A New Approach to Calculate Parameters of Induction Generator with Double Windings

The accuracy prediction for the performance of an induction generator depends much on the parameters of the equivalent circuit. This paper presented a new way for calculating these parameters of induction generator with double windings. The method is based on 2D time-dependent magnetic field coupled with electric circuit. An application example of a 12-phase self-excited induction generator (SEIG) was provided to demonstrate the effectiveness of the presented approach. Some of the calculated results show good coincidence with the experiment values.

Implementation and Study of a Novel Doubly Salient Structure Starter/Generator System

A new type of double salient starter/generator is presented, which can be used in aircraft Low Voltage Direct Current (LVDC), Variable Speed Constant Frequency (VSCF) and High Voltage Direct Current (HVDC) systems. The operational theory of the motor and generator is analyzed, and corresponding control strategies are given. An 18kW prototype has been implemented to verify the system performance. It is shown that the DSM S/G system possesses simple structure, high efficiency and flexible control. It is ap...

Steady State Analysis of a Doubly Fed Induction Generator

In this paper, we present the steady state analysis of a double-fed induction generator (DFIG) adopted for wind power generation. The three-phase induction machine connected to the network, to work as a generator for wind farms, is excited on the rotor circuit by a slip-frequency current injected to the rotor, from an exciter mounted on the same shaft of the machine. The resulting rotating magnetic field rotates at synchronous speed;as such the generated power has a constant frequency independent of the shaft speed. Effects of the excitation voltage magnitude and phase angle on the active and reactive power are studied, when the machine runs at constant speed. It has been shown that by controlling the excitation voltage magnitude and phase angle would control the mode of operation of the machine;motor mode or generator mode. Furthermore, the effects of the shaft speed on the active and reactive power at constant excitation voltage magnitude and constant phase angle are also investigated.

Integration of Wind and PV Systems Using Genetic-Assisted Artificial Neural Network

The prominence of Renewable Energy Sources(RES)in the process of power generation is exponentially increased in the recent days since these sources assist in minimizing the environmental contamination.A grid-tied DFIG(Doubly Fed Induction Generator)based WECS(Wind Energy Conversion System)is introduced in this work,in which a Landsman converter is implemented to impro-vise the output voltage of PV without anyfluctuations.A novel GA(Genetic Algorithm)assisted ANN(Artificial Neural Network)is employed for tracking the Maximum power from PV.Among the rotor and grid side controllers,the for-mer is implemented by combining the statorflux with d-q reference frame and the latter is realized by the PI controller.The proposed approach delivers better per-formance in the compensation of real and reactive power along with the DC link voltage control.The controlling mechanism is verified in both MATLAB and experimental bench setupby using an emulated wind turbine for the concurrent control of DC link potential,active and reactive powers.The source current THD is observed as 1.93%and 2.4%for simulation and hardware implementation respectively.

大规模风电接入场景下的失步振荡中心定位方法

振荡中心的准确定位是失步保护正确动作的基础,大规模风电并网导致系统阻抗参数发生变化,使得传统基于阻抗轨迹的失步定位方法的适应性严重下降。针对该问题,提出基于节点频差的失步振荡中心定位方法。首先分析大规模风电并网对系统总阻抗的影响。进一步根据发电机功角,计算其曼哈顿距离相似度并构建启动判据。最后,通过移动平均法对广域测量频率进行平滑处理,提出基于节点频差的失步振荡中心定位方法。仿真验证表明,所提基于节点频差的失步振荡中心定位方法受噪声影响较小,不受风电渗透率的影响,能够准确定位失步振荡中心位置。

适用于全故障类型的双馈风电场送出线负序电流纵联保护方案

随着双馈风电机组(DFIG)并网容量的增加,给风电场送出线继电保护的整定带来新的挑战,保护动作性能下降甚至会出现拒动和误动的风险。为此,首先分析双馈风电机组负序电流分量特征;然后进一步分析风电场经交、直流并网时交流送出线两侧电流的特征差异,提出一种适用于双馈风电场送出线的负序电流分量纵联保护新方法。该方法利用双馈风电场送出线两侧负序电流的幅值比和相位差构成保护动作判据,同时,利用数据延时在对称故障下构造出负序分量,使其能适用于风电场送出线的各种故障类型,且具有灵敏度高、耐受过渡电阻能力强等优点。最后,在Matlab/Simulink和PSCAD/EMTDC中搭建双馈风电机组电磁暂态仿真模型,仿真分析保护方案在交直流送出线上的适应性。

基于E-Wind Turbine实验平台的风力发电控制系统

风力发电系统具有规模大、实际现场培训成本高、危险系数高等特点,因此基于风力发电仿真设备的风力发电控制研究是十分必要的。以E-Wind Turbine实验平台为例,详细介绍了变速、变桨距双馈风力发电系统实验平台的构成与控制策略的实现方法。基于S7-1200系列的PLC控制器,利用PORTAL STEP 7集成开发环境,实现了风机的偏航、转速控制以及功率控制。仿真实验结果表明,设计的风力发电控制系统可以有效地模拟实际风力发电机的各种控制要求,为风力发电控制策略的研究提供了一种有效手段。

含SVG的双馈风场风速变化条件下高频谐振问题分析

大规模风电并网导致宽频谐振问题日渐凸显,业内多认为电缆电容效应、控制器参数变化等是导致谐振的主要因素,而关于静止无功发生器(static var generator, SVG)、风功率变化与高频谐振内在因果关系研究尚未展开。针对低风速风场系统高频谐振问题,首先基于谐波线性化理论,考虑功率外环作用,建立SVG和双馈风机(doubly-fed induction generator, DFIG)的序阻抗模型。其次将风速变化纳入风机变流器建模,并建立空载电缆投入时风速变化与SVG阻抗的联系。然后利用阻抗交互揭示风机变流器阻抗变化对SVG阻抗特性的影响机理,指出区域内空载电缆投入后,低风速不仅降低系统在高频的鲁棒性,而且扩大了SVG高频负阻尼范围,导致系统高频谐振风险增加。最后,基于STARSIM-HIL搭建含SVG的双馈风场电磁仿真模型,并进行软硬件在环实验。实验结果证明了理论分析的正确性。

基于虚拟同步机控制参数自适应调节的储能系统调频方法

【目的】风电的大规模渗透一定程度上降低了电力系统的调频能力,储能作为一种相对成熟、行之有效的技术手段,被广泛用于电网调频。为此,研究了储能系统在虚拟同步机控制下参与电网调频的响应过程及优化配置。【方法】基于DIgSILENT/PowerFactory仿真软件搭建储能控制模型与电力系统,对系统投入储能前后的频率响应特性进行分析。进一步,考虑风电机组在不同出力模式下的备用容量,通过风速区间的划分与风电机组功率预留系数的确定,优化储能系统的配置结果,实现储能系统调频系数的自适应调整。【结果】储能的投入能够有效改善系统频率响应、减少弃风。通过合理预留风电机组自身调频容量,储能系统可以为电网提供可靠的功率支撑。【结论】基于风机风速与输出功率的储能系统调频系数自适应调整方法,能够在满足系统调频需求的同时有效减小储能系统的超调量和输出功率,延长储能工作时间。

吐鲁番地区电网孤网运行的稳控策略

以2022年底吐鲁番电网网架结构为基础,对比分析750 kV吐鲁番变电站1号、2号主变压器同时故障跳闸,局部电网孤网运行时不同模态下的阻尼情况对电网振荡特性的影响,通过建立切除不同比例风电、光伏出力情况下的频域仿真模型,提出吐鲁番电网孤网情况下的最优稳控策略。同时提出在托克逊片区新增一座750 kV变电站,以解决由于750 kV吐鲁番变电站1号、2号主变压器同时故障跳闸引起的局部电网动态稳定问题。

双馈感应式风电场电网友好型功率控制系统技术改造

当前我国电网新能源装机渗透率高,迫切需要光伏电站、风电场深度参与电网调峰、调压,为此分析目前双馈感应式风电场功率控制系统结构复杂、功能重叠、信息传递环节多、故障率高、控制策略落后的现状,论证双馈感应式风电场进行电网友好型功率控制系统技术改造的必要性、可能性,提出包括优化系统结构、改进控制策略、简化通信网络、充分发挥双馈风电机组优良的有功/无功控制能力等各项改进措施,并以双馈感应式风电场功率控制系统技术改造实例加以说明,同时对新能源电站是否必须加装无功补偿装置进行讨论。性能验收试验表明,改造后的风电场功率控制系统无需配置无功补偿装置,其各项技术指标优于国家技术标准。该项技术的应用有利于电网的安全、稳定、经济运行,在新建风电场推广可降低造价昂贵的一次性投资,减少运行损耗,具有一定的社会效益和经济效益。

不平衡电网电压下风力发电机网侧变流器控制策略

针对不平衡电网中负序分量对风力发电机的正常运行造成巨大影响,以风力发电机中的双馈风力发电机为例,提出了在网侧变流器中通过双闭环控制和滑模变结构控制共同作用的控制策略。通过空中管制中心和网络自抗扰控制器控制组成双闭环控制,可维持变流器电压的稳定。通过与滑模变结构控制相结合,消除负序分量对系统产生的影响。通过试验仿真验证了双闭环控制策略可使电压波形输出为与电网电压一致的正弦波。提出的控制策略对单相短路故障上出现的危害有很好的抑制作用。

一种用于永磁同步发电机倍频噪音抑制的控制方法

由于永磁同步发电机结构设计存在不可避免的偏差,以及风电变流器开关器件的非线性特性,永磁同步发电机的输出转矩存在一定的脉动。然而,电机较大的转矩脉动会增加风电机组系统的机械应力,加速部件磨损,产生噪声和振动,影响塔筒寿命,从而影响整个系统的稳定性和可靠性。针对国内某厂家3.2 MW风电机组发生机组噪声大、振动明显问题,提出了一种基于负载电流的主动谐波注入自适应转矩脉动抑制控制方法,通过理论研究及现场分析测试,该方法有效降低了该款机型76%以上的噪声和振动。该方法针对发电机机侧产生的5次、7次电压谐波,通过在机侧变流器控制算法中注入5次、7次补偿电流,该电流与基波永磁磁势相互作用,保持电机内部总磁链接近于期望值,降低发电机振动频率。并通过现场数据实测,选定每个转速段固定的消谐参数,实现倍频噪音抑制的目的。

Sizing of Converters Interfacing the Rotor of Wind Driven DFIG to the Power Grid

In this paper, the operation of the Double Fed Induction Generator (DFIG) in the range from synchronous speed down to sub-synchronous speeds is analyzed using the power-flow approach. The objective of this analysis is to determine a ceiling for the rating of the converter interfacing the rotor of the wind driven double fed induction generator (DFIG) to the grid. Sizing the converter is an important issue in determining the economic viability of using the DFIM as a generator at synchronous and sub-synchronous speeds in wind energy conversion systems. The size of the converter is proved to be less than 10% of the rated power of the DFIG, which is 40% to 67% lower than that estimated in previous publications.

风电机组主轴用双列圆锥滚子轴承的热分析

在赫兹接触理论的基础上,选取某型风电机组主轴用双列圆锥滚子轴承为对象,采用局部法计算了各部分的生热量,并通过有限元进行稳态热仿真,得到轴承的生热计算模型和三维温度场分布,分析了转速、润滑脂黏度以及黏温效应对轴承温升的影响。结果表明:轴承的温度场呈对称分布,轴承温度与转速、润滑脂黏度呈正相关,温升趋势明显,其中转速对轴承温升的影响最明显,润滑脂的黏温效应会对轴承各部分生热量产生不同的影响。

Three-phase AC-DC Converter for Direct-drive PMSG-based Wind Energy Conversion System

In this paper,a wind energy conversion system(WECS)is presented for the electrification of rural areas with wind energy availability.A three-phase AC-DC converter based on a bridgeless Cuk converter is used for power extraction from the permanent magnet synchronous generator(PMSG).The bridgeless topology enables the elimination of the front-end diode bridge rectifier(DBR).Moreover,the converter has fewer components,simple control,and high efficiency,making it suitable for a small-scale WECS.A squirrel cage induction motor(SCIM)is used to emulate a MOD-2 wind turbine to implement the PMSG-based WECS.A direct-drive eight-pole PMSG is used in this study;thus,a low-input-voltage system is designed.The converter is designed to operate in the discontinuous inductor current mode(DICM)for inherent power factor correction(PFC)and the maximum power point tracking(MPPT)is achieved through the tip-speed ratio(TSR)following.The performance of the developed system is analyzed through simulation,and a 500 W hardware prototype is developed and tested in different wind speed conditions.

基于控切配合的高比例风电电力系统紧急频率控制方法

高比例风电送端电网易因通道异常和中断导致高频问题。现有研究忽略了风电机组的减载控制与切机的相互影响,不仅影响频率控制效果,还可能限制系统的后续频率响应能力。为此,分析了风电电力系统的暂态频率响应特性,提出了双馈风电机组“控切配合”的思想,构建了考虑双馈风电机组转速恢复约束的风电电力系统紧急频率控制的优化模型;进而提出了一种基于控切配合的高比例风电电力系统紧急频率控制方法,最后通过算例验证表明该方法能够有效提高电力系统的紧急频率控制能力,保障高比例风电电力系统的频率稳定。

基于风力涡轮机和双馈感应发电机的风力发电系统仿真与分析

风力发电在绿色能源持续发展方面占有极大市场,对于风机的研究也逐渐深入。为了实现对风能发电过程的更高效监控,本文以风力涡轮机和双馈感应发电机系统过程的建模为基础,对风力发电机的基本原理作了简单阐述。利用MATLAB/Simulink建立风能发电模型,并在风速变化条件下对风力发电系统的重要参数进行仿真分析,观测电机转速与风速之间的跟踪关系,验证双馈策略在风电场模型中的有效性。

电压跌落下的双馈风力发电机网侧变流器自适应变惯量控制方法

提出电压跌落下的双馈风力发电机网侧变流器自适应变惯量控制方法,控制电压跌落时的直流电压波动,提升电网跌落时双馈风力发电机不间断运行能力。基于双馈风力发电机数学模型特点,引入虚拟同步发电机控制机制,设计用于增强与同步发电机相似的惯性响应和下垂属性的有功频率控制器,和用于调节机端电压和无功功率的励磁控制器,将两个控制器同时作用于网侧变流器,实现双馈风力发电机网侧变流器控制;并通过最优控制原理自适应整定转动惯量与阻尼系数,制定取值规则,使双馈风力发电系统的响应速度与超调量达到最优。实验证明:该方法能够在电压跌落情况下,通过有效控制网侧变流器,实现直流母线电压、无功及有功功率的平稳输出,保证发电机的持续运行,增强了双馈风力发电系统运行的稳定性与可靠性。

全风况下双馈风电机组参与电网频率支撑研究

随着风电机组装机容量的不断增加,系统总惯量越来越低,已严重威胁电网运行的稳定性。针对此问题,首先分析双馈风电机组的发电原理,然后结合虚拟同步机的惯量响应以及调频控制机制,提出一种全风况下双馈风电机组参与系统频率支撑的方法。在恒转速区,采用基于虚拟惯量与一次调频协同控制的方法,即基于频率偏差与频率变化率作为控制输入,该方法可具备两者优点,既具备快速性,且频率未恢复到死区前,在机组正常运行的前提下,功率可满足持续支撑;在最大功率系数区,采用虚拟惯量调频与亚最优功率系数运行协调控制,机组通过变转速运行在非最优功率系数点上,预留一部分能量,减少因转速下降可能造成的机组失速停机;在恒功率区,采用虚拟惯量调频与桨距角协调控制,通过桨距角预留一部分能量,减少转速恢复时可能对电网造成的二次伤害。最后在MATLAB/SIMULINK中搭建模型进行仿真,验证了提出方法的有效性与可行性。