧换流器均发出一定的无功功率以维持直流系统母线的电压稳定。电网故障在0.5 s时解除,直流系统母线电压在0.8 s恢复正常值。

图10 DFIG转子电流 Fig.10 Current of DFIG rotor

图11 DFIG定子无功功率 Fig.11 Reactive power of DFIG stator

图12 直流母线电压 Fig.12 DC bus voltage

从上述仿真中可以得到下结论:

(1)当电网无功缺额较小,WFVSC的无功功率容量足够完成补偿时,控制系统只调用风电场侧换流器进行无功补偿;

引起病毒性心肌炎的元凶就是病毒,最常见的一种是柯萨奇肠道病毒,其他一些能引起呼吸道和肠道疾病的病毒,也能引起病毒性心肌炎。小儿急性传染病如麻疹、水痘、风疹、腮腺炎、脊髓灰质炎、肝炎等常可并发心肌炎。其他病毒感染,如流感病毒、带状疱疹病毒、腺病毒、巨细胞病毒等,也可引起心肌炎。

(2)当电网无功缺额较大,WFVSC的容量无法满足无功需求时,控制系统调整DFIG风电场机组的有功功率,使风电机组输出一定的无功功率进行补偿,保证系统的电压稳定。该无功补偿策略能够在故障发生后及时响应,保证风电场不脱网运行;

情况2:当满足时,企业导师努力工作获得的收益比大于他为此付出的成本,但小于他“搭便车”所获得的收益I',而学徒努力工作的收益小于他所投入的成本,学徒不会努力工作,企业导师也无法“搭便车”,此时(0,1)是系统演化稳定点,(0,0),(1,0)是鞍点,(1,1)是不稳定点,演化稳定策略为(不努力工作、认真指导);

(3)通过对Crowbar电路的改进,使得系统发生故障时,Crowbar电路不动作,DFIG机组可以为系统提供一定的无功功率支持,提高了VSC-HVDC系统低电压穿越的能力;

本文旨在分析与比较2015年《韩国信息通信技术课程标准》与2000年、2005年运营指南的不同。其中最明显的是内容体系的变化。修订后的信息通信技术课程标准在旧运营指南的5个领域的基础上减为4个领域,修改了各个领域的名称,各学段与各领域对应的具体内容使用了更具体、更实际的用语。表1比较了2000-2015年的运营指南中各领域名称的变化。

1209 术前血清前白蛋白水平在评价膀胱尿路上皮癌患者预后中的价值 汤仕杰,刘安伟,马 重,徐伟东,孙颖浩,许传亮

(4)在电网故障解除后,系统有功功率和直流系统电压均能够迅速恢复,满足低电压穿越对系统功率恢复时间的要求。

5 结束语

针对基于VSC-HVDC并网的DFIG风电场的低电压穿越问题,设计了一种改进的控制策略。通过电网电压跌落程度计算系统无功缺额,对DFIG风电场和VSC-HVDC输电系统换流器的无功出力进行分配,从而实现了VSC-HVDC并网风电场的低电压穿越。通过分析DFIG机组和VSC-HVDC换流器的无功功率极限,提出了电网电压跌落时无功功率的分配策略,优先利用VSC-HVDC风电场侧换流器承担无功缺额,其容量大响应速度快,且保证了DFIG机组的工作效率。当电网电压跌落严重时,该控制策略能够及时调动DFIG机组的无功出力,保证了直流系统电压稳定,实现了风电场在电网故障时的不脱网运行。

与亲密关系丧失不同的是,死亡凸显还会额外导致高自尊者职业情感的降低,这一效应可能是由死亡凸显所引发的无意义感所导致,而亲密关系丧失不具备这一心理效应。 人是活在意义之网上的动物,我们需要相信自己生活在一个有意义的世界中,但死亡却否定一切意义,凸显了我们作为自然界中一个普通生物体的存在,给个体带来了恐惧、虚无等消极的情绪体验,也许正是这些消极情绪的蔓延削弱了高自尊者的职业情感。

[1] 魏晓光,汤广福,魏晓云,等.VSC-HVDC控制器抑制风电场电压波动的研究[J].电工技术学报,2007,22(4): 150-157.

Wei Xiaoguang,Tang Guangfu,Wei Xiaoyun,et al.Study of VSC-HVDC controller to mitigate voltage fluctuation caused by wind farm integration[J].Transaction of China Electrotechnical Society,2007,22(4): 150-157.

[2] 李辉,付博,杨超,等.双馈风电机组低电压穿越的无功电流分配及控制策略改进[J].中国电机工程学报,2012,32(22): 22,24-31.

Li Hui,Fu Bo,Yang Chao,et al.Reactive Current Allocation and Control Strategies Improvement of Low Voltage Ride Though for Doubly Fed Induction Wind Turbine Generation System[J].Proceedings of the CSEE,32(22): 22,24-31.

[3] 李晶,方勇,宋家骅,等.变速恒频双馈风电机组分段分层控制策略的研究[J].电网技术,2005,29(9): 15-21.

Li Jing,Fang Yong,Song Jiahua,et al.Research On Subsection And Layer Control Strategy of Doubly-Fed Variable Speed Wind Turbine[J].Power System Technology,2005,29(9): 15-21.

[4] 刘其辉,王志明.双馈式变速恒频风力发电机的无功功率机制及特性研究[J].中国电机工程学报,2011,31(3): 82-89.

Liu Qihui,Wang Zhiming.Reactive Power Generation Mechanism & Characteristic of Doubly Fed Variable Speed Constant Frequency Wind Power Generator[J].Proceedings of the CSEE,2011,31(3): 82-89.

[5] 刘皓明,唐俏俏,朱凌志,等.双馈型风电场参与电压无功调节的分层控制方案[J].电力系统保护与控制,2014,42(24): 79-85.

Liu Haoming,Tang Qiaoqiao,Zhu Lingzhi,et al.Hierarchical control strategy of voltage and reactive power for DFIG wind farm[J].Power System Protection and Control,2014,42(24): 79-85.

[6] Xu L,Yao L,Sasse C.Grid Integration of Large DFIG-Based Wind Farms Using VSC Transmission[J].IEEE Transactions on Power Systems,2007,22(3): 976-984.

[7] Arulampalam A,Ramtharan G,Ekanayake J B,et al.Fault Ride Through operation of a DFIG wind farm connected through VSC HVDC[C]// International Conference on Industrial and Information Systems.IEEE,2010: 520-525.

[8] KAYIKCI M,MILANOVIC J V.Reactive power control strate-gies for DFIG-based plants[J].IEEE Transactions on Energy Conversion,2007,22(1): 389-396.

[9] Thomas Ackermann,Wind Power in Power Systems[M].John Wiley Sons,Ltd,2005.

[10]栗然,唐凡,刘英培,等.双馈风电场新型无功补偿与电压控制方案[J].中国电机工程学报,2012,32(19): 16-23,180.

Li Ran,Tang Fan,Liu Yingpei,et al.A New Scheme Of Reactive Power Compensation And Voltage Control for DFIG Based Wind Farm[J].Proceedings of the CSEE,2012,32(19): 16-23,180.

[11]Dierckxsensa K S C,Rezab M,Colec S,et al.A distributed DC voltage control method for VSC-MTDC systems[J].Electric Power Systems Research,2012: 5.

李燕青,史依茗
《电测与仪表》 2018年第09期
《电测与仪表》2018年第09期文献

服务严谨可靠 7×14小时在线支持 支持宝特邀商家 不满意退款

本站非杂志社官网,上千家国家级期刊、省级期刊、北大核心、南大核心、专业的职称论文发表网站。
职称论文发表、杂志论文发表、期刊征稿、期刊投稿,论文发表指导正规机构。是您首选最可靠,最快速的期刊论文发表网站。
免责声明:本网站部分资源、信息来源于网络,完全免费共享,仅供学习和研究使用,版权和著作权归原作者所有
如有不愿意被转载的情况,请通知我们删除已转载的信息 粤ICP备2023046998号