适应并离网模式切换的DFIG电磁暂态仿真建模

目前,常用的商业仿真软件中的双馈式感应发电机(double-fed Induction Generator,DFIG)模型通常不支持离网运行模式,难以实现风力发电系统由离网到并网的全过程电磁暂态仿真,对电力系统仿真分析工作带来极大不便。研究适应并离网模式切换的DFIG电磁暂态仿真建模方法。基于模块化思想分别对风力机、异步电机、变流器以及断路器进行建模,在系统组装形成DFIG风力发电系统电磁暂态仿真模型。提出了适应并离网模式切换的DFIG受控源等效电路模型和离散时间域实现方法,通过设计状态变量矩阵元素的截取和扩充算法实现了模型在并离网模式下的无缝衔接。在MATLAB/Simulink中搭建DFIG发电系统模型对所提方法和模型进行验证,仿真结果表明,所提建模方法能够很好地支持DFIG离网运行模式,实现DFIG由离网到并网的全过程电磁暂态仿真。

一种多地DFIG联动控制的多馈入受端系统连续换相失败抑制策略

我国沿海负荷中心呈现直流多馈入的结构特征,海上风电的大规模开发使得系统在非正常工况下容易诱发次同步振荡,电压的快速波动可能会造成连续换相。针对该现象进行机理分析,通过优化双馈风电机组(doubly fed induction generator,DFIG)的控制方法,有效抑制了次同步振荡。同时,针对不同区域风电场调节能力差异,通过关联各直流落点的多馈入交互作用因子(multi-infeed interaction factor,MIIF),充分调动不同区域风电场的补偿能力抬升系统电压。该方法有效地抑制直流多馈入系统的异地连续换相失败。最后,通过PSCAD仿真对比验证所提策略的有效性。

基于DFIG无功优化控制的直流换相失败暂态过电压抑制

当高压直流系统发生换相失败时,送端电网电压呈现“先低后高”连续变化的特征,风电机组动态控制不佳,严重时会造成脱网。为克服传统国标控制策略未考虑电压连续变化特征下的控制“空白区”问题,揭示了换相失败暂态过电压的形成机理并分析了其暂态形态特性;在传统国标控制策略的基础上,引入无功电流系数细化电流指令并利用转子侧换流器进行优先分配,确定了基于双馈感应发电机(DFIG)无功优化的故障穿越控制策略。基于MATLAB/Simulink仿真平台对所提控制策略进行验证。结果表明相较于传统国标控制策略,所提控制策略能够进一步抑制换相失败恢复阶段的暂态过电压现象。

基于撬棍电路与自适应控制策略的DFIG低压穿越系统研究

针对异步双馈风力发电机(DFIG)因出现故障而导致并网系统产生安全问题,该文从实际需求出发,提出了基于撬棍电路与自适应控制策略的DFIG低压穿越系统设计方案,重点采用电子机械技术、控制策略技术对DFIG系统进行了数学模型建立,并对基本的异步双馈风力发电机的数学模型进行了改造,加入了撬棍电路与自适应控制策略,然后通过实验验证了系统的完整性和准确性,从而解决了模型的组合问题。同时,在后续实验时发现了低压穿越问题,而加入撬棍电路可以实现电路保护与自适应控制策略的预测,从而达到解决低压穿越问题的目的。此双策略系统为并网系统安全性的提升贡献了力量。

DFIG-PSS附加阻尼转矩解析表达和安装位置比较

在双馈异步发电机(DFIG)中配置电力系统稳定器(PSS),有助于增强电力系统阻尼振荡的能力。基于DFIG详细模型,建立含DFIG电力系统传递函数,得到以DFIG转速为输入的DFIG附加转矩解析表达。利用附加转矩幅值和相角,分析DFIG提供给区间模式阻尼转矩的大小和性质,整定DFIG-PSS参数。考虑DFIG-PSS安装在转子侧变流器(RSC)或网侧变流器(GSC),分析安装位置对阻尼振荡能力的影响。算例分析验证了所提附加转矩解析表达的正确性。当DFIG-PSS安装在RSC时,对区间模式振荡幅值改善效果较好;DFIG-PSS安装在GSC时,对区间模式振荡收敛速度改善效果较好。

基于系统最大频率偏差的DFIG自适应下垂控制策略

针对现有双馈异步风力发电机组(DFIG)调频策略无法兼顾发挥调频潜力与保障自身调频运行安全稳定的问题,提出一种基于系统最大频率偏差的DFIG自适应下垂控制策略。首先,搭建DFIG的风能捕获模型,明确最大功率跟踪运行机理;然后,引入模糊控制对现有下垂控制中的控制增益进行改进,使DFIG在保障自身运行稳定的情况下实时调整调频增发功率,以改善系统频率跌落;最后,在Matlab/Simulink中搭建电力仿真系统模型,验证所提策略的有效性。算例分析表明,所提策略在不同工况下均可充分发挥DFIG自身调频潜力,减少系统最大频率偏差。

不平衡电压下的DFIG模型预测直接功率控制

为提高双馈风力发电机在不平衡电网电压工况下的运行性能,提出一种扩张状态观测器与模型预测控制相结合的直接功率控制策略。首先,采用扩张状态观测器对系统中因负序分量引起的不确定项、模型误差及外部扰动等不确定因素进行参数估计。然后,结合模型预测控制理论建立双馈风力发电机模型预测直接功率控制数学模型。最后,针对不平衡电网电压下的功率振荡分量讨论功率优化补偿方案。仿真结果验证了所提方法的有效性。

基于LESO的DFIG-GSC反馈线性化直接功率控制

为了提高双馈风力发电机网侧变换器(DFIG-GSC)这个强耦合非线性系统的性能,提出了一种反馈线性化直接功率控制策略。首先在αβ坐标系下建立以有功功率、无功功率为变量的DFIG-GSC的数学模型,针对模型中的强耦合项采用反馈线性化进行解耦,得到其线性模型,再结合滑模控制理论设计出功率内环的控制律。由于功率内环控制律中未建模部分和不确定因素会对控制效果产生影响,采用线性扩张状态观测器对其进行观测并对其控制量进行修正。同时电压外环采用滑模控制来提高直流侧电压的响应速度。最后搭建仿真模型与传统PI控制以及直接功率控制进行比较,验证了所提控制策略的合理性和有效性。

VSCF-DFIG在电压瞬间跌落情况下的应对策略

变速恒频(VSCF)双馈感应发电机(DFIG)在电网电压跌落的情况下,通过连接在转子绕组上的电阻来为电压跌落期间在转子侧产生的浪涌电流提供一条通路,从而达到限制转子回路最大电流的目的。在电网需要时,快速向电网提供无功功率,调节电网电压和稳定弱电网。通过保持系统稳定性,减少电压崩溃的危险,降低电网解列的影响。所有结果通过了仿真验证。

电网电压不对称故障条件下DFIG风电机组控制策略

提出了一种可应用于双馈异步发电机(DFIG)转子侧变换器的新型电流控制器,即双dq-PI转子电流调节器。在电网电压不对称故障条件下,该电流调节器可对DFIG的转子电流正、负序分量同时进行控制。推导了电网电压不对称故障条件下DFIG的数学模型,根据风力发电机在电网电压不对称故障条件下的运行规程,提出了4种控制目标,同时基于正序定子电压定向简化并得到了转子电流调节器的正、负序电流参考给定量。在一台额定功率为10kW的DFIG实验机组上,对所提出的转子电流控制器进行了实验验证,结果表明基于该控制器的控制方案可大大改善DFIG系统在电网电压不对称故障条件下的运行性能,提高系统的故障穿越能力。

采用串联网侧变换器的DFIG风电系统低电压穿越控制

双馈感应发电机(DFIG)因其对电网故障的敏感性,其低电压穿越运行控制技术备受关注。文中针对定子侧加装串联网侧变换器的新型DFIG风电系统,详细研究了其低电压穿越运行特性,提出了一种适用于新拓扑下发电系统的运行控制方案:通过控制串联网侧变换器抑制定子磁链暂态直流分量及电网电压负序分量对发电机转子侧的不良影响;通过控制转子侧变换器进一步限制故障时发电机的定、转子电流,从而实现发电系统的低电压穿越运行。仿真结果表明:采用所提出的控制方案,可实现电网故障时DFIG风电系统的零电压穿越运行;采用新拓扑的DFIG风电系统具有优良的电网对称及非对称短路故障穿越能力。

ESA对DFIG风电场并网系统静态电压稳定性影响

针对双馈式风电场接入电网影响原有电力系统静态电压稳定的问题.采用潮流方程雅可比矩阵的特征结构分析法(ESA),结合相关节点的参与程度和系统的静态电压稳定裕度,给出了正常负荷下的弱稳定区和极限负荷下的失稳区.风电场并网的简化模型在标准IEEE39节点测试系统进行仿真分析.研究结果表明:接入风电场后系统的静态稳定裕度降低,弱稳定区域扩大;风电场的接入使得系统的负荷裕度降低,但不影响失稳区和失稳模式;随着风电场有功出力的减小,风电场所在节点的参与因子逐渐增大,系统的静态稳定裕度逐渐减小,风电场所在节点逐渐成为影响系统电压稳定的关键节点.

基于锥互补法的crowbar投入DFIG风电机群电磁暂态等值

为降低对大规模风电机群故障暂态仿真计算量,首先给出同步坐标系crowbar投入DFIG风电机组及其机群状态空间模型。其次,基于H?范数最优化动态降阶方法,提出DFIG风电机群等值问题。对参数及运行状态各不相同DFIG机群,在降低原模型状态量数量的同时,实现阶系统与原模型故障电气量输出范数误差极小化。进一步,采用CCA算法将降阶等值转化为非凸优化问题,求解降阶等值模型。最后,针对非平衡初始状态,给出了等值模型初值的计算方法。仿真结果表明等值计算方法能够在有效实现降阶等值的同时,定量给出等值模型范数误差。

适用于DFIG连接到直流微网的双变换器设计与实现

针对双馈感应式发电机DFIG(doubly-fed induction generator)-DC连接系统电流谐波严重、双VSI连接系统损耗大等问题,设计了1种将三相DFIG连接到直流微电网的新型双变换器连接系统。首先,详细阐述了双变换器连接系统的拓扑结构、脉宽调制PWM(pulse-width modulation)测量和DFIG模型等工作原理。与传统连接系统不同,所提连接系统采用开放端绕组结构,在定子绕组的每一侧使用1个三桥臂整流器,这些桥臂通常由绝缘栅双极晶体管IGBT(insulated gate bipolar transistor)组成,为了减少控制开关的数量和降低成本,采用二极管替代了1个整流器中的IGBT;然后,给出了新型拓扑结构下SSC和RSC的控制策略;接着,与DFIG-DC连接系统和双VSI连接系统在电流谐波畸变、转矩脉动和半导体损耗等方面进行了仿真比较,说明所提方法优越性;最后,针对0.56 kW DFIG进行实验验证,结果表明了所提方法在损耗、谐波以及转矩脉动的优势。

计及滤波电路损耗和多重限制的DFIG无功极限计算

风电机组的无功控制可极大提高风电场的灵活性,准确求取无功控制安全运行域不仅可以为各种控制策略的实现提供可靠边界,还可以减少无功补偿装置投资。文中以目前的主流机型——双馈感应发电机(DFIG)为研究对象,建立了其dq旋转坐标系下的数学模型。在此基础上,结合矢量控制的定向方式,对定子无功极限,考虑转子侧变流器(RSC)容量、RSC运行电流以及DFIG容量3个限制因素;对网侧变流器(GSC)与电网交换的无功,考虑GSC容量和最大运行电流2个限制因素,推导了计及网侧滤波电感无功损耗的无功极限解析式。最后,时域仿真验证了解析式的正确性,基于算例参数的仿真结果表明,计及网侧滤波电感损耗最大能避免总无功出力8%的误差,DFIG无功极限计算需要综合考虑多重限制因素。

DFIG与VSC-HVDC协同参与电网调频的动态潮流算法

针对双馈感应发电机(doubly-fed induction generator,DFIG)经电压源变流器–高压直流(voltagesourceconverterhigh voltage direct current,VSC-HVDC)并网,基于"主网频率-直流电压-风电场"串级下垂控制调频策略,建立DFIG经VSC-HVDC参与系统一次调频的动态潮流模型,用于量化DFIG备用与直流电容虚拟惯量协同控制下电网频率响应。计及DFIG有功备用,在直流电压限制范围内,提出直流电容虚拟惯性时间常数的取值上限。考虑调频过程中DFIG转速变化,提出基于转子动能的DFIG惯性时间常数动态修正算法,提高动态潮流结果精度。算例验证了所提算法分析DFIG与VSC-HVDC协同电网调频能力的可行性,证实计及DFIG参与调频的直流电容虚拟惯性时间常数最大取值可提升交流系统惯性水平;DFIG等效惯性时间常数修正算法符合其动态调频特性。

DFIG风电场与D-STATCOM无功协调控制研究

提出了一种利用配电网静止同步补偿器(D-STATCOM)和双馈异步风电场(DFIG)对风电并网点进行无功协调控制的策略。该控制策略考虑了DFIG风电场的无功功率极限,结合D-STATCOM快速补偿的特点,将并网点的无功需求在两者之间进行合理分配,满足并网点快速、准确的无功补偿要求。仿真结果表明,由DFIG风电场和D-STATCOM组成的联合无功控制系统可以根据该控制策略在风速波动以及电压跌落时实现无功补偿,校正功率因数,并能稳定并网点电压,保证系统的稳定性。

IP调节下DFIG解耦控制的建模与仿真

为了准确分析双馈发电机(DFIG)功率的解耦控制,针对实验室容量为4.5kW的小型双馈发电机,运用了一种IP(PI控制器的改进形式)电流内环和电压外环的控制来实现解耦控制。在M-T坐标系下搭建了有功功率和无功功率的解耦控制的数学模型,并利用Matlab/Simulink软件对其数学模型进行了仿真,得出了系统相应的电压、电流、功率的仿真曲线;然后根据相应的参数进行实验并与仿真结果相比较,其实验结果与仿真结果的吻合性反映了该模型符合双馈发电机功率解耦的实际运行特性,从而证明了该数学模型的有效性与实用性,为双馈发电机在解耦控制的设计上提供了有效的控制方案。

风电系统振荡模式对DFIG-PSS传递函数的灵敏度分析

在双馈感应风电机组(DFIG)上装设电力系统稳定器(PSS),有助于抑制电网低频振荡。建立含DFIG-PSS传递函数的风电系统状态方程,提出振荡模式对DFIG-PSS传递函数灵敏度的解析表达。考虑传递函数非线性,提出将特征值增量引入传递函数增量并迭代运算以提高传递函数灵敏度精度。为抑制振荡模式,利用传递函数灵敏度优化DFIG-PSS参数。结果表明:相比特征值对控制参数的灵敏度,对传递函数灵敏度可更准确分析模式变化;引入特征值增量减小了传递函数灵敏度的误差;基于传递函数灵敏度优化的DFIG-PSS能有效抑制低频振荡。

基于电流衰减因子的含DFIG配电线路保护方案

双馈感应风力发电机高渗透地分散并入配电网,呈现出与传统电源不同的电磁暂态特性,使得配电线路常规保护难以适应。该文首先推导双馈风机暂态电流表达式,据此分析配电线路区内、外故障时线路两端短路电流在衰减方面的特征差异。提出基于电流衰减因子的含双馈风机配电线路保护新原理,并通过Prony算法构造线路保护实用判据。以某10kV地方电网分散接入双馈风电示范性工程为原型,构建PSCAD仿真模型。大量测试结果表明:所提线路保护方法在不同故障类型、故障位置、风机容量等条件下能可靠地判别被保护线路的区内外故障,且灵敏度较高。