非理想运行条件下双馈感应发电机转矩脉动抑制方法综述

在非正弦和不平衡运行条件下,双馈感应发电机会面临显著的转矩脉动问题,严重威胁系统的安全稳定运行,因此有必要采取转矩脉动抑制措施。近些年,诸多学者针对该问题进行了广泛研究,并取得了一系列的科研成果,但鲜有对其进行总结归纳的文献。为此,该文首先介绍了双馈感应发电机系统结构,分析了非正弦和不平衡运行条件下转矩脉动成因,并明确了转矩脉动抑制的主要目标。其次,从硬件结构改进法和控制策略改进法两方面对现有技术方案进行归类总结,并从七个维度进行综合对比分析。最后,从软硬件协同抑制、参数鲁棒性提升、谐波损耗抑制和故障穿越四个方面对双馈感应发电机转矩脉动抑制方法的未来发展趋势进行了展望。

基于改进型Super-twisting的双馈感应发电机直接功率控制

为提高双馈感应发电机(DFIG)直接功率控制的鲁棒性和抗干扰能力,提出一种改进型超螺旋滑模(STSMC)的直接功率控制(DPC)。首先,建立参数摄动下的DFIG最大功率捕获模型和定子磁场定向的双馈感应发电机模型;然后,将非奇异快速终端滑模面(NFTSM)与一种改进型超螺旋(Super-twisting)优化算法结合,设计DFIG直接功率控制器(IST-NFTSMC)。其中所设计的非奇异滑模面能有效避免传统滑模控制(SMC)的奇异现象,且改进超螺旋控制律能有效削弱NFTSMC抖振,提高功率控制精度;最后,通过仿真和实验,与PI控制和传统SMC控制相比,该控制能削弱DFIG功率与电流抖振问题,加快其收敛速度,提高DFIG直接功率控制稳态精度。

双馈感应发电机直接转矩滑模变结构控制技术研究

针对双馈感应发电机的动态行为分析不够精准,导致技术的控制效果不佳的问题,设计双馈感应发电机直接转矩滑模变结构控制。根据双馈感应发电机的运行特点,分别计算双馈感应发电机的磁链方程、电压方程、转矩方程和运动方程;确定双馈感应发电机的滑模面并计算对应的切换函数,确定相应的控制律;设计滑模变结构控制器,通过整定控制参数计算对应的控制误差,实现对发电机的控制。实验结果表明:双馈感应发电机采用的直接转矩滑模变结构控制技术在实际应用中超调量较低,控制效果较好。

计及网侧变流器的双馈感应发电机稳态短路电流实用计算方法研究

双馈感应发电机组(DFIG)的大规模并网使得电网的故障特征发生变化,进而影响了继电保护装置的动作特性评估,故研究DFIG的低电压穿越(LVRT)特性有重要意义。然而目前的研究尚未全面考虑最新风机并网要求、实际LVRT控制策略以及网侧变流器(GSC)3大因素对DFIG稳态短路电流的影响。基于主流厂家DFIG的LVRT控制策略以及我国最新风机并网要求,分别建立了LVRT期间定子和GSC的稳态模型,提出了DFIG稳态短路电流的实用计算方法。并进一步在RTLAB上搭建了含DFIG实际控制器的半实物仿真平台,验证了实用计算方法对于短路电流有效值的计算误差小于3%,短路电流相角的计算误差小于2.5%。本文的研究成果对DFIG接入系统的继电保护整定等方向有重要意义。

基于空间多分量极对数磁场耦合的FSCW双馈感应电机电磁及损耗特性分析

分数槽集中绕组(FSCW)感应电机中存在大量非主导极对数谐波,导致其转矩脉动及铁心损耗较大。针对此问题,以一台定子15槽、转子18槽的FSCW双馈感应电机为研究对象,对该类电机的转矩特性和铁心损耗特性进行了研究。首先,介绍了FSCW双馈感应电机的结构及工作原理,推导了其在双馈工况下的定子电流方程;其次,通过绕组函数法及匝数函数法求解了特定极槽配合下定转子前n次谐波自感和互感之和;然后,基于虚位移法对电磁转矩进行理论计算,并将理论计算结果与有限元仿真结果以及试验测量结果进行对比分析;最后,对不同工况下的转矩特性及铁心损耗特性进行了分析,得到了不同转差率下的电磁转矩脉动频率和铁心损耗的变化规律,即转矩脉动频率随转差率减小而增大,铁心损耗随转差率的减小而降低。

双馈感应电机最大功率追踪控制

为了解决双馈感应电机最大功率追踪困难问题、提高其最大功率追踪效率,提出一种用于双馈感应电机最大功率追踪的多输入多输出二阶滑动模态控制方法 .对双馈感应电机进行建模分析,引入多输入多输出二阶滑膜控制设计过程,简化为含有m个变量的单输入单输出二阶滑膜控制,进而给出双馈感应电机单输入单输出二阶滑膜控制方法;在阶跃风速、随机风速、低电压穿越三种工况下进行仿真分析,验证了控制方法的有效性和鲁棒性.

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。

基于前馈补偿的双馈感应发电机励磁控制研究

针对双馈感应电机在发生低电压故障时定转子产生瞬时暂态振荡电流及传统Crowbar电路保护方式,将使其消耗较大无功而降低可控性的问题,提出一种转子电流前馈补偿的励磁控制方案。根据双馈电机的数学模型及等效电路结构,分析其定子侧电网发生低电压故障时的电磁暂态特性,归纳定转子暂态电流的变化规律。再通过电网电压与转子电流对定子电流的控制传递函数,分析电网电压跌落对定子暂态电流振荡的作用机理,并提出由控制转子电流对定子电流进行前馈补偿的故障穿越方案,经仿真分析证明了其有效性。

基于双馈感应风力发电机虚拟惯量和桨距角联合控制的风光柴微电网动态频率控制

微电网孤岛模式下的频率稳定性是微电网安全稳定运行的重要保证。为提高微电网频率动态特性,通过在双馈感应风电机组(doubly fed induction generator,DFIG)中加入虚拟惯量控制环节,增加微电网惯性,释放转子中储存的部分动能为微电网频率提供动态支持;为解决虚拟惯性控制环节加入后转子转速恢复过程中DFIG的有功功率跌落问题,采用桨距角控制,在频率跌落时释放DFIG备用功率,从而弥补转速恢复过程的功率跌落,并减小电网的稳态频率偏差。结合DFIG虚拟惯量特性和桨距角控制,配合柴油机的一次调频功能,有效抑制了负荷变化引起的微电网频率波动。最后在DIg SILENT Power Factory仿真软件中建立含柴油发电机、光伏电池、DFIG的微电网控制模型,验证了所提策略的有效性。

双馈感应风力发电机组动态模型的分析与比较(英文)

在大型风力发电厂中双馈感应风力发电机组将被广泛应用,深入了解双馈感应风力发电机组动态特性非常必要。文中给出了双馈机组的8阶、5阶和3阶模型。8阶模型包括完整的传动系统模型、定子模型和转子模型;5阶模型包括定子、转子模型和简化的传动系统模型;忽略定子的暂态过程后,3阶模型包括转子模型和简化的传动系统模型。在MATLAB／Simulink软件上实现了3种模型建模。完成了对2种情况的仿真,仿真结果验证了上述3种模型的正确性,并比较了各自的响应特性。仿真结果表明:8阶模型具有最精确完整的响应,但仿真时间最长;3阶模型采用最大程度的近似,但仿真时间最短;5阶模型适合大多数既要求较快仿真速度又要求较高精度的研究。

一种双馈感应风力发电机低电压穿越的控制策略

电网故障时采用传统的双馈感应风力发电机控制方式,发电机定、转子均会出现过电流等一系列问题,并造成电网故障更为严重。为防止上述情况出现,要求风力发电机必须具备低电压穿越能力。本文根据双馈感应风力发电机电网故障时的运行特点,分析并提出了一种新型电网故障时双馈感应风力发电机转子侧变流器的控制策略,改善了双馈发电机定、转子过电流的情况,实现了双馈感应发电机在电网故障时的低电压穿越。在理论分析基础上,建立了双馈感应发电机转子侧低电压控制模型和3kW双馈感应发电机励磁控制的实验系统。实验结果表明,本文提出的控制策略动态响应快,行之有效。

改善基于双馈感应发电机的并网风电场暂态电压稳定性研究

提出了改善基于双馈感应发电机的并网风电场暂态电压稳定性的措施以实现风电场的低电压穿越(low voltage ride through,LVRT)功能。目前,大部分基于双馈感应发电机的变速风电机组不具有故障情况下的暂态电压支持能力,当电网侧发生严重短路故障时,风电场的暂态电压稳定能力会影响到电网安全稳定。该文在DIgSILENT/PowerFactory中建立了具有暂态电压支持能力的变速风电机组转子侧变频器控制模型及用于故障后稳定控制的桨距角控制模型,通过包含风电场的电力系统仿真计算验证了模型的有效性及其对风电机组和电网暂态电压稳定性的贡献。仿真结果表明,当电网侧发生三相短路故障时,风电机组转子侧变频器暂态电压控制能够控制风电机组发出无功功率支持电网电压;桨距角控制能有效降低变速风电机组机械转矩,避免出现风电机组超速及电压失稳。得出结论:采用变频器暂态电压控制及桨距角控制能够改善基于双馈感应发电机的并网风电场的暂态电压稳定性,确保风电机组低电压穿越(LVRT)功能的实现及电网安全稳定。

基于Crowbar保护的双馈感应发电机暂态特性与参数设计

双馈风力发电系统中,Crowbar(撬棒)仍是实现低电压穿越的常用方案之一,传统的分析方法忽略了定、转子磁链间的耦合,会带来较大的分析误差并遗漏一些暂态特性。从双馈感应发电机的数学模型出发,通过分析端口电压发生对称跌落、投入Crowbar后双馈感应发电机的暂态过程,推导出了定子磁链、定子电流、转子电流的解析表达式,并在表达式的基础上分析了各暂态量的幅值和变化规律等特性。在MATLAB/Simulink中建立了双馈感应发电机的仿真模型,结果证明了表达式的准确性。从复杂的数学表达式中抽离出Crowbar阻值与暂态特性的关系,分析了不同的Crowbar阻值对于故障期间系统的功率、电磁转矩的影响,并结合转子电流峰值计算及直流母线电压钳位效应的限制,给出了一种Crowbar电阻取值方案,该方案将有助于实际工程中选取合适的Crowbar参数。

双馈感应风电机组联网运行仿真及实证分析

随着风电并网规模的不断扩大,风电功率波动对所接入电力系统调峰、调频等运行性能的影响将越加显著。为获得双馈感应风电机组联网运行特性并校验所建模型的有效性,进行了接于实际电力大系统的风电场短路试验。通过对实测数据的分析辨识出风电机组的动态特性;基于所建模型对短路试验进行了仿真重现。实测结果与仿真结果相吻合,验证了所建模型的有效性。

双馈感应风电机组异常脱网及其无功需求分析

分析了双馈感应(doubly fed induction generator,DFIG)风电机组因转子回路撬棒保护动作诱发机组脱网的过程,撬棒保护动作远快于定子并网接触器动作,因而机组脱网前存在短时鼠笼异步运行状态的现象。建立了双馈感应发电机DFIG正常运行状态及鼠笼异步运行状态的数学模型,分析了双馈感应风电机组脱网时对电网的无功需求,总结了机组异常脱网时的转差–无功特性。最后提出了风电场无功补偿措施,如配置无功补偿设备等。

双馈感应风力发电机低电压穿越控制策略的理论分析与实验研究

分析了电网对称及非对称故障时,双馈感应风力发电机定子磁链的动态过程、电网故障过程中发电机定子磁链对转子的影响。在此基础上,分析了单靠改进转子变换器控制策略实现发电机低电压穿越的条件,提出一种利用软硬件结合的方法实现低电压穿越的控制策略,在电网严重故障时限制了双馈感应发电机定、转子电流,保护了双馈发电机励磁变换器,实现了快速地向电网提供功率支持。建立了双馈感应发电机低电压穿越控制模型和3kW双馈感应发电机励磁变换器低电压穿越控制实验系统。实验结果表明,本文提出的双馈感应发电机低电压穿越控制策略动态响应快、方法行之有效。

双馈感应发电机三相短路电流解析计算模型

电网电压跌落在双馈感应发电机(DFIG)定、转子绕组中激发的电磁暂态过程是影响DFIG和电网安全的重要因素,因此,定量分析电压跌落后DFIG的电磁暂态过程具有重要意义。以DFIG电压完全跌落后的物理过程分析为基础,研究了DFIG在三相短路后的磁链初值平衡电路、电流频率特性以及定、转子电流中各频率成分之间的依存关系。根据磁链平衡电路,求解得到了三相短路电流的解析表达式,提出了DFIG三相短路电流的解析计算模型,统一了三相短路过程中频率成分、衰减时间常数、幅值和初相位的分析结论,并通过解析模型与DFIG经典模型的仿真对比验证了模型的有效性。

Crowbar阻值对双馈感应发电机低电压穿越特性的影响

研究了Crowbar阻值选取对双馈感应发电机低电压穿越的影响。从功率耗损的角度对Crowbar阻值与定、转子暂态直流磁链的衰减关系进行推导分析;讨论了Crowbar阻值对低电压穿越下双馈感应发电机电磁转矩的影响;提出了通过在Crowbar回路中串联附加电感的方法抑制电压跌落瞬间电磁转矩的振荡。研究表明,过大或过小的Crowbar阻值都将削弱双馈感应发电机低电压穿越能力,Crowbar阻值的选取存在最优值,附加串联电感在一定程度上可以抑制电磁转矩暂态振荡。

适合于变速恒频双馈感应发电机的Crowbar对比分析

电网运行新规则要求变速恒频双馈感应发电机在电网电压跌落的情况下仍与电网相连接,为做到这一点需要安装低压旁路系统。综合分析了低压带来的负面影响以及低压旁路的具体实现方法;对比了多种Crowbar电路各自的优缺点;最后介绍了变速恒频双馈发电机相关保护控制策略和新型旁路系统。

双馈感应风力发电机的参数辨识分析

双馈感应发电机(DFIG)是当前国内外风力发电机(WTG)的主流机型。要研究大规模风电并网对电力系统的影响,必须要有准确的风力发电机和风力发电场的模型及参数。关于模型结构目前已有较多的研究成果,但是有关获取模型准确参数的研究却极少。为此,研究了双馈感应风力发电机的模型参数的辨识方法。首先通过研究各个参数的轨迹灵敏度相位来判断其可辨识性,发现除定子电抗和转子电抗不可以同时辨识外,其它参数均可以唯一辨识。然后通过分析可辨识参数的时域、频域灵敏度大小以及灵敏度曲线的形状来判断辨识的难易度,确定需要重点辨识的参数为定子电阻、定子电抗、励磁电抗和转子电阻。最后设计了基于蚁群优化算法的双馈感应风力发电机参数辨识方法,在Matlab/Simulink环境中搭建了仿真系统并验证了该辨识方法的有效性。