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。

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。

电网故障下计及撬棒保护的双馈感应发电机暂态解析修正模型

建立双馈感应发电机(doubly-fed induction generator,DFIG)在电网故障时的暂态解析模型是分析风电机组低电压穿越(low voltage ride through,LVRT)能力的基础,也是提高电力系统故障计算效率的有效手段。传统解析模型中忽略了定、转子磁链间的耦合,对撬棒保护接入后DFIG的暂态理论分析带来较大的误差。该文提出了一种电网故障下计及撬棒保护的DFIG暂态解析修正模型。从DFIG的空间矢量数学模型出发,通过状态方程的特征根定义了反映定、转子磁链耦合的修正系数;利用修正系数分析了Crowbar电阻对DFIG暂态特性的影响;求解状态方程得到了DFIG暂态解析修正模型。仿真验证了修正系数分析的正确性和暂态解析模型的准确性。

基于小干扰稳定的双馈感应电机电磁模型降阶分析

研究了适用于小干扰稳定分析的双馈感应电机的降阶模型。首先,建立描述双馈感应电机电磁过程的8阶详细模型;以此为基础,根据双馈感应电机各个物理量的衰减快慢关系提出了保留锁相环动态的简化2阶模型,并分析了影响该模型稳定性的因素;最后,采用李雅普诺夫稳定性判别法,通过算例比较了2阶模型与详细模型以及依据传统方法提出的6阶模型的小干扰稳定边界。结果表明:与6阶模型相比,文中提出的2阶模型的稳定边界更符合8阶详细模型对系统稳定性的描述。

双馈感应发电机的线性化动态模型及运行特性分析

对建立在定子旋转磁场坐标系中,以转子绕组励磁电压为控制变量的双馈感应发电机的3阶动态模型进行了线性化处理,得到了适用于小干扰稳定分析的双馈感应发电机状态方程和相应的传递函数。进而利用开环传递函数和根轨迹方法分析了发电机运行点与发电机动态品质的关系,并利用MATLAB软件对双馈感应发电机的控制变量在发生幅值不同的扰动变化时的动态响应做了对比仿真。该仿真分析将有利于了解双馈感应发电机的运行特性及掌握它的控制特性。文中提出的双馈感应发电机线性化模 型适用于变速恒频双馈风力发电系统的相关研究。

双馈感应电机的多回路数学模型及其电感参数的计算

为研究双馈电机正常和绕组内部故障的动态特性,本文在多回路理论的基础上,根据多回路方法确立回路选取原则,据此建立了以回路电流为独立变量的双馈电机数学模型。应用基于磁路的气隙磁导分析法,采用"绕组函数"的概念,以单个线圈作为分析单元,推导出双馈电机的电感参数简化表达式,用双馈电机正常并网工况下定子侧电流、转子侧电流和电压的仿真结果验证数学模型的正确性,并计算了双馈机发生定子绕组匝间短路故障情况时的电压、电流特性。

双馈感应发电机动态模型的研究

从电机学基本原理出发,建立了用电压源代替转子绕组电气注入的双馈感应发电机3阶动态模型。该模型阶数较少,物理意义明确,适用于描述调速范围较大的双馈感应发电机,例如大型变速恒频风力发电机组中的双债感应发电机,并且应用MATLAB对该动态模型进行了仿真研究,仿真结果表明了该模型的正确性。

无刷双馈感应电机统一矢量模型的研究

无刷双馈感应电机(BDFIM)统一矢量模型的转矩方程和功率方程不利于进行控制策略研究。针对这一问题,通过对统一矢量模型的理论推导,得出了由两定子绕组的电流和磁链矢量等可控量表示的电机转矩和功率方程。为验证理论方程的准确性,为样机搭建了变频调速试验平台。试验结果表明,所推导的转矩和功率方程可准确预测试验样机的实际转矩值和功率值。

双馈感应发电机转速的非线性模型预测控制

变速恒频风力发电中,双馈感应电机(double-fed induction generator,DFIG)工作在额定风速以下时,为获取最大风能,需调节发电机转速,使其迅速跟踪上不断变化的最佳转速。为减少控制参数整定的困难、减弱控制算法对DFIG模型的依赖,采用非线性模型预测控制方法实现对DFIG的转速控制。首先建立了基于最小二乘支持向量机方法的DFIG转速预测模型,然后利用粒子群优化算法进行滚动优化,最后通过预测误差进行反馈校正。试验结果表明,该方法具有较好的泛化能力和鲁棒性,动态性能和跟踪效果均比较理想。

双馈感应发电机模型与低电压穿越能力分析

阐述了双馈感应风力发电机的三阶简化模型和五阶暂态模型,并在短路故障下进行了暂态稳定性对比。并以五阶暂态模型为基础,采用投入短路棒的保护策略,使并网运行的风电机组具备低电压穿越能力。结果表明,发电机的五阶暂态模型能更准确的计算发电机暂态电流和控制变换器动作特性,更适于进行电力系统暂态稳定性分析。且此法的优点是在故障过程中可以继续向电网提供一定量的有功功率,并较有效地控制无功功率。

双馈感应发电机风电机组的动态模型构建

双馈感应发电机(DFIG)动态模型用于反映发生扰动时风电机组的动态特性变化,是研究DFIG并网稳定性的重要基础。通过建立DFIG风机的空气动力学模型、桨距角控制模型、发电机模型、轴系模型、变流器及其控制模型在内的动态模型,分析了各部分模型的控制机理,并且给出了各部分的控制框图,在PSCAD中对DFIG并网模型进行了仿真研究,证实了DFIG动态模型是正确可信的。

基于Matlab的双馈感应风力发电机组暂态模型

近年来,风电已在电力系统中占有了不可忽视的地位。详细分析了变速恒频双馈感应风力发电机(DFIG)的多变量、强耦合、非线性的时变参数系统,总结并建立了DFIG完整的暂态仿真模型,给出了基于定子电压定向的矢量控制策略的数学原理及详细控制框图,对其最大风能追踪的控制性能、电压控制模式和无功控制模式下电网电压跌落30%时动态响应对比以及电网严重故障情况进行了仿真分析,仿真结果验证了模型的有效性。

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。

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。

浅析双馈感应电机DFIG单机机端电压调节方式

文章运用公式对双馈感应电机(DFIG)无功功率调节原理进行了阐述,通过折线图论述了DFIG单机机端电压的调节方式,举证电压测试与调节试验分析了PI控制方法对机端电压调节的影响与效果。

双馈型风电场详细模型建模方法

提出一种双馈型风电场详细模型的建模方法。所建立的模型可体现风场内每一台风机以及集电系统的电磁暂态过程。该建模方法利用元件连接法(CCM)的思路,首先将风机、集电线路及变压器等视为分立元件,并建立各个元件的详细模型。再根据CCM元件连接规则连接各元件,构成风电场的详细模型。利用该建模方法能够获得系统的非线性微分方程,便于后续利用非线性系统理论进一步对系统展开分析。此外,该模型建立在dq坐标系,稳态时各物理量均为直流,借助线性化工具,可方便地获得风电场在某稳态工作点处的线性化矩阵。通过对比仿真验证了该建模方法的准确性。

基于双馈感应发电机风电场等效建模中控制器聚合方法分析

在对风电场进行等效建模时,一般以风电机组运行状态相近为原则进行分群聚合,从而得到风电场的多机等效模型。如果在保证精度的情况下能够对运行状态有明显差异的风电机组进行聚合,将有助于建立更加简化的风电场等效模型。以基于双馈感应发电机(DFIG)的风电场为研究对象,针对承受风速有显著差异的DFIG机组的聚合问题,提出了相应的DFIG机组转子侧控制器聚合方法。该方法通过调整等效控制器的控制参考值,来提高风电场等效模型的稳态和动态精度,从而实现风速差异显著的DFIG机组的聚合。文中给出了基于控制参数调整的DFIG风电场单机等效建模流程,为建立具有良好精度的风电场等效模型提供了一种不同于分群聚合的思路。最后,通过仿真算例对所提方法进行了分析和验证。

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。

一种适用于大型风电场实时仿真的双馈风力发电机响应模型

提出了一种基于动态响应的双馈发电机响应模型。由于使用代数运算取代微分方程迭代求解,使得模型计算量大为减少,可用于风电场的实时仿真与风电场控制器的硬件在环测试。该响应模型根据电网电压条件将双馈电机的运行分为正常运行与故障运行2种状态:正常运行时,定、转子输出电流能够很好地跟踪指令值,因此可以将电机等效为一个时间常数很小的惯性环节;电网电压发生跌落故障时,电机的定、转子上将出现较大的冲击电流。基于磁链不能突变的原理,研究了故障前运行状态、电机参数、撬棒阻值等对故障电流的影响,得到了双馈发电机定、转子故障电流的近似解析表达式。通过与常规4阶模型的对比仿真,验证了响应模型的正确性。

无锁相环直接功率控制双馈感应发电机系统阻抗建模和稳定性分析

随着新能源渗透率的日益升高,基于双馈感应发电机(double fed induction generator,DFIG)的风力发电机组在电力系统中的比重越来越大。无锁相环直接功率控制(direct power control,DPC)不仅可以提高DFIG的动态响应能力,而且可避免锁相环对功率控制动态性能的影响。针对基于无锁相环DPC的DFIG系统接入弱电网下的稳定性问题,该文通过建立无锁相环DPC的DFIG系统阻抗模型,分析了其频率耦合特性及其对稳定性的影响,进而构建等效单输入单输出阻抗模型,实现控制参数和运行工况对系统稳定性的敏感性分析。最后构建仿真模型,对研究内容进行仿真验证。