基于混沌粒子群的双馈风电机组LVRT实测建模及暂态参数辨识

高准确度仿真模型是进行大规模风电并网暂态稳定分析的基础,然而双馈风电机组(DFIG)控制策略与参数属于技术秘密难以获取,模型仿真准确性难以保证。针对DFIG故障暂态精确建模难题,提出了基于实测数据的DFIG建模及参数辨识方法。首先,基于电力系统综合稳定程序(PSASP)中DFIG模型及控制结构,建立低电压穿越(LVRT)控制数学模型并分析故障暂态过程,明确LVRT暂态控制核心参数。其次,基于DFIG的LVRT部分现场实测工况数据,利用混沌粒子群算法实现了DFIG故障暂态控制参数辨识。最后,基于剩余实测工况数据进行辨识参数准确性分析与校验,仿真验证了所提参数辨识方法的有效性及准确性。所提方法辨识结果泛化能力强、准确度高,具有较高的工程应用价值。

考虑运行经济性与安全性的风电场功率模型预测优化控制

首先介绍风电场功率控制构架及功率控制过程,基于风电场各控制对象动态特性分析,构建模型预测控制用风电场功率控制线性化模型。在此基础上,以风电机组传动链机械载荷、场站功率跟踪偏差和损耗最小为优化目标,提出一种风电场有功/无功模型预测协调优化控制方法,设计目标函数及约束条件。最后,在Matlab/Simulink中建立风电场仿真模型,仿真结果表明所提控制策略能够在准确跟随电网调度下发的发电任务和电压指令的同时,可减小风电场有功和无功损耗、降低各机组传动链疲劳载荷,可提升风电运行安全性与经济性。

风电网源波动对并网点等值阻抗估计影响及电网阻抗在线辨识

风电等新能源发电并网性能对电网强度较为敏感,作为衡量新能源场站接入点电网强度的重要指标,风电场并网点电网侧的戴维南等值阻抗在线辨识对风电稳定运行风险评估及策略优化意义重大。首先介绍了戴维南等值阻抗估计原理,揭示了网源两侧波动对等值阻抗辨识精度的影响与变化规律,明确了实现等值阻抗准确辨识及在线应用的波动数据筛选原则。在此基础上,设计了测量点电压相量和功率波动信息相融合的数据筛选指标,提出了网源数据波动特征筛选与等值阻抗线性关系描述相结合的电网阻抗的在线辨识方法,有效克服了复杂网源条件下等值阻抗辨识误差大的问题。最后通过仿真和现场实测数据证明了理论分析与所提方法的准确性与有效性。

大容量永磁同步风电机组系统谐振与抑制策略

风电机组变流器是变速恒频风电机组的核心部件,变流器电网侧滤波器在保证良好并网特性的同时也给系统带来了谐振稳定性问题。基于风电机组变流器网侧滤波器动态特性进行分析,揭示了风电机组谐振机理,提出了虚拟变阻尼谐振抑制策略。在MATLAB/Simulink中建立了2.0 MW直驱型永磁同步风电机组仿真模型,实现了风电机组谐振与抑制的全过程仿真。利用电网谐波发生模拟装置,首次在2.0 MW永磁直驱风电机组上进行了机组谐振与抑制现场试验。仿真与现场试验证明了理论分析的正确性与谐振抑制策略的有效性,对实际运行时风电机组的谐振问题和风电机组变流器设计具有指导意义。

风电机组传动链柔性建模及电网故障响应特性研究

针对风电机组动态特性研究中传动链模型过于简化及对电网故障动态响应特性不足或缺失的问题。综合考虑风电机组传动链各部分的惯量、旋转阻尼、刚度特性等,采用弹簧阻尼质量建模方法,建立风电机组柔性传动链模型,分析说明柔性传动链的二阶欠阻尼系统本质及在电网故障过程中可能存在的扭矩振荡问题。首次考虑传动链柔性特性进行风电机组电网故障动态响应特性系统仿真研究,仿真结果验证理论分析的正确性。并在1.5 MW大容量风电机组上进行现场试验研究,试验结果有力支持了理论分析和仿真结果。

基于PC测量仪器的风电机组电能质量测试系统

风电机组的电能质量测试不同于传统负荷的电能质量测试,需要排除电网特性和其他负荷的影响,并考虑不同风速对测试结果的影响,目前常规的电能质量测试仪器无法完成测试。风电机组电能质量测试系统选择高性能的PC测量仪器作为硬件采集平台,通过搭建虚拟电网排除电网结构及其他负荷产生的影响,采用适合风电机组的数字化闪变仪算法实现了风电机组的电能质量测试。测试系统通过对典型风电机组实际测试,证明测试系统完全能够满足风电机组电能质量测试标准IEC61400-21的要求。

考虑转子电压电流耦合全补偿的双馈感应发电机改进PI-R电流控制策略

对电网谐波环境下基于PI-R电流控制器的双馈感应发电机(DFIG)控制策略进行了改进。建立了计及电网谐波的DFIG动态模型,分析了电网谐波环境下实现DFIG控制的常用方法。针对常用控制策略中未考虑DFIG转子谐波电压和谐波电流之间耦合的问题,提出了相应的改进方法,即通过对转子谐波电压和谐波电流间的交叉耦合进行补偿,实现了快速动态解耦控制,改善了控制性能。给出了考虑转子谐波电压电流耦合补偿的PI-R电流控制器设计方法。在PSCAD/EMTDC上进行了仿真,验证了改进方案的正确性和有效性。仿真证明,所提出的改进策略在保留PI-R控制器对交、直流量实现无静差控制特性及其良好的频率选择性的同时,更加有效地抑制了电网谐波对DFIG转子电流畸变和功率脉动的影响,进一步提升了电能质量。

电压源型构网风电机组研究现状及展望

电压源型构网控制赋予风电机组建立和支撑电压的能力,有望助力碳中和目标和新型电力系统目标的实现。该文综述电压源型构网风电机组的研究现状:首先,介绍当前应用于风电机组的几种典型电压源型构网控制策略;进而,分别针对当前主流的风电机组类型,从变流器系统的协调控制角度,阐述电压源型构网控制的实现方案;在此基础上,从频率稳定、小干扰并网稳定和暂态稳定3个方面,对电压源型构网风电机组的稳定性相关研究进行讨论;最后,总结电压源型构网风电机组的应用现状,并对其研究前景与挑战进行展望。

基于电压源型和电流源型双馈风电机组稳定性对比分析

随着风电机组装机容量的增加,风电在弱电网下的稳定运行问题日益严重。双馈感应发电机(doubly-fed induction generator,DFIG)机侧采用电压源型控制方式相较于电流源型控制方式,具有主动提供频率和电压支撑的能力,从而受到广泛的关注。鉴于此,首先根据电压源型DFIG系统和电流源型DFIG系统的控制结构建立机侧序阻抗模型,并进行了对比分析。然后研究了电网强度和控制参数对两种系统的稳定性影响,得出电压源型DFIG系统在弱网下具有较好适应能力,以及良好的控制参数适配特性。最后,通过仿真和实验验证了上述分析的正确性。

一种双馈风电机组一次调频协调控制策略研究

针对风电机组不主动参与系统一次调频的问题,分析风电机组转子动能控制与桨距角调频的控制原理与技术特点,利用2种调频方式在响应与支撑时间上的互补关系,提出一种转子动能与桨距角协调控制的组合调频方法,优化限功率状态下风电机组一次调频性能。设计风电机组一次调频曲线,并进行一次调频控制系统设计。搭建某2.0 MW双馈风电机组Bladed+Matlab联合仿真模型,进行一次调频全过程动态仿真,验证控制策略的正确性与有效性。在2.0 MW大容量机组上进行现场试验研究,试验结果支持理论分析和仿真结果。

永磁电机气隙磁场的解析分析

提出了一种永磁电机气隙磁场分析的解析法。实验结果验证了本文解析法的正确性。该方法简便实用 。

风电机组低电压穿越过程机械载荷特性研究

分析电网电压跌落引起风电机组各主要结构部件机械载荷变化的应力传递过程,通过建立风电机组电气-机械联合仿真模型,仿真研究低电压穿越过程对机械载荷特性的影响。基于低电压穿越期间载荷测试数据,分析低电压穿越期间塔筒机械载荷及其疲劳损伤情况。研究结果表明,低电压穿越过程对风电机组机械载荷特性具有重要影响,尤其是当风力发电机组不具备低电压穿越能力而导致风电机组脱网时。

笼型异步风电机组低电压穿越改造方案的比较研究

随着我国风电装机容量的不断扩大,风电场具备低电压穿越能力已成为其并网发电的必要条件,而传统的笼型异步风电机组本身并不具备低电压穿越能力。提出了对不同改造方案的基本评价标准,总结并分析了几种笼型异步风电机组低电压穿越改造方案,并对其中几种可行性较高的方案进行了仿真研究。仿真结果显示,利用动态无功补偿器方案或改进型功率逆变方案都可以实现风电机组的低电压穿越功能。最后利用移动式低电压穿越检测设备对改进型功率逆变方案进行了现场测试,测试结果与仿真结果一致,证明了改造方案的有效性。

MW级风力发电机组载荷测试方法研究

风力发电机组塔筒屈曲、叶片折断的主要原因是风力发电机组的实际载荷过大、疲劳强度不够等。为了避免此类情况发生,需要对风力发电机组的载荷情况进行测试。风力发电机组载荷测试是风力发电机组型式试验之一。风力发电机组各个部件的载荷直接影响到风电机组的寿命与安全。载荷测试可以让风电机组制造商与风电场运营商了解风力发电机组在不同的载荷工况下各个部件的结构响应情况。基于IEC 61400-13标准,介绍了一种风力发电机组载荷测试方法,并给出了部分测试结果。测试结果表明,该测试方法的精度可以满足相关标准的要求。

风力发电机组载荷测试叶根弯矩信号标定方法研究

风力发电机组载荷测试是涉及到风电机组寿命与安全的、重要的型式认证试验项目之一。载荷测试的主要内容是对风电机组塔筒、主轴、叶片等主要结构部件的弯矩(扭矩)进行测试。叶根弯矩测试采用传统的粘贴应变片和搭建惠斯通电桥的方式。由于叶片本身结构及材料特性复杂,因此传统的旁路电阻标定的方法不适用于叶片根部弯矩信号的标定。结合实际测试项目,文章介绍了几种常用的叶片根部弯矩信号标定方法,并分析了各自的特点。

基于风力发电机组载荷测试的设计载荷验证

根据风力发电机组型式认证及试验相关要求,介绍了一种应用风力发电机组载荷测试方法对仿真设计进行验证的实例。结合实际测试的外部条件,如风速、风向、温度、气压等以及风力发电机组本身的电气模型,运用BLADED软件进行计算与仿真,得到启机、正常停机、脱网、超速等不同工况下的载荷仿真结果。通过仿真结果与测试结果的对比,验证风力发电机组的设计载荷。同时,通过比较20年疲劳载荷谱,可以对风力发电机组的使用寿命与安全性进行确认,该研究对于优化风力发电机组的载荷设计具有重要意义。

双馈风电机组孤岛机理与防孤岛保护试验

通过风电机组孤岛运行特性分析,揭示了风电机组孤岛运行功率不匹配度与公共连接点(PCC)处电压与频率的关系,进行了功率扰动灵敏度定量分析;提出了无功功率-频率反馈和有功功率-电压反馈控制相结合的综合功率扰动孤岛检测法,并进行了双馈风电机组综合功率扰动孤岛检测控制环设计。所提方法具有无检测盲区、检测速度快、可靠性高等特点。通过MATLAB/Simulink仿真实现了双馈风电机组综合功率扰动孤岛检测全过程仿真;并利用RLC负荷模拟设备在2.5 MW大容量双馈风电机组上进行了防孤岛保护现场试验,结果证明了利用所提方法可有效检测风电机组孤岛运行。

风电机组功率特性和载荷测试场地标定方法

场地标定是量化地形对功率特性测试及载荷测试影响的一种手段。详细介绍了场地标定的具体方法,并以某风场场地标定的数据为例进行了数据处理与分析,最后综合场地标定的结果,得到了功率特性及载荷测试的最终可用扇区。

双馈风电机组叶片变化对低电压穿越性能的影响研究

风电机组的低电压穿越能力主要采用现场测试的方式考核。由于同种类型和容量的风电机组通常采用多种长度的叶片配置,在其中一种叶片长度的机组完成低电压穿越测试后,是否必须对其它叶片长度的机组进行重新检测是目前制造商和检测机构面临的问题。针对该问题,文章首先分析了不同的风轮直径引起风电机组低电压穿越过程中机械功率、发电机转速、桨距角、有功功率和无功功率等状态量的变化,提出风轮直径变化对机组各部件低电压穿越特性的影响程度;其次,采用Bladed与Matlab联合仿真模型,在与实测数据对比校验其仿真准确性后,通过设置Bladed模型中详细的叶片、传动链等机械参数,仿真对比不同风轮直径的风电机组各环节状态变量的区别,验证了理论分析的有效性;最后,以77 m和82 m风轮直径的1.5 MW风电机组低电压穿越测试数据进行对比分析,进一步验证了理论分析和仿真结果的正确性。研究表明,在一种叶片长度的双馈风电机组完成低电压穿越检测后,采用其他长度叶片的风电机组可通过模型仿真方式对其低电压穿越性能进行分析和评估。

电气化铁路对风电场的影响

电气化铁路牵引负荷是单相冲击性负荷,对供电电网和邻近的电气设备会产生很大影响。风电机组由于广泛采用电力电子设备,抗扰动能力较弱,因此容易受到电气化铁路牵引负荷的影响。本文通过对实际测试数据的分析,从机理上阐述了电气化铁路影响风电场和风电机组运行的原因,并提出解决措施。