基于状态反馈精确线性化的双馈异步风机最优控制策略

该文基于微分几何理论,从状态空间的角度出发对双馈异步风机(doubly fed induction generator,DFIG)的机侧变换器和网侧变换器独立设计,通过构造微分同胚变换将其动态模型精确线性化并设计相应的非线性控制律,实现了多目标最优控制。通过仿真验证表明,基于状态反馈精确线性化的双馈异步风机最优控制策略能有效抵御外界风况和电网电压的剧烈变动并快速恢复稳定,呈现优良的抗扰特性。

考虑双馈异步风机特性的自适应接地距离保护

研究风电场故障特性对继电保护的影响。针对双馈异步风机投入撬棒电阻后正序阻抗和负序阻抗不相等的特征,分析了传统接地距离保护I、II、III段在保护安装处所测量到的阻抗与实际阻抗的异同。若利用传统整定原则来整定接地距离保护II段,保护可能拒动。根据接地故障时的测量阻抗,提出了考虑双馈异步风机特性的自适应接地距离保护II段的整定方法。该方法在线计算自适应分支系数,使保护安装处的测量阻抗更为准确地反映保护安装处到故障点的距离。利用DIg SILENT仿真软件搭建含风机的线路模型进行仿真分析,验证了自适应接地距离保护的灵敏性,同时该保护的可靠性得到有效提高,且不失选择性。

双馈异步风电系统的动态级联模型预测控制

双馈异步风机(DFIG)是目前风电市场的主流机型。由于风机需优化不同时间尺度的多个控制目标,传统线性控制难以满足其需求。模型预测控制(MPC)因其优秀的动态性能和多目标优化能力,成为控制风机的有效方法。然而模型预测控制通过单一代价函数实现多目标优化,这导致控制目标相互耦合,使控制优先级混乱、权系数设计复杂。为此,提出一种动态级联模型预测控制策略。所提方法采用多个代价函数级联的结构,通过计算每个控制目标所有代价函数的平均值来对控制目标排序,动态调整优先级。此外,所提方法使用控制阈值调整控制前级进入后级的候选开关矢量数量。所提方法无需使用权系数即可实现对多个目标的总体最优控制。硬件在环结果证明了所提方法的有效性。

模糊扰动观测法的双馈风机最大功率追踪控制

为提高双馈风机最大功率追踪控制系统的相应速度和控制精度,针对传统的扰动观测法固定步长控制精度低的问题,采用模糊控制实现步长的动态调整。使系统在初始阶段具有较大步长,有利于提高系统响应速度;控制后期减小步长使控制精度得以提升。MATLAB仿真验证了该方法较传统扰动观测法具有更好的动态响应,同时系统达到稳态后也具有较高的控制精度。

双馈异步型风机的虚拟同步控制策略

首先,针对DFIG型风机的转子侧变流器,提出基于转子励磁磁链定向的虚拟同步发电机(VSG)控制。同时,针对DFIG型风机的网侧变流器虚拟同步电动机(VSM)控制,从而使得DFIG型风机的并网接口特性可等效为一台传统同步发电机,在稳态时维持传统风机最大功率跟踪特性,在动态过程中还能向电网提供有效功率支撑,最终实现DFIG风机并网系统的VSG功能。然后,进一步将基于虚拟功率计算的风电机组同期控制应用于DFIG机组,实现DFIG型风机的孤岛/并网过程的无缝切换。最后,通过DFIG型风机并网系统仿真对提出的控制策略的有效性和可行性进行了验证。

对称电压跌落条件下双馈风电机群馈出电流与线路电流保护的交互影响

随着风电机组低电压穿越能力的加强和风电场规模的扩大,风机提供的短路电流变得不可忽视,对现有的风电场保护配置形成了挑战。首先介绍了大量含有双馈异步风电机组的酒泉风电场结构及保护配置,理论推导并仿真研究了单一风机对称电压跌落条件下定子电流的时频域特征,进而针对保护能够感受到的工频交流分量,研究不同风机侧及网侧参数条件下的风电集群馈出电流与集电线路电流保护的交互影响,并指出保护可能存在的误动风险。研究结果表明,中压集电线路故障可能引发邻近线路电流保护的误动,而合理的Crowbar电阻阻值及风电场资源配置可降低其误动风险。加装方向元件可在上述参数无法形成有效配合时避免电流保护误动,从而能够增强风电场的故障穿越能力。

含DFIG风机的电力系统次同步谐振附加阻尼控制器设计

为抑制双馈异步风机经串联补偿线路并网导致的次同步谐振(SSR),基于阻抗分析的奈奎斯特稳定判据设计了相应的次同步谐振阻尼控制器(SSRDC)。该附加控制器以风机转速偏差作为反馈输入信号引入转子变流器控制的内环中,采用典型的超前-滞后校正模型。以附加SSRDC引入系统后带来好的稳定效果为目的建立优化模型,并且调用粒子群优化算法求解该优化模型,得到该控制器参数。MATLAB/Simulink下的仿真结果表明附加SSRDC能够有效地抑制SSR,并且在转子侧引入附加SSRDC抑制SSR的效果明显比在定子侧引入SSRDC好,同时验证了基于阻抗法设计的附加SSRDC抑制SSR的效果比基于状态空间法设计的SSRDC更好。

基于DFIG频率模型的风电功率爬坡事件预测方法

随着风力发电的快速发展,风电出力的随机波动性引起的风电功率爬坡事件将威胁电网的稳定运行,因此需要研究能够有效预测风电功率爬坡事件的方法。首先介绍了传统的爬坡事件定义,提出了一种基于频率变化判断爬坡事件的方法。然后建立了计及频率偏差的双馈异步风机(doubly-fed induction generators,DFIG)模型,采用状态估计技术解决含DFIG的频率估计问题,并根据利用状态估计方法计算出的频率偏差,生成相应指标,对风电功率爬坡事件进行预测。最后对含DFIG的IEEE 14、IEEE 30和IEEE 118改进系统进行仿真分析,结果表明,所提方法可成功预测风电功率爬坡事件的发生,并且提高了预测精度。

大规模风电接入后电网离线分析

依托DIGSILENT仿真软件,搭建双馈异步风机和永磁直驱风机仿真模型。通过建立低电压穿越功能模型,对2020年前华东电网夏季高峰运行方式,进行大规模风电接入后的短路电流计算和故障校核方式的仿真分析,用以验证风电机组的运行特性。结果表明:对于双馈风机,由于对不对称保护的特殊要求,电网不对称故障引起风电机组跳机(无低电压穿越能力)或Crowbar动作(有低电压穿越能力)的范围远大于对称故障,应采用不对称故障校核方式。对于直驱风机,直流母线越限保护动作与否,只与母线电压的降落幅度有关,仍应采用常规的对称故障校核方式。

大规模风电无功分配策略研究综述

文章首先对风电的电压控制问题进行了概述;其次详细总结了目前风电无功的分配方法,分别从场站层和风机内部两个层面对现有的风电无功分配策略进行了综述;最后,阐述了电网电压波动问题所面临的挑战,并对未来发展的趋势进行了展望。

异步风力发电机组小干扰稳定性机理

传统的电力系统稳定性分析的定义与分类主要是针对同步发电系统的动态。采用物理过程分析与特征模态分析相结合的方法,由简入繁的思路,逐步对笼型异步发电机、笼型异步风力发电机组及双馈异步风力发电机组的小干扰稳定性进行了探讨。分析结果表明,笼型异步风力发电机组的小干扰稳定性是由同转速相关的非振荡模式决定的,而双馈异步风力发电机组则是由同转子暂态电势及转子侧变频器控制器相关的振荡模式决定的。尽管主导模式不同,但电压降低是导致其特征值穿越虚轴的共同主因,因此,认为异步风力发电机组的小干扰稳定性从物理机理上讲属于电力系统电压稳定性范畴。