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。

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。

不平衡电压下双笼转子无刷双馈发电机的多目标控制

该文以双笼转子无刷双馈感应发电机为主要研究对象。为了解决不平衡电网电压带来的功率绕组(power winding,PW)定子绕组功率脉动和电流不平衡的问题,设计了简化矢量控制策略,对PW侧谐波功率和负序电流进行抑制。此外,通过建立控制绕组(control winding,CW)电流统一表达式,对各个控制目标之间的关系进行了数学推导和理论分析。在此基础上,建立了PW电流不平衡度约束条件下,针对PW有功功率脉动幅值和无功功率脉动幅值的多目标控制数学模型。并采用粒子群算法进行求解,对CW统一电流表达式中的系数进行优化,计算CW参考电流值从而实现多目标控制。最后在双笼转子无刷双馈感应发电机实验平台上,对所提出的控制策略的有效性和理论推导的正确性进行了验证。

基于STATCOM的双馈风力发电机低电压穿越能力分析

为了对风电场低电压穿越(Low-Voltage Ride-Through, LVRT)动态响应特性及其治理措施进行研究,建立了双馈感应发电机(Doubly Fed Induction Generator, DFIG)风电场仿真模型,讨论了DFIG网侧和转子侧变流器控制策略,并从风机机端电压、风机直流母线电压等关键方面分析了静止同步补偿器(Static Synchronous Compensator, STATCOM)在风电场低电压穿越防治中的应用有效性。分析结果表明,采用STATCOM可以显著改善风机在低电压情况的响应特性,同时STATCOM可以提供动态无功功率补偿,减轻电网低电压对风机的不利影响,有助于风机提供稳定发电能力,减少风电场停机时间和电网扰动。

计及风力发电机转速安全约束的DFIG一次调频模型预测控制策略

针对传统方法控制双馈感应发电机(DFIG)的调频效果过于依赖参数整定的问题,该文提出了一种基于模型预测控制(MPC),计及转速安全约束的风力发电机参与一次调频控制策略。该方法结合风力发电机动力学模型与频率响应模型建立预测模型,通过线性回归方法变参考值将风力发电机转速的稳定性纳入考虑。相较于虚拟惯性控制等方法将系统频率偏差与转子动能直接关联,该文方法通过建立全新的预测模型,实时统筹考虑整个系统的状态信息,无需反复调整参数,在考虑转速安全性的同时兼顾全局性能。最后,通过实际算例分析验证了该文调频策略的有效性以及相对现有方法的优越性。

适用于缓解双馈感应发电机电磁转矩脉动的新型矢量控制

针对电网电压谐波含量要求,提出一种基于矢量控制的定子电流谐波抑制拓扑结构,重点解决双馈异步发电机DFIG(doubly-fed induction generator)电磁转矩的脉动问题。所提控制器即谐波矢量控制HVC(harmonic vector control),能够抑制电流谐波。电网电压5、7、11、13次谐波分量,由于定子串联阻抗低,导致发电机电流谐波分量为同次,且相对振幅较高,因此,HVC已被测试用于此类电流谐波成分的控制,不需要谐波滤波器来估计定子电流的谐波含量。最后,经过仿真和实验分析,证明了所提控制的适用性和有效性。研究结果表明,该控制器的稳态误差接近于0,此外,HVC可作为DFIG中的谐波滤波器,并可根据应用要求选择谐波。

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。

基于场路耦合的双馈感应发电机设计与分析

随着风力发电行业的迅速发展,国内风电市场竞争越来越激烈,风电设计成本压力也日趋严重。为进一步优化机组配置,降低机组成本,同时以高端产品的形象打入国际市场,对风电机组零部件设计准确度以及与机组其它部件的匹配性设计尤为关键。作为风电机组中关键部件的发电机,纯粹的经典解析计算方法已无法满足设计要求。采用解析法对电机定、转子端部电感及绕组集肤效应进行计算,结合Ansys软件进行场路耦合建模,基于所建模型,对一台6.X MW双馈感应发电机进行P-Q特性曲线仿真计算,得到电机在不同电压及无功功率下的电磁参数,通过磁负荷参数与设计推荐数据的对比,证明设计方案的合理性及可行性;仿真结果的电参数与试验数据有很好的一致性,平均仿真偏差在1%左右,证明了场路耦合模型的准确性以及方法的可用性,为双馈感应发电机的精确设计及双馈风力发电机组的控制设计提供了理论指导。

低短路比下双馈风力发电机组电压主动支撑的优化控制策略

随着风力发电机的大规模并网发电,并网点的短路比不断降低。风电机组并网功率增大使得线路阻抗上的压降上升,并网点电压也随之降低,进而导致风力发电机的输出功率受到限制。为改善风机并网在低短路比下电压降低致使输出功率受限的问题,以双馈风力发电机为研究对象,提出了一种基于电压主动支撑的闭环优化控制策略。该方法在实现对并网点电压的支撑的基础上,提高了双馈风电机组在低短路比下的功率传输能力,同时解决了常规电压闭环控制中由功率耦合引发的系统稳定性问题。在优化控制策略下,系统的主导极点阻尼比更大,使得系统更加稳定。最后,在11 kW的双馈电机实验平台上验证了优化控制策略下双馈电机的阶跃响应稳定性更高。

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。

面向新型电力系统的双馈风力发电机并网控制策略研究

双馈感应风力发电机是一种具有三相励磁绕组结构的异步电机,其运行具有变速恒频的特点,因而在新型电力系统中的风力发电领域有着重要的应用价值。利用Park变换,构建了dq坐标系下的数学模型,实现了电机的有功、无功功率的解耦控制。并且利用电压定向矢量控制的方法,实现双馈感应风力发电机的变速恒频运行。之后搭建一套完整的双馈感应风力发电机及其控制系统的模型,并对所提控制策略的效果进行了验证。仿真结果表明,该控制策略对功率指令值具有良好的跟踪效果,并可以在变化的风速下实现稳定的变速恒频运行。

双馈感应发电机风能无功快速响应系统的研究

大多数风电厂运营者和电力公司采用电容器或自动投切电容器、静止无功补偿器等设备来进行风力发电机组的功率因数校正,但这些设备价格昂贵且动态响应性能差,不能适应风速瞬变的问题,为此借鉴定子磁链定向、自抗扰控制的思想,结合有功、无功解耦控制技术,提出了一种风能快速响应(WindVAR)控制策略。具有WindVAR功能的风力发电机与传统的发电机一样,其电压可通过本身的电力电子设备进行连续控制和调整,能在电网需要时瞬间完成向电网提供无功、调节系统电压、稳定脆弱电网、实现风力发电机组提供超前、滞后或者单位功率因素运行,从而提高了传输效率、增强了电压稳定性能,仿真和实验结果验证了该方法的正确性和有效性。

基于改进粒子群算法的双馈感应发电机参数辨识

基本粒子群算法(PSO)存在早熟问题,且惯性权重对参数辨识结果的影响较大,为此提出将变权重PSO算法和全局最优位置变异PSO算法相结合的改进PSO算法,并将其应用于双馈感应发电机(DFIG)的参数辨识。分析了DFIG中各参数的可辨识性和辨识难易度,给出了基于改进PSO算法的参数辨识步骤。与采用基本PSO算法、变权重PSO算法和全局最优位置变异PSO算法的参数辨识结果相比较,该方法具有收敛速度快、辨识误差小的优点,即使在较大的搜索范围内仍具有较高的辨识精度。

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。

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。

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。

改善基于双馈感应发电机并网风电场的低电压穿越能力研究

为保持系统稳定,必须要求大规模并网风电场具有低电压穿越能力。双馈感应发电机(DFIG)低电压穿越功能已成为研究热点。介绍了串联制动电阻装置对双馈感应发电机暂稳特性贡献的机理。详细分析了在电网故障情况下,制动电阻装置对双馈风电场低电压穿越能力的贡献,分别就制动电阻接在风电场升压变处与接在双馈感应发电机机端对低电压穿越的改善效果进行分析。试验结果表明:故障期间投入适当大小制动电阻,能较好地提高双馈风电场低电压穿越功能:将制动电阻放置在风电场升压变处贡献效果优于将制动电阻装置放置在双馈感应发电机机端处。