风力发电机组全功率变频器增益自动控制技术

风力发电机组全功率变频器增益自动控制对系统的可靠性和鲁棒性要求较高。由于风力发电的环境和气象条件的不确定性,增益自动控制系统需要能够适应各种工作条件,并保持稳定和可靠的运行,这对控制算法和参数调整提出了挑战。为此,提出一种风力发电机组全功率变频器增益自动控制技术。分析全功率变频器原理和结构,增强风力发电机组全功率变频器增益控制效率。设计一个判别器,在输出模块中,将特征映射到指定维度的特征向量空间中,通过度量学习计算二者之间的相似程度,判断风力发电机组功率是否发生波动。采用免疫PID算法对增益自动控制。结果表明:研究方法能够有效控制风力发电机的功率波动,方法应用后功率的幅值始终处于±0.5 k W范围内。

考虑谐波注入的风力发电机组全功率变流器谐波电流抑制方法

由于现有的谐波电流抑制方法的推力波动较大,且抑制效果差,文章提出了考虑谐波注入的风力发电机组全功率变流器谐波电流抑制方法。通过分析输入正弦波时的径向电磁力,成功建立了风力发电机组全功率变流器的谐波分析数学模型。同时,考虑利用谐波注入法来生成电流指令,运用谐波电流控制器(Harmonic Current Controller,HCC)抑制谐波电流,实现对风力发电机组全功率变流器谐波电流的抑制。实验结果显示,应用所提方法的实验组的推力波动为0.5%,推力曲线波动范围最小,有效提高了谐波电流抑制效率,应用效果较好。

永磁同步风力发电系统的最大功率跟踪模糊分数阶控制

在“双碳”背景下,风电作为零碳电力和新能源发电的主力军,在助力社会全面绿色低碳转型方面发挥了关键性作用。在保证发电稳定的前提下实现风能的最大化利用,提升风力发电系统发电量至为重要。文中针对永磁同一步风力发电系统的最大功率跟踪(maximum power point tracking, MPPT)问题进行研究。首先建立了永磁同步风力发电系统的机理仿真模型,用两电平双PWM全功率换流器连接风力发电机与电网。然后基于以上模型,分别设计了整数阶PI控制器、分数阶PI"控制器、模糊分数阶PP控制器以实现MPPT控制。最后对以上控制策略进行了仿真研究。结果表明,无论在阶跃风速还是随机风速下,模糊分数阶PU控制器相较于其他两种均具有更出色的MPPT性能与更强的鲁棒性。

全功率变频风力发电机组惯性响应控制

针对频率波动时全功率变频风电机组不能对电网提供频率支撑的问题,文章将虚拟惯性调节和下垂调节相结合,利用全功率变频风电机组的惯性控制技术参与电网调频,将风机有功出力设定在低于最大功率追踪,使其有足够空间进行有功调节,以及惯性环节结束后发电机转子转速快速恢复。仿真结果证明了文章控制策略的有效性。

全功率直驱永磁风力发电机组试验台的研究

直驱型风力发电机组性能优越、运行可靠、维护简便。对采用的低速永磁电机矢量控制调速系统模拟直驱型风机的风轮运行特性进行了理论分析,提出大功率永磁同步发电机组交流传动系统仿真实际直驱永磁风力发电机组的技术方案,并设计和建立全功率直驱永磁风力发电机组的电气试验台。在试验台上对2 MW直驱永磁风力发电机组的电气系统进行了风机功率输出特性和模拟风况的运行性能的试验。

风力发电机组全功率试验台搭建及应用

为了降低风力发电机组现场调试的高成本和高风险,在车间完成对机组整机性能的测试,采用数字仿真模型与全功率拖动平台联合实时测试的方法搭建了风力发电机组全功率试验平台。其中,数字仿真模型使用基于多体动力学的线性变参数(LPV)建模方法对叶片以及塔架等柔性部件进行详细建模,采用仿真计算出的高精度模拟信号作为系统的输入;拖动平台采用伺服拖动系统模拟风轮的气动输入作为系统的执行机构。测试表明,该试验平台能够在不增加复杂装置的情况下,将叶片模态以及塔架模态纳入到测试系统中,使测试结果更加接近现场实际情况,保证机组装机后安全稳定的运行。

风力发电机组全功率变频器的冷却系统设计

在直驱或高速永磁风力发电机组中,全功率变流器的发热量大,过高的温度会严重影响变频器的安全可靠运行。为使变流器能够正常工作,需采用水冷系统对其进行冷却。可通过散热片及风扇进行空液能量交换,采用PID闭环调节器实现变频器冷却的有效调节,最终达到预期设计的冷却效果。

直驱风力发电机组全功率变流器网侧甩负荷故障分析及保护策略研究

直驱技术在目前大容量风力发电机组的比例越来越高,而全功率变流器在直驱机组中起到了连接电网与发电机的惟一能量转换通道作用,其可靠性对整机的可利用率有决定性意义。本文对直驱机组正常运行情况下,因箱变低压侧或高压侧突然跳闸导致变流器网侧甩负荷的故障工况进行了详细分析。通过分析可以看出,这种工况下如果没有采取有效保护,会导致变流器直流母线电压骤升,会导致功率器件失效,特别是IGBT模块。因此本文提出来一种保护策略并通过仿真验证该策略的有效性。

虚拟同步发电机技术在风力发电系统中的应用与展望

随着风电并网容量的不断提升,大量通过电力电子装置并网的风力发电机组使得现有电力系统的转动惯量缺失,造成系统频率稳定性下降等问题愈加严重。虚拟同步发电机技术可通过模拟传统同步发电机的运行特性,提高风机的并网等效惯量和阻尼系数及电网的风能渗透率。首先,论述了近年来虚拟同步发电机技术在风力发电系统中的研究进展,探讨了风能最大功率点跟踪(MPPT)与频率支撑的协调控制,并揭示了实际转子与虚拟同步转子的能量平衡关系。然后,分析了系统参数设计及其对稳定性的影响,并以主流的全功率型风机和双馈型风机为例,介绍了具体控制方法及其未来在大规模风电场聚合等值研究中的应用前景。最后,总结了当前存在的关键技术问题及可行的解决思路。

计及损耗的双馈感应风力发电机高电压穿越控制策略

利用换向原理分析其电磁暂态特性,在此基础上,对DFIG输出无功功率与其铜损耗的解析关系进行了理论分析,推导出了使铜损耗最低的DFIG输出无功功率最优参考值。同时,转子的瞬时功率补偿分量减小了DC总线电压的波动,从而减少了转换器的功率损耗。由此,提出了考虑DFIG铜损和转换器损耗的DFIG高电压穿越控制策略。仿真结果表明,该控制策略可以在保证DFIG高电压穿越能力的同时降低DFIG铜损耗与换流器损耗,并具有较好的暂态特性。

基于PLC的全功率风力发电实验平台

设计和建立一个基于PLC的全功率风力发电实验模拟平台。PLC作为主控制器,通过两台变频器分别控制一台3 kW的全功率风力发电机和一台4 kW的风力机;ATV71变频器带动风力机模拟实际环境风力变化,外界输入的风能功率通过ATV71的转矩控制反映;四象限变频器ACS800通过磁通矢量控制给定全功率风力发电机的速度,发电机在电动机带动下工作在回馈制动状态,回馈的电能通过四象限变频器ACS800传递给电网。转矩控制使用一个简单的风机模型用于计算给定转矩。长时间运行验证其稳定性,同时得到静态特性下系统的最大功率点。系统运行结果:运行曲线与理论期望相符,最大功率点在500 r/min左右,可以承担后续研究任务。四象限变频器大大减少了系统的复杂度。

电网不对称故障时全功率变流器风电机组控制策略

电网导则要求并网风电机组在电网电压在一定范围内瞬间跌落时不脱网运行。为满足这一要求,研究了全功率变流器风电机组在电网故障时的运行特性。建立了不对称电网故障下网侧变流器的数学模型,分析了正、负序双电流控制策略存在问题的原因,提出了一种直流侧采样电压带变频陷波函数的双电流控制策略,并针对电网频率波动的情况加入锁相环对陷波器进行实时修正。仿真结果表明:当电网出现不对称故障和频率波动时,所提出的控制策略较正、负序双电流控制策略具有更好的动态调节性能。

全功率驱动的异步风电机组的控制策略研究

通过全功率PWM变流器并网的笼型异步风力发电机组(the Full Rated Converter Induction Gener-ator,FRC-IG),以其低成本、高可靠性和易维护的特点引起了人们的关注。在分析笼型异步风电机组数学模型的基础上,对全功率PWM变流器的控制策略进行了研究,给出了基于转矩给定的最大功率跟踪控制策略,通过对电磁转矩的调节间接控制发电机转速来跟随最大功率曲线。网侧变流器采用并网电压控制策略,根据并网电压的幅值来调节无功功率抑制电网电压的波动,在保证风电机组安全运行的同时降低了机组并网对电网的影响。仿真结果表明所采用的控制策略能很好地实现风电机组的最大风能跟踪,降低并网点电压波动。在电网电压故障期间,并网电压控制策略还可以有效地提高机组的低电压穿越能力,保障风电机组稳定运行。

全功率变流器永磁直驱风电系统低电压穿越特性研究

随着风电机组安装容量的不断上升,风电系统在电网故障情况下的运行变得尤为重要,电网导则要求风电机组在电网电压瞬间跌落一定范围内不脱网运行。针对使用背靠背全功率变流器的永磁直驱风电系统,提出一种在电网电压瞬间跌落情况下不脱网运行的方法。电网发生电压瞬间跌落时,网侧变流器运行在静止无功补偿(STATCOM)模式,依据电网电压跌落的深度决定发出无功电流的大小,通过快速提供无功电流来稳定电网电压,实现直驱型风电系统的低电压穿越功能。仿真和实验结果表明电网电压故障时使直驱风电系统运行在STATCOM模式可以有效提高低电压穿越能力。

无速度传感器控制的全功率变流器风电系统研究

鉴于传统控制策略在鼠笼式电机风力发电全功率变流器稳定性、控制性能、效率与可靠性方面存在明显缺陷,跟据感应发电机的特点,提出一种基于模型参考自适应算法的不带速度传感器控制策略。根据Popov超稳定性定理,设计该控制算法速度估计方案,最后通过仿真验证控制效果。仿真图形显示,在仿真过程中速度估计值随实际值变化,并且误差较小,控制系统稳定、效率高,验证了该方案可行性。

基于PSIM的永磁风力发电系统仿真研究

通过对中小型直驱永磁风力发电系统的数学理论知识进行系统分析,在PSIM9.0仿真软件环境下,设计额定功率为3 k W的风力发电系统,完成风力发电系统模型搭建和背靠背双PWM控制回路设计,并进行仿真分析。仿真结果表明当风速变化的情况下,发电机侧输出功率稳定,逆变侧直流电压恒定,说明控制策略正确,系统稳定性良好,能达到预期的设计目标。为中小型风力发电系统进行系统性分析与研究提供了良好的平台和基础。

全功率笼型异步风电系统低电压穿越控制策略

随着风电装机容量不断扩大对风电场的低电压穿越能力提出了更为严格的要求,而传统的笼型异步发电机组本身并不具备低电压穿越能力。本文针对全功率变流器的笼型异步风电机组,在深入研究该机组的运行特性和控制策略的基础上,分析了电网电压跌落过程中引起全功率变流器直流侧电压波动的原因,提出了一种基于功率跟踪优化和网侧无功优先输出的控制策略。在电网电压跌落时,该控制策略根据网侧变流器的功率变化切换功率跟踪曲线以减少发电机的有功输出,抑制直流侧过电压。同时,根据国网公司并网技术规范要求,电网无功电流以及电网电压的跌落深度时迅速向电网提供无功,提升电网电压。仿真结果表明该控制策略可以有效抑制直流侧电压的波动,提高了笼型异步风电机组的低电压穿越能力。

基于多相PMSG和三电平变流器的风电机组低电压穿越

当前国内外对于风电机组的并网规范都要求电网发生电压跌落时风电机组能够保持不脱网运行以帮助电网故障恢复。针对一种新型的基于多相直驱永磁同步发电机(PMSG)和混合式三电平变流器的大功率直驱风电系统的低电压穿越技术进行了研究。首先分析了电网故障对直驱风电系统带来的影响,然后给出了新型机组的低电压穿越策略,即通过改变电机侧和电网侧变流器的电流给定,配合发电机转速调节的方法来控制系统的能量传输,进而达到穿越故障的目的。最后建立了所提出的风电系统的时域模型,给出了不同电网故障情况下的仿真结果,验证了控制策略的可行性和有效性。

基于永磁同步风力发电机并网系统的低电压穿越方法

针对直驱式永磁同步风力发电机系统,提出了一种基于全功率变换器控制的低电压穿越实现方法。分析低电压穿越的特性及控制要求,通过抑制直流电压升高,提出了在功率平衡条件下,实现低电压穿越的控制策略。仿真结果表明能够实现低电压穿越,保持功率的平衡稳定,跟踪控制响应迅速。