@@对海上风力发电场VSC- HVDC输电系统建模和控制
VSC-HVDC系统在大型风力场中的应用

VSC-HVDC系统在⼤型风⼒场中的应⽤VSC-HVDC 系统在⼤型风⼒场接⼊系统中的应⽤引⾔:基于电压源换流器的⾼压直流输电技术(VSC-HVDC)是⼀种以电压源换流器、绝缘栅极双极型晶体管(IGBT)和脉宽调制(PWM)技术为基础的新型输电技术,该输电技术具有可向⽆源⽹络供电、易于构成多端直流系统等优点,在对输送的有功功率进⾏快速、灵活控制的同时还能够动态补偿交流母线的⽆功功率,稳定交流母线的电压,起到STATCOM的作⽤,⾮常适⽤于⼤规模风电场并⽹。
关键词:VSC-HVDC;风电场;⾼压直流输电;脉宽调制V oltage source converter based HVDC transmission technology (VSC-HVDC) is a kind of voltage source converter, insulated gate bipolar transistor (IGBT) and pulse width modulation (PWM) technology-based new transmission technology. The transmission technology is available to the passive network-powered, easy to constitute a multiterminal DC system, etc., in the active power delivered fast, flexible control at the same bus can also communicate the dynamic compensation of reactive power, stable voltage AC bus , played the role of STATCOM is ideal for large-scale wind farms.Key Words:VSC - HVDC;Wind power; HVDC; PWM1、柔性直流输电技术概要1.1 VSC- HVDC输电原理以某柔性直流输电系统为例进⾏阐述。
海上风电并网系统的VSC-HVDC仿真报告

论文初稿海上风能具有风速大、较稳定等特点,但是海上风电场与电网的连接距离远,容量大,因此采用直流输电具有一定的优势。
基于电压源换流器(VSC)的高压直流输电(HVDC)能够实现有功功率和无功功率的灵活控制,广泛应用于远距离、大容量输电、交流系统连接和电力系统潮流控制等方面。
基于VSC的HVDC技术有别于基于电流型相控技术的传统高压直流输电,它是一种基于全控型电力电子器件(如绝缘栅双极型晶体管、可关断晶闸管等)和脉冲宽度调制(PWM)的新型直流输电技术。
该技术能够有效解决传统HVDC中存在的换向困难、谐波含量多及占地面积大等缺点。
基于VSC-HVDC的海上风电场并网结构如图所示。
海上风电机组通过交流电缆并联到一起,通过升压变压器将风力发电机的电压进行抬升,VSC1将海上风电机组产生的交流电转换为直流电,通过直流电缆传输到VSC2,经过直交变换实现并网连接。
VSC的结构如图:稳态运行条件下,忽略换流电抗器的有功损耗和谐波分量,则VSC和交流电网之间传输的有功功率P S及无功功率Q S分别为:P S=P C=U S U C sinδ(1)X LQ S=U S(U C cosδ−U S)(2)X L式中:U C为VSC输出电压的基波分量;U S为交流母线电压基波分量;δ为U C与U S的相角差;X L为换流电抗器的电抗。
在式(1)、式(2)中,X L和U S为常数,其值不变。
当δ>0时,VSC吸收有功功率;当δ<0时,VSC 发出有功功率。
无功功率主要取决于(U C cosδ−U S),当(U C cosδ−U S)<0时,VSC发出无功功率;当(U C cosδ−U S)>0时,VSC吸收无功功率。
因此,通过对δ的控制就可以控制直流电流的方向及输送功率的大小,VSC系统还可以发或吸收一定无功功率,能够起到静止同步补偿器(STATOM)的作用,动态补偿交流母线的无功功率。
仿真分析为验证VSC-HVDC控制系统,按照图1在Matlab的Simulink环境下建立VSC-HVDC系统和控制系统模型。
海上风电经VSC-HVDC并网改进频率控制策略

华北电力大学学报Vol. 48,No.2Mar., 2021第48卷第2期2021年3月Journal of North China Electric Power Universitydoi : 10. 3969/j. ISSN. 1007-2691. 2021. 02. 02海上风电经VSC-HVDC 并网改进频率控制策略闫家铭,毕天姝,胥国毅,刘方蕾,王 凡(华北电力大学新能源电力系统国家重点实验室,北京102206)摘要:大量海上风电接入电网导致系统等效惯量降低,系统频率稳定将面临挑战。
由于海上风电场与柔性直流输电系统(VSC-HVDC )具有潜在调频能力,针对海上风电经柔直并网系统提出一种改进协调频率控制策略。
在海上风电机组与柔性直流输电系统采取虚拟惯量控制的基础上,对岸上换流站附加功率-电压辅助控制,弥补因风电机组虚拟惯量控制后降低的输出功率,保证一定惯量支撑的同时进一步改善系统最大频率偏 差,提升系统频率质量。
同时对直流侧控制器主要参数进行了分析和整定,利用logistics 约束函数以确保附 加功率-电压辅助控制在不同扰动下直流电压不越限。
仿真结果表明,提出的控制方法能够提升系统等效惯量的同时进一步改善最大频率偏差,并且具有良好的适应性。
关键词:海上风电;柔性直流输电;虚拟惯量;频率控制;参数整定中图分类号:TM711 文献标识码:A 文章编号:1007-2691 (2021) 02-0011-09An Improved Frequency Control Strategy for OffshoreWind Farm Connected by VSC-HVDCYAN Jiaming , BI Tianshu , XU Guoyi , LIU Fanglei , WANG Fan( State Key Laboratory of Alternate Electrical Power System with Renewable Energy Sources,North China Electric Power University, Beijing 102206, China)Abstract : Massive access of offshore wind farms to the power system reduces system equivalent inertia and destabilizessystem frequency. Considering the potential frequency control capability of offshore wind farms and Voltage Source Con verter based High Voltage Direct Current ( VSC-HVDC) Transmission system, this paper proposed an improved coordi nated frequency control strategy for offshore wind farm connected by VSC-HVDC. Based on the virtual inertia control ofthe offshore wind farms and the VSC-HVDC system, additional power-voltage control loop was added to the onshoreconverter to compensate for the reduced output power after the virtual inertia control of the offshore wind farm. The in troduction of additional power-voltage control loop ensured a certain inertia support and provide effective support for the maximum frequency deviation. This paper discussed how to select frequency controller parameters at the DC side and a dopted logistics function to ensure that the additional power-voltage control will not exceed the limit of the DC voltage variation under different disturbances. The simulation results show that the proposed strategy, which is well adaptive,improves the equivalent inertia of the system and decreases the maximum frequency deviation.Key words : offshore wind farm ; VSC-HVDC ; virtual inertia ; frequency control ; parameter setting0引言我国海上风力资源靠近负荷中心且丰富稳收稿日期:2020-09-08.基金项目:国家自然科学基金资助项目(51627811, 51725702);中央高校基本科研业务费项目(2019MS008).定,发展海上风电不占用土地。
风力发电系统中的建模与控制研究

风力发电系统中的建模与控制研究在当今的清洁能源发展领域中,风力发电系统的应用越来越广泛。
然而,风力发电系统的性能受到很多因素的影响,如风速、方向、风机的角度等,因此需要对其进行建模和控制。
本文将对风力发电系统的建模和控制进行详细介绍。
一、风力发电系统的建模风力发电系统的建模是指对其进行数学模型的建立,以便于对其进行分析和优化。
通常,风力发电系统可以分为两类:水平轴式和垂直轴式,两者的建模方法略有不同。
1.水平轴式风力发电机的建模水平轴式风力发电机的建模通常涉及以下几个方面的内容:(1) 风速建模:风速是风力发电机发电的重要参数,其建模一般采用韦伯分布模型或雷诺分布模型等。
(2) 风机建模:风机在发电过程中的旋转角度、转速等参数的建模,可以采用PID控制器或模糊控制器进行建模。
(3) 发电机建模:发电机的建模包括稳定性、转矩特性等方面的内容,可以采用dq坐标转换进行建模。
2.垂直轴式风力发电机的建模垂直轴式风力发电机的建模通常涉及以下几个方面的内容:(1) 风车叶片建模:风车叶片的建模通常包括气动特性等方面的内容,可以采用贝塞尔曲线、叶片离散化等方法进行建模。
(2) 风机建模:风机的建模同水平轴式风力发电机相似,通常采用PID控制器或模糊控制器进行建模。
(3) 发电机建模:同水平轴式风力发电机相类似,发电机的建模也可以采用dq坐标转换进行建模。
二、风力发电系统的控制风力发电系统的控制是指在对其进行建模的基础上,对风力发电系统进行控制,以优化其性能、提高其效率。
1.PID控制器PID控制器是风力发电系统控制中最常用的控制器之一,其可调性强、稳定性好,在控制精度和速度上表现良好。
2.模糊控制器模糊控制器则是一种更为高级的控制器,其利用模糊数学理论,将模糊变量通过模糊推理引擎转换为控制信号,从而实现对风力发电系统的控制。
3.滑模控制器滑模控制器则是一种更为高级的控制方法,其可实现对风力发电系统的精准跟踪和控制,是当前控制水平较高的控制方法之一。
基于VSC-HVDC的海上风电并网系统的控制器设计

基于VSC-HVDC的海上风电并网系统的控制器设计刘刚;王海云;王维庆;乔欣欣【期刊名称】《水力发电》【年(卷),期】2015(041)011【摘要】针对海上风电场采用电压源型高压直流输电技术并网的趋势,给出了换流站的数学模型,设计了一种对整流换流站的功率外环采用PI调节器、电流内环采用电流矢量前馈解耦控制构成的双闭环PI解耦控制器,对逆变换流站设计了功率外环采用PI调节器、电流内环采用反馈线性化控制构成的非线性解耦控制器.所设计的控制器能实现对有功功率和无功功率的独立解耦控制,具有较快的动态响应速度和较强的鲁棒特性.最后,基于PSCAD/EMTDC软件仿真验证了所设计的并网系统控制器具有良好的控制性能.【总页数】5页(P118-122)【作者】刘刚;王海云;王维庆;乔欣欣【作者单位】新疆大学电气工程学院教育部可再生能源发电与并网控制工程技术研究中心,新疆乌鲁木齐830047;新疆大学电气工程学院教育部可再生能源发电与并网控制工程技术研究中心,新疆乌鲁木齐830047;新疆大学电气工程学院教育部可再生能源发电与并网控制工程技术研究中心,新疆乌鲁木齐830047;新疆大学电气工程学院教育部可再生能源发电与并网控制工程技术研究中心,新疆乌鲁木齐830047【正文语种】中文【中图分类】TM721【相关文献】1.基于自抗扰控制技术的VSC-HVDC系统控制器设计 [J], 范彬;王奔;李新宇2.基于模糊免疫自适应 PID 的VSC-HVDC系统控制器的设计 [J], 徐泽龙;尹华杰;魏承志;文安3.基于克拉克变换的VSC-HVDC系统控制器设计及其PI参数整定 [J], 刘洪波;邸睿4.基于海上大型风电场VSC-HVDC系统电网侧控制器的设计 [J], 汪璐;邵如平;王雅璐5.基于Clark变换的VSC-HVDC系统控制器设计\r及其PI参数整定 [J], 刘洪波;邸睿因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
双端VSC-HVDC系统建模及控制方法研究

双端VSC-HVDC系统建模及控制方法研究梁律;罗隆福;黄肇;陈尚敏;林艺熙【摘要】在dq0坐标系下建立了双端VSC-HVDC系统的数学模型,并基于该坐标系制定了相应的控制策略.所采用的控制器由外环控制器和内环控制器构成,外环控制器由基于常规PI调节器的定功率控制器/定电压控制器构成,输出为内环控制器的参考值;内环电流控制器采用电流反馈和电压前馈的解耦控制策略,实现电流的快速跟踪控制.此外,针对VSC-HVDC启动时需要限流和限压的要求,在启动前投入限流电阻,确保系统能够平稳快速的响应,系统达到稳态后切除限流电阻.最后,在PSCAD/EMTDC的仿真结果表明,所设计的控制器具有很好的调节性能.【期刊名称】《电源技术》【年(卷),期】2016(040)003【总页数】5页(P675-679)【关键词】VSC-HVDC;电流反馈;电压前馈;解耦控制;PSCAD/EMTDC【作者】梁律;罗隆福;黄肇;陈尚敏;林艺熙【作者单位】湖南大学电气与信息工程学院,湖南长沙410082;中国南方电网超高压输电公司广州局,广东广州510405;湖南大学电气与信息工程学院,湖南长沙410082;湖南大学电气与信息工程学院,湖南长沙410082;湖南大学电气与信息工程学院,湖南长沙410082;湖南省电力公司检修公司,湖南长沙410004;湖南大学电气与信息工程学院,湖南长沙410082【正文语种】中文【中图分类】TM721基于电压源换流器的高压直流输电(Voltaged-Source Based Converter of High Voltage Direct Current,VSC-HVDC)技术于1990年由加拿大McGill大学学者Boon-Teck Ooi等人首次提出。
1997年,ABB公司首次实现了电压源换流器高压直流输电实验性工程 (Hallsjon工程)的成功运行。
此后,VSC-HVDC获得了较快的发展和应用。
浅谈在海上风电传输中采用VSC-HVDC系统

科技资讯 SC I EN C E &TE C HN O LO G Y I NF O R MA T IO N 高 新 技 术研究发现,V SC-H VD C系统(Vo l t ag e Source Converter-High Voltage Direct Current)与传统HVDC相比可以及时控制有功功率和无功功率,并且还能够很好的完成远程传输交涉,它所具备的很多功能特征能够弥补海上风电传输所遇到的相关问题。
为了解决海上风电远距离传输,提高其运行效率和系统的稳定性,尽可能降低投资成本,研究新型高压直流V S C-H V D C系统在海上风电传输系统中的运作模式是非常有必要的。
1 VSC-HVDC系统特点分析近年来,随着电力电子技术的进步推动和大量直流工程的投入运行,使得直流输电的控制、保护、故障、可靠性等多种问题越发显得重要。
V S C-H V D C这种新技术的综合应用使得直流输电技术有了新进展,其应用出现为改善交流电网的供电质量提供了新的保障,其特点主要有以下几方面。
1.1增效节能V SC-H VD C技术的电能损耗低于传统交流输电技术的损耗,同时H V D C需要的传输线缆更少,能减少占地,比U P S更省电,其初始成本不到UP S的70%,因此能够很好的增强效率,节约能源。
1.2满足可再生能源远程输电V SC-H VD C系统输电不受容性电流的影响,电压损耗低,可调节有功和无功功率的输出,保持电网稳定,传输时不会产生谐振,且不会在电网中产生短路电流。
VSC-HVDC使用脉宽调制的方法产生正弦电压,控制灵活,可任意进行有功和无功控制,允许双向能量传输,故障时解耦,风场不必和电网保持同步,并可采用多端并网方式,在海上风场的发展极具优势。
1.3输出电力均匀 利于维护V SC-H VD C系统可以连接不同的交流电网并提高它们效率,能够补偿潮流的波动,可以避免风电场不均匀的电力输出影响电网可靠性,而且还利于维护。
海上VSC-MTDC输电系统协调控制策略

海上VSC-MTDC输电系统协调控制策略王伟;石新春;付超【摘要】海上风力发电与多端直流输电(MTDC)相结合是未来风力发电及其电能传输的发展方向之一.首先提出了应用于海上输电的四端直流输电系统的拓扑结构,并根据多端直流输电系统的特点,对直流输电系统的网侧逆变器采用直流电压下垂控制,不仅可以控制多端直流输电系统的电压稳定,而且灵活地对电网进行风电功率的传输.系统故障运行时,为避免对各换流器与风场间快速通信的要求,引入频率信号,将MTDC直流电压反映的功率不平衡量转变为频率的形式,来协调各风场减少风机出力以保持多端直流输电系统的电压稳定,实现系统可靠运行.最后基于Matlab/Simulink的仿真平台搭建了四端直流输电系统,验证不同运行状态下MTDC协调控制策略的有效性,结果表明多端直流系统在大扰动情况下能够保持系统安全稳定运行.【期刊名称】《华北电力大学学报(自然科学版)》【年(卷),期】2013(040)005【总页数】6页(P42-47)【关键词】多端直流输电系统;海上风电;辅助有功功率控制;下垂控制【作者】王伟;石新春;付超【作者单位】华北电力大学新能源电力系统国家重点实验室,河北保定071003;华北电力大学新能源电力系统国家重点实验室,河北保定071003;华北电力大学新能源电力系统国家重点实验室,河北保定071003【正文语种】中文【中图分类】TM7220 引言海上风力发电具有受环境影响小、风能资源丰富、机组年利用小时数高等优点。
风电场离海岸越远,风速越大,风电场输出功率也更高、更稳定[1~2]。
在远距离输电中,高压直流输电比交流输电具有更高的经济性、稳定性和可靠性。
传统高压直流输电技术已经被广泛应用于分散式电力传输和与交流系统互联。
基于电压源型的高压直流输电技术可以实现有功功率和无功功率的独立控制,无需无功补偿,没有换相失败,在潮流反转时保持直流电压极性不变,具备黑启动能力。
在未来几十年,基于电压源型高压直流输电技术应用于海上风电场,实现远距离向岸上电网输电将是一个最理想的选择之一。
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D.C. Kong*, X.-P. Zhang
*Univerisity of Birmingham, Birmingham B15 2TT, UK, kxd854@ Univerisity of Birmingham, Birmingham B15 2TT, UK, x.p.zhang@
2.4 DFIG model The equivalent circuit of DFIG is represented in Fig.2 [5]. And the full and simplified presentations of DFIG model can be given in [1]
2 WF-DFIG System
2.1 Configuration of WT-DFIG system In the recent years, wind turbines with doubly fed induction generators (WT-DFIG) have been widely installed in the wind farms all in the world. The typical configuration of a WT-
Wind Turbine
Shafts
DFIG
Rotor-side Converter AC Prime Mover DC Grid-side Converter Power Grid DC AC
1 Introduction
In the past few years, the UK¶s offshore wind industry has developed rapidly and it has become one of the leading countries for offshore wind energy generation installation in Europe. Considering the future development of offshore wind farms, on the one hand, the overall capacity of an offshore wind farm increases significantly to reach hundreds MW or even 1 GW, consisting of a large quantity of wind power generators (WPG); on the other hand, with the advantages over AC and conventional thyristor-based HVDC techniques, the voltage-source converter (VSC) based HVDC technique is commonly considered having promising future for offshore wind energy delivery. However, it also brings new challenges for the power system dynamic stability analysis. One challenge is how to present effectively the overall dynamic behaviours of such large quantity of WPGs; the other challenge is how to design the coordinated control strategies for the wind farm and the VSC-HVDC system together to improve the overall stability performances of the offshore wind energy system.
Ids jΒιβλιοθήκη qsable to reflect the accurate dynamic behaviors of the wind farm. On the other hand, if the wind farm is represented using detailed models for all the WPGs, great computational efforts should be needed for simulation. For the study of dynamic impacts of offshore wind farms on the power systems, the main interests are focused on the overall dynamic responses of the entire wind farm rather than on dynamic behaviors of each WPG. So the dynamic models of wind farm can be simplified to some extent using few equivalent machines to reflect the key characteristics of the system. With these principles, the dynamic aggregated modelling method is proposed. In this method, the WPGs with similar dynamic responses are selected into a so-called coherency group and then they are aggregated as an equivalent machine to present their common dynamic characteristics. This dynamic aggregated modelling method can be divided into three steps and they are described in Section 3.3-3.5. 3.2 Assumptions and simplifications Some assumptions are given for simplifying this dynamic aggregated modelling method: 1) The wind speed always keeps constant in the wind farm for the normal operation of all the WT-DFIGs at the maximum power point; 2) The WTDFIGs connected in the same row are configured with identical parameters; 3) The transformers and transmission lines for the interconnection of the WT-DFIGs are configured with identical parameters; 4) The disturbances are incurred outside the wind farm system. 3.3 Identification of coherency groups During the large disturbances in the power system, similar dynamic responses can be reflected from some generators in the system. Such generators can be selected into a coherency group, and then they are represented using an equivalent machine to not only present their common dynamic characteristics but also to simplify the system¶s dynamic models. For this method, if similar rotor-angle swing responses can be reflected from the generators during large disturbances, these generators can be selected into the coherency group. The criterion for identification of coherency groups is given [4]: (8) Max 'G i (t ) 'G j (t ) d H
Rotor-side Controller
Grid-side Controller
Protections
Fig. 1 The configuration of WT-DFIG system 2.2 Wind turbine model The kinetic energy extracted from air flow by wind turbine is given by: 3 (1) Pm 0.5US R2Vw C p (O , E ) where Pm is the mechanical power of the wind turbine; ȡ is the air density; R is the wind turbine blade radius; Vw is the wind speed; Cp is the power coefficient and it is usually presented as a function of blade pitch angle ȕ and the tip speed ratio[5]. 2.3 Two-mass shaft model