离网型双馈风力发电机组控制策略研究

本研究首先分析了离网型风力发电机组的数学模型,以及转子侧变换器、定子侧变换器的数学模型。然后根据数学模型,在转子侧变换器推导了直接电压矢量控制,其控制目标为定子侧的输出电压的幅值与频率;在定子侧变换器推导了基于定子电压矢量定向的矢量控制,采用电压平方外环、电流内环的双环控制,其控制目标为直流母线电压。为验证该控制策略,搭建了仿真模型,仿真结果显示,该方法能够实现离网型双馈风力发电机组输出稳定的电压。

双馈风力发电机组变流器控制参数分步辨识方法

该文通过构建双馈风力发电机组转子侧与网侧控制系统包含8个PI控制器待辨识参数的内、外环传递函数作为参数辨识模型,基于此提出内外环施加不同扰动源的激励方法和基于改进灰狼算法的分步参数辨识方法。为避免内外环PI控制器之间的级联问题,特别选出3个合理的内外环观测量。最后,建立双馈风力发电机组仿真模型,测试所提分步辨识方法可行性,对比扰动下实际模型与辨识模型的观测量输出,证明辨识方法的准确性。

离网型双馈异步风力发电机组最大风能捕获控制研究

针对离网型双馈异步风力发电机组(DFIG)不能实现最大风能跟踪问题,提出一种基于可变负载的最大风能捕获控制方案。基于风机最优功率曲线,检测转子转速计算转矩参考值与发电机电磁转矩反馈值比较,所获误差信号用于控制可变负载,实现最佳功率捕获。同时,针对定子电压易受负载投切的影响,采用定子磁链强迫定向方法,考虑励磁电流暂态过程的影响,结合前馈补偿设计双电流闭环控制器,抑制定子电压扰动。为验证控制策略有效性,在MATLAB/Simulink环境下建立兆瓦级仿真模型,结果表明可变负载可有效实现最大风能捕获,定子输出电压幅值及频率稳定。

孤岛双馈异步风力发电机组自抗扰控制研究

针对孤岛运行双馈异步风力发电机输出电压易受负载切换影响、PI控制器对电机参数依赖性高等问题,建立了包含励磁电流动态过程与电机参数误差的数学模型。将电机参数误差和励磁电流动态过程分别视为系统的内扰与外扰,应用分离性原理和零极点配置方法设计双闭环自抗扰控制器替代PI控制器,扩张状态观测器可实时估计系统总扰动,并通过前馈进行补偿。建立兆瓦级DFIG孤岛运行仿真模型进行验证,结果表明文章控制方法能够有效抑制负载切换引起的电压扰动和电机参数变化的影响,提高了系统抗扰动性能。

变速恒频双馈风力发电机组的等值模型和仿真验证

随着新疆电网对清洁能源建设的大力推进,疆内九大风区也在加大规模开发与建设,风电继续保持着快速增长态势,且呈现出"集中式开发、远距离输送"的发展模式。风电的快速发展对风机的性能及质量等各方面有着更为严格的要求。因此,为研究新疆某大型风电场接入后对电力系统的影响,本文在单台双馈风力发电机的动态数学模型的基础上,由4台变速恒频双馈风力发电机组的实际建模,经过理论推导得出箱式变压器与线路的等值阻抗,搭建出了双馈风力发电机组的等值模型。并以新疆某风电场为例,在不同风速工况下,对风电机组的实际仿真模型和等值模型在MATLAB/SIMULINK软件中进行仿真。由仿真结果可以看出,风电场的等值模型仿真曲线与实际模型的仿真曲线基本完全重合,从而验证了等值模型的正确性。

双馈异步风力发电机组功率调控能力研究

以变速恒频双馈异步风力发电机组为研究对象,在PSCAD/EMTDC仿真环境下实现了双馈异步风力发电机的电磁暂态仿真。在此模型的基础上,对双馈异步风力发电机组有功功率和无功功率调控能力进行了研究。通过追踪不同风速情况下的最大风能,保证最佳有功功率输出;跟踪不同风速情况下的无功功率极限变化,构建了面向风电场邻近电网动态无功最优补偿控制策略,从而充分发挥了双馈异步风电机组的灵活调控能力。

双馈感应异步风力发电机组的低电压穿越要求及技术分析

随着风电机组装机容量的持续高速增加,大规模风电场的建设,各个国家(地区)的电网对风电场的要求日趋严格。本文依据国内外的风电场接入电网规则,对风电场接入电网的低电压穿越(Low Voltage Ride Though,LVRT)要求做了详细介绍,并对目前风机主流机型双馈感应异步风力发电机组(Doubly-Fed Induction Generator,DGIG)的LVRT主要技术进行了综合分析与对比,最后对各技术进行改进并对该问题提出今后的研究方向。

基于双馈型风力发电机组并网技术概述

主要介绍双馈型风力发电机组结构以及风电并入系统相关问题的研究,包括风电并网对电压的影响、对电能质量的影响、对电网稳定性的影响以及对发电规划和调度运行的影响等。

双馈异步风力发电机转子匝间短路故障振动特性分析

针对双馈异步风力发电机转子匝间短路的故障振动机理尚不明确且无法为故障诊断提供理论依据的问题,开展了双馈异步风力发电机转子匝间短路故障振动特性分析.首先,结合有限元仿真及解析推导,分析转子匝间短路下双馈异步风力发电机的气隙磁密规律,得到转子所受的不平衡磁拉力;然后,考虑转子不平衡磁拉力的情况下构建双馈异步风力发电机转子-轴承系统非线性动力学模型,利用非线性动力学仿真获取转子匝间短路故障下系统的振动仿真信号;最后,在双馈异步风力发电机故障模拟实验台上进行转子匝间短路故障实验,利用实验分析验证非线性动力学仿真结果的有效性.非线性动力学仿真及实验分析结果均表明,转子匝间短路故障下双馈异步风力发电机转子-轴承系统振动信号的频谱存在转频的谐波成分,通过检测转频的谐波分量可诊断双馈异步风力发电机转子匝间短路故障,有效揭示了双馈异步风力发电机转子匝间短路的故障振动机理.

双馈异步风力发电机组常规自适应滑模控制研究

自适应滑模控制技术在风力发电机组控制中的应用,对于提高发电机组控制质量起到了不可忽视的作用。因此研究者以带干扰观测器自适应滑模控制系统为样板,开展了这一技术设计、计算以及仿真实验研究,论证其是否可以成为双馈异步风力发电机组常规控制技术。

双馈型风力发电机组低电压穿越技术改进方法研究

随着风力发电机组装机容量的急剧增加,对电网稳定性的影响越来越大,为了提高风电接入电网的电能质量,确保电力系统的安全稳定运行,要求风力发电机组必须具备低电压穿越(LVRT)功能。针对内蒙古某风电场双馈型风力发电机组低电压穿越改造实例,对基于Crowbar保护电路的低电压穿越技术进行分析,并通过中国电力科学研究院低电压穿越测试验证该技术改造方法的有效性。结果表明:不具备低电压穿越功能的双馈风力发电机组,采用Crowbar控制电路的方法是可行的,并能够满足当前国家电网对风力发电机组接入电网低电压穿越的要求。

双馈异步风力发电机组电网故障穿越技术研究

针对风力发电机在电网故障后持续并网运行与调控能力亟待加强的问题,本文对双馈异步风力发电机组电网故障穿越技术进行研究。在建立双馈异步风力发电机(double fed induction generator,DFIG)转矩补充虚拟惯量控制的基础上,引入设定初始值的桨距角控制,建立DFIG的复合频率控制策略,实现频率穿越,在转子侧添加主动式Crowbar电路实现低电压穿越,从而提升DFIG的电网故障穿越能力,并通过DIgSILENT/PowerFactory实验平台进行仿真分析。仿真结果表明,通过补充转矩增加DFIG的虚拟惯量,设置初始桨距角增加备用有功,两者共同作用的复合频率策略在提升跌落度与稳态值两方面改善DFIG的调频能力;主动式Crowbar电路投切速度迅速,将其模块引入Protection策略后,在电网故障消除后可立即向电网输送有功,并在故障期间可向电网输送无功。该研究有利于电力系统安全稳定运行。

双馈风力发电机组的电磁暂态-机电暂态混合仿真研究

为深入分析双馈型风力发电机组的动态响应,基于双馈风机的运行原理,建立了双馈风机的电磁暂态模型,并进行了电磁暂态–机电暂态混合仿真研究。在自主开发的大型电力系统分析软件包混合仿真平台(power system department-power system model,PSD-PSModel)中实现了双馈风机的混合仿真功能,建立了双馈风机的基本模型框架。采用单台机等值模拟风电场,并利用IEEE 14节点算例进行了详细的仿真研究,分析了其控制策略和暂态过程中的动态响应。便于今后与风机制造厂家合作建立实际风机的详细电磁暂态模型,为深化研究风电机组对电网稳定的影响提了供有力的技术支持。

计及撬棒保护影响的双馈风力发电机组故障电流特性研究

为了研究对称及不对称电网故障情况下双馈风力发电机组的故障电流特性,建立了两相静止坐标系下双馈风力发电机组的动态模型。对近区严重故障且撬棒保护动作情况下双馈风力发电机组的定子绕组磁链动态过程进行了研究,提出了一种兼顾精确性和简易性的定子绕组磁链简化计算模型。以此为基础,对对称故障和不对称故障情况下双馈风力发电机组的故障电流特性进行了分析,得到了其解析表达式,建立了故障电流的等效计算模型。数字仿真结果表明,理论分析结果在故障发生后的前2个工频周期内具有很高的精确度,可以满足继电保护原理研究和整定计算的应用要求。

计及励磁调节特性影响的双馈风力发电机组故障电流特性

远区非严重故障情况下,双馈风力发电机组的转子绕组仍由变频器进行励磁。因此,故障期间变频器的励磁调节特性将对DFIG的故障电流特性造成很大的影响。本文分别对设计成典型I型系统和典型II型系统的RSC转子电流内环的动态响应特性进行了分析,并得到了计及励磁调节特性影响时转子绕组故障电流的简化计算模型。以此基础,对非严重故障期间DFIG的故障电流进行了研究,得到了其解析表达式。数字仿真结果证明了理论分析结果的正确性。

基于线性标准型的双馈风力发电机组反步滑模控制研究

针对双馈风力发电机组易因参数变化、外部扰动等因素影响而出现系统输出功率不稳定的情况,基于线性标准型的双馈风力发电机组模型,设计了一种反步滑模控制策略来提高风电机组的稳定性和抗干扰能力。先通过相应的坐标映射,把多输入多输出双馈风力发电机组非线性系统解耦成单输入单输出的线性标准型;然后,在此基础上,设计了双馈风力发电机组反步滑模控制器,并证明了该控制器不但能够实现机组有功功率稳定输出,而且提高了在输入干扰等不确定因素下系统的鲁棒稳定性。最后,通过分析系统有扰动和无扰动两种情况,证明了在反步滑模控制策略下,双馈风力发电机组在无扰动和有扰动两种情况下都能实现有功功率输出稳定,证明了所设计控制策略的有效性。

基于坐标变换的双馈风力发电机组叶片质量不平衡故障诊断

首先分析了叶片质量不平衡故障时双馈风力发电机组的电气特性,提出了基于dq坐标变换规则的定、转子电流特性分析法;然后采用希尔伯特解调法对电流信号进行处理,突出了电流的故障频率;最后在Matlab/Simulink环境下进行了仿真,并在双馈风力发电机组实验平台上进行了验证。结果表明,叶片质量不平衡故障时,发电机定、转子电流中都包含故障频率——叶片转频,该方法在叶片不平衡故障的识别中是有效的,具有一定的工程应用价值。

大型双馈式变速恒频发电机组对电网影响仿真分析

建立了基于电机矢量控制原理的双馈式变速恒频风力发电机组的动态数学模型,在Matlab/Simulink环境搭建了系统仿真模型,对大型双馈式变速恒频风力发电机组并网后对电力网络的影响进行了仿真分析。仿真结果表明并网运行的双馈式变速恒频发电机组动态性能良好,变速平稳,能够有效控制机端电压,对电网故障恢复起到一定的作用。

变速恒频双馈风力发电机组的非线性因素分析

双馈风力发电机组主要由双馈感应异步发电机和背靠背的电压型变换器组成,其中双馈感应异步发电机是非线性、强耦合、多变量的系统,背靠背的电压型变换器因直流母线电容的耦合也存在非线性因素。结合双馈电机及变换器的数学模型,系统研究了双馈风力发电机组中的非线性因素,分析了传统矢量控制的优点及不足,探讨了基于非线性解耦控制的双馈风力发电机组控制策略的可行性,指出了旋转坐标变换在弱化系统非线性时的作用。

双馈风力发电机组系统接入与稳定运行仿真

分析了包含大量异步风力发电机组的风电场并网运行后对电力系统静态和动态稳定性的影响。从系统接入和稳定运行的角度研究了双馈风力发电机组及普遍采用的定子磁链定向矢量控制策略在提高风电系统稳定性方面的优势与不足。以实际机组为例在PSCAD/EMTDC平台上建立了仿真模型,结果表明双馈风力发电机组在风速发生变化时不仅能够以变速恒频方式运行并追踪最大风能,且电网电压也比传统鼠笼式风力发电机组更为稳定。在系统发生最严重的三相接地故障时,风电场具有更好的暂态稳定性。