@基于DFIG变频运行的风电场通过VSC- HVDC链接电网

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@基于VSC- HVDC的风电场与电网连接研究

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D and environmental
This work was supported in part by National Natural Science Foundation of China (No. 50877027) and the Fundamental Research Funds for the Central Universities (No. 1OMG04). The authors are all with the School of Electrical and Electronic Engineering, North China Electric Power University,Baoding 071003, Hebei, P.R.China (e-mail: kangjinliang_ncepu@. hfliang@. ligy@,zhouming@,happyleaf7@). 978-l-4244-5940-7/10/$26.00©2010 IEEE
2010 International Conference on Power System Technology
Research on Grid Connection of Wind Farm Based on VSC-HVDC
Jinliang Kang, Haifeng Liang, Member, IEEE, Gengyin Li, Member, IEEE, Ming Zhou, Member, IEEE, and Hua Yang
With the development of power electronics and vector control technology, DFIG has become a mainstream turbine type of megawatt wind turbine in the recent years. In this paper, all wind turbines use DFIG. There are four kinds of topology for VSC-HVDC connection of wind farm in figure. 1. Fig. l(a) shows a single input single output (SISO) two-port topology [6]. This topology is suitable for small-scale wind farm in which wind turbines are concentrative. All wind turbines constitute a single wind turbine group and run at the same wind speed; when the scale of wind farm is large, in order to improve the wind energy capture rate, wind turbines are divided into several groups according to their close geographical location and the almost same wind speed. Each group can run at the different wind speed. Large-scale wind farm can adopt the topology in Fig. 1(b). Fig. 1(b) can be simply treated as multiple SISO VSC-HVDCs in parallel; for large-scale wind farm, multi-port VSC-HVDC topology can also be used, as shown in Fig. 1(c), Fig. 1(d). In the multi input single output (MISO) topology of Fig. l(c) [7]-[8], each wind turbine group can run in their respective average wind speed and wind power will be transmitted into a single grid through only one DC bus. Compared with the topology in Fig. I (b), the topology only requires a DC bus and an inverter. It reduces the number of inverter and the DC line greatly and improves the economics of the system; Fig. l(d) shows a multi input multi output (MIMO) multi-port topology [9]-[11]. The control system of the topology is more complicated. However, it brings greater flexibility and adjustment capacity for large­ scale wind farms. Large-scale wind farm can be connected to several grid or passive load through shared DC bus by MIMO topology. Power flow optimal scheduling can be realized and power system stability can be enhanced.

海上风电经VSC-HVDC并网改进频率控制策略

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。

基于VSC-HVDC的风电场并网控制技术研究的开题报告

基于VSC-HVDC的风电场并网控制技术研究的开题报告

基于VSC-HVDC的风电场并网控制技术研究的开题报告题目:基于VSC-HVDC的风电场并网控制技术研究一、选题的背景和意义随着能源消费需求的增加和环境保护意识的提高,清洁可再生能源逐渐得到广泛应用。

其中,风力发电作为一种成熟的清洁能源,具有风能资源充足、无二氧化碳排放、无噪音污染等优点。

然而,由于风力资源分布不均、输出功率波动大等原因,风电场的并网接入对电网稳定性和电能质量提出了更高的要求。

因此,研究基于VSC-HVDC的风电场并网控制技术,可以有效解决并网接入中出现的电力质量、电压稳定性、谐波伏波等问题,提高风电场的经济性和可靠性。

二、研究的内容和方法本研究主要从以下三个方面展开:1. VSC-HVDC技术理论研究:研究VSC-HVDC技术的基本原理、控制方法及其在电力系统中的应用。

2. 风电场电气化、调节特性研究:研究风机特性、风速对风电场输出功率的影响、电路等电参数的变化等,为后续控制策略的设计提供理论依据。

3. 基于VSC-HVDC的风电场并网控制策略研究:将VSC-HVDC技术应用于风电场的并网接入中,探讨控制策略对电能质量、电压稳定性、功率控制等性能指标的影响,并设计相应的控制算法和仿真实验平台。

四、预期成果及其创新点本研究预期达到以下成果:1. 掌握VSC-HVDC技术的基本原理和控制方法,理论建立VSC-HVDC技术在风电场中的应用模型。

2. 研究风电场并网接入中的电气化及调节特性,为控制策略研究提供理论支持。

3. 利用VSC-HVDC技术设计并实现风电场并网控制策略,通过仿真实验平台验证算法的可行性和优越性。

该研究的创新点主要在于:1. 结合VSC-HVDC技术的优势,将其应用于风电场的并网接入中,提高风电场的经济性和可靠性。

2. 基于电气化及调节特性进行控制策略的设计与优化,提高风电场的响应速度和稳定性。

3. 通过仿真实验平台进行算法验证,提出相应的技术应用方案,具有一定的实际应用价值。

基于VSC-HVDC的DFIG风电场低电压穿越改进控制策略

基于VSC-HVDC的DFIG风电场低电压穿越改进控制策略

基于VSC-HVDC的DFIG风电场低电压穿越改进控制策略李燕青;史依茗【摘要】提出了一种适用于VSC-HVDC系统并网DFIG风电场的低电压穿越控制策略.根据DFIG机组和VSC模型,计算了无功功率极限.传统的Crowbar电路在系统故障时将转子侧换流器(RSC)进行短路,使DFIG风电场失去对系统提供无功功率的能力.提出了改进控制策略,根据电网故障严重程度控制Crowbar电路的动作.根据风电场和VSC-HVDC系统各个换流器的功率极限,提出了输电系统风电场侧换流器(WFVSC)优先的无功功率分配策略,根据电网的无功缺额分配换流器之间的无功出力.使用MATLAB/Simulink平台搭建了仿真系统,对改进控制策略进行了验证.【期刊名称】《电测与仪表》【年(卷),期】2018(055)009【总页数】6页(P58-63)【关键词】VSC-HVDC;DFIG;低电压穿越;无功功率分配【作者】李燕青;史依茗【作者单位】华北电力大学河北省输变电设备安全防御重点实验室,河北保定071003;华北电力大学河北省输变电设备安全防御重点实验室,河北保定071003【正文语种】中文【中图分类】TM761.20 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。

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。

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

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。

直驱风电场经VSC-HVDC并网系统的多频段振荡特性分析

直驱风电场经VSC-HVDC并网系统的多频段振荡特性分析

直驱风电场经VSC-HVDC并网系统的多频段振荡特性分析陈宝平;林涛;陈汝斯;郭紫昱;盛逸标;徐遐龄【摘要】风电、光伏经由高压直流(HVDC)并网外送已经成为可再生能源消纳的理想方案.对于直驱型永磁同步风力发电机组(D-PMSG)经柔性直流输电(VSC-HVDC)技术并网外送系统的多频段振荡(MBO)问题值得深入研究.首先分别建立D-PMSG 与VSC-HVDC的动态模型,并推导两者之间的接口动态方程,进而得到D-PMSG经VSC-HVDC并网外送系统的完整动态模型.基于特征值分析法,发现系统存在低频、次/超同步、高频多频段振荡模式,而这些振荡模式不仅与换流控制器参数有关,还与VSC-HVDC受端电网短路比及直流输电线路参数密切相关.通过PSCAD/EMTDC 进行时域仿真,验证模型与特征值分析结果的正确性.进一步深入研究分析VSC-HVDC受端电网短路比与直流输电线路参数对多频段振荡阻尼特性的影响.结果发现,从调度运行的角度出发,尤其应当监视可能引起短路比过低进而恶化强相关模式阻尼比的运行状态;直流输电线路参数对高频振荡模式影响较大,直流线路过短特别是柔直背靠背的情况应给予关注.【期刊名称】《电工技术学报》【年(卷),期】2018(033)0z1【总页数】9页(P176-184)【关键词】风电;柔性直流输电;多频段振荡;直驱永磁同步发电机;接口动态方程【作者】陈宝平;林涛;陈汝斯;郭紫昱;盛逸标;徐遐龄【作者单位】武汉大学电气工程学院武汉 430072;武汉大学电气工程学院武汉430072;武汉大学电气工程学院武汉 430072;武汉大学电气工程学院武汉430072;武汉大学电气工程学院武汉 430072;国家电网公司华中分部武汉430077【正文语种】中文【中图分类】TM61421世纪以来,光伏、风电等可再生能源大量接入电网,特别是随着风电渗透率的日益提高,使得电网的运行特性更加复杂,风电与电网之间相互作用而引发的新型次同步振荡(Sub-Sybchronous Oscillatory, SubSO),即次同步控制相互作用(Subsynchronous Control Interaction, SSCI),严重影响电网的安全稳定运行[1,2]。

海上DFIG风电场的VSC-HVDC控制策略

海上DFIG风电场的VSC-HVDC控制策略

海上DFIG风电场的VSC-HVDC控制策略王辉;汪小;饶志蒙【摘要】电压源换流站的柔性直流输电(VSC-HVDC)是理想的风电场电能输电方式.分析了双馈发电机(DFIG)和VSC-HVDC系统在dq轴旋转坐标系下的暂态数学模型,并结合风电场自身特点对两端换流站提出了控制策略.首先,风电场侧的换流站控制系统输出的交流母线电压幅值和相位稳定,采用定交流电压控制,并通过补偿量的设计有效抑制了风电场风速变化导致的电压波动,使风电场工作于稳定状态.电网侧的换流站控制系统直流电压稳定,内环电流控制器采用反馈线性化思想使控制系统化为线性,并实现对dq轴电流的解耦控制,提高了控制器性能.最后,基于数字仿真验证了控制策略.结果表明其控制策略具有良好的控制效果.【期刊名称】《电力系统及其自动化学报》【年(卷),期】2015(027)011【总页数】7页(P80-86)【关键词】风电场;数学模型;电压源换流站;控制策略;仿真【作者】王辉;汪小;饶志蒙【作者单位】湖南大学电气与信息工程学院,长沙410082;湖南大学电气与信息工程学院,长沙410082;湖南大学电气与信息工程学院,长沙410082【正文语种】中文【中图分类】TM723海上风电工程中,风力发电机组一般都是远离海岸线。

通过传统的交流输电时,系统会吸收大量无功功率,需要设计无功补偿,增加成本且影响其风电传输效率,而基于电压源换流器的高压直流输电技术VSC-HVDC(voltage source converterhigh voltage direct current)发展迅速。

风电场采用VSC-HVDC可提供独立的有功及无功控制,对输电线路无需无功补偿;在潮流反转时保持直流电压极性不变,滤波容量小;且能提供电压支撑作用,大幅提升风电场在发生故障情况下的低电压穿越能力,同时改善风电场对系统的抗干扰能力,因此,风电场越来越多地选择VSC-HVDC传输并网[1-3]。

基于VSC-HVDC风电场联网及其对HVDC稳定性研究的开题报告

基于VSC-HVDC风电场联网及其对HVDC稳定性研究的开题报告

基于VSC-HVDC风电场联网及其对HVDC稳定性研究的开题报告一、研究背景随着风能产业的快速发展,越来越多的海上和陆上风电场建成并投入使用。

而传统的交流输电网络已经难以满足远距离、大容量的能源传输需求,直流输电技术逐渐成为解决这一问题的主要手段。

VSC-HVDC(可控硅换流器-高压直流)技术作为一种新型直流输电技术,在风电场联网集成领域具有广阔的应用前景。

然而,由于风电场的出力具有不确定性和随机性,因此稳定性问题也成为VSC-HVDC风电场联网中需要解决的一个关键问题。

二、研究内容和目标本研究将以VSC-HVDC技术为基础,探讨其在风电场联网中的应用及其对HVDC稳定性的影响,具体研究内容包括:1. VSC-HVDC技术的基本原理和特点,以及其在风电场联网中的应用。

2. 基于VSC-HVDC技术的风电场联网控制策略,包括有功和无功控制等。

3. 风电场出力的不确定性和随机性分析,及其对VSC-HVDC稳定性的影响。

4. VSC-HVDC风电场联网的稳定性分析和评估方法,包括传统的稳定性分析方法和新型稳定性评估方法的比较和探讨。

5. 案例分析和仿真验证,通过仿真实验对研究结果进行验证和分析。

本研究旨在探讨VSC-HVDC技术在风电场联网中的应用及其对HVDC稳定性的影响,提出一种针对VSC-HVDC风电场联网的稳定性分析和评估方法,为风电场联网的可靠、高效运行提供理论和技术支持。

三、研究方法和技术路线本研究采用文献资料法、数学模型建立和仿真模拟等方法,以风电场联网中的VSC-HVDC技术为基础,探讨其在风电场联网中的应用及其对HVDC稳定性的影响,具体技术路线如下:1. 文献调研和摘要,了解VSC-HVDC技术的基本原理和特点,以及其在风电场联网中的应用。

2. 建立VSC-HVDC风电场联网控制策略的数学模型,包括有功和无功控制等。

3. 分析风电场出力的不确定性和随机性,以及其对VSC-HVDC稳定性的影响,建立稳定性评估的数学模型。

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differs in their converter technology. Conventional HVDC transmission using line-commutated thyristor valves is characterized by very high transmission voltage and power. and it also has low transmission losses. On the other hand it has some restrictions. Due to the low degree of controllability and the converter’s reactive power consumption, weak networks cannot be connected to this system. Voltage source converter (VSC) based HVDC transmission, using self-commutated valves (IGBTs, IGCTs and GTOs) is only available for low voltage and power ratings. It is more expensive and has high transmission losses [3]. But there are also some significant advantages, which make it suitable for the connection of off-shore wind farms: • Independent and fast control of active and reactive power • Contribution to voltage stability and transient stability of the connected AC networks through AC voltage control • Black start capability • Connection to weak or even passive networks is possible • Power flow direction can be changed instantly • Smaller footprint of the converter stations requires smaller offshore platforms • Variable Frequency operation in the wind farm grid offers new control options for the connected wind turbines Additionally, new soft-switching topologies for VSC-based HVDC can significantly reduce the converter losses and make this kind of transmission more economical and reliable [4]. The operation of a wind farm connected to a VSC-based HVDC differs from that of the wind farms connected through conventional AC transmission. This paper describes a new approach for the coordinated control of the HVDC system and the connected wind turbines equipped with doubly-fed induction generators (DFIG). Since VSC-based HVDC and DFIG are well-known technologies, several control strategies have been developed. In this paper the state of the art controls are used and slightly modified for coordinated control at variable frequency in the wind farm grid. A sliding frequency can be used to extend the speed variability of the connected wind turbines and to improve their wind power usage. There are some approaches using this option for wind farms consisting of squirrel cage induction machine (SCIM)
C.Feltes is with the University Duisburg-Essen, 47057 Duisburg, Germany, (email: christian.feltes@uni-duisburg-essen.de). I. Erlich is with the University Duisburg-Essen, 47057 Duisburg, Germany, (email: istvan.erlich@uni-duisburg-essen.de).
1-4244-1298-6/07/$25.00 ©2007 IEEE.
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based wind turbines [5], [6]. But in a large offshore wind farm the distribution of the turbines over a wide area and the resulting differenБайду номын сангаасes in wind speed make it difficult to utilize the frequency control for a real power enhancement. The frequency control can only track a group optimum, which may be far away from the individual optima of the wind turbines. Additionally, saturation effects of the generators and transformers for low frequency as well as field weakening effects for high frequency further limit the resulting speed range. DFIG based wind turbines are already designed for variable speed operation and their control aims to adjust the generator speed to the point of best wind power usage within their speed limits. The speed range of a DFIG is determined by the converter rating and is typically about ±30% of the synchronous speed. Fig. 1 shows a typical tracking characteristic of a DFIG wind turbine. It is obvious, that the real tracking curve is far away from optimal tracking due to limited speed range.
1
Variable Frequency Operation of DFIG based Wind Farms connected to the Grid through VSC-HVDC Link
C. Feltes and I. Erlich, Senior Member, IEEE
Abstract--High voltage DC transmission using voltage source converters is a quite new technology for the interconnection of offshore wind farms. It facilitates variable frequency operation in the wind farm grid, which can be used for improving the performance of the wind turbines. In this paper a new approach for the coordinated control of voltage source converter based HVDC and wind turbines equipped with doubly-fed induction generators is introduced. Variable frequency can be used to reduce the machine slip. Thus a lower rated converter is sufficient for the same speed range. Alternatively, the sliplimiting operation can be used for extending the speed range while keeping the converter rating at the same level. The basics of variable frequency operation of doubly-fed induction generators are discussed, and the performance is evaluated by a simulation model in MATLAB/Simulink. Index Terms—Wind power, control system, coordinated control, doubly-fed induction generator, VSC-based HVDC.
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