暂态谐波电网下双馈风力发电机建模与控制技术

换相失败、励磁涌流、冲击性负荷等引起的暂态谐波进入电网易造成双馈感应发电机(DFIG)产生变流器过流脱网、机组稳定性破坏等严重后果。为提高暂态谐波电网下DFIG的运行性能,改善其馈入电网的电能质量,首先,建立了暂态谐波电网下DFIG的数学模型;其次,提出了一种基于重复控制调节器的控制策略,在暂态谐波冲击下分别实现了转子电流平衡且正弦和定子电流平衡且正弦的控制目标;然后,分析了所提控制策略的控制性能,包括谐波电压抗干扰性能及控制目标切换后的稳定性能;最后,基于硬件在环仿真平台,对所提控制策略的有效性进行了实验验证。

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。

基于FPGA的双馈风力发电机定转子解耦数字镜像超实时仿真

为实现双馈风力发电机(doubly fed wind generator,DFIG)大规模实时仿真,设计了一种基于现场可编程逻辑阵列(field programmable gate array,FPGA)的DFIG数字镜像IP核。并提出面向异步机定子与转子“T型”等效电路解耦的虚拟电容等效法,在此基础上提出DFIG内部各组件并行算法,最后构建DFIG-IP。通过流水线优化设计,完成基于FPGA的DFIG-IP在4种工况下计算精度与计算速度的实验验证。研究结果表明:该文所提方法降低DFIG异步机求解模块所需FPGA资源约77%;基于FPGA设计的DFIG-IP在500 MHz时钟频率下,超实时加速度比可达27.8,单个DFIG-IP占用ZCU106资源不超过20%;所提方法能够满足DFIG并网系统实时仿真在精度与速度上的要求。研究结果可为含大量新能源并网系统的电磁暂态仿真加速研究提供参考。

基于风速时空分布的双馈风力发电机定子绕组匝间短路故障特性分析

考虑由风剪切和塔影效应引起的叶轮扫掠面内风速时空分布,研究考虑风速时空分布的双馈风力发电机组机械和电气故障特性。首先,建立了考虑风速时空分布的等效风速模型,分别推导得到了考虑风速时空分布前后的风力发电机组机械转矩、转速,正常运行时和定子绕组匝间短路故障时定子电流的解析表达式及其变化特性;其次,在Matlab/Simulink平台搭建双馈风力发电机模型和故障模型,对定子电流进行频谱分析;最后,在风力发电机组故障模拟实验台进行了实验测试与研究。结果表明:考虑等效风速后,定子绕组匝间短路故障时定子电流中除了基频和基频的奇数倍,还会有调制频率3kfw。

基于多支路阻抗重塑的双馈风力发电机次同步振荡抑制策略

针对双馈风力发电机组次同步振荡现象提出一种基于多支路阻抗重塑的抑制策略。首先建立了双馈风力发电机组的输出阻抗模型,并通过聚合RLC等效电路分析次同步振荡机理。然后,提出多支路阻抗重塑抑制策略,建立了附加抑制策略后的阻抗模型,并解释了其抑制机理。接着,分析了多支路阻抗重塑抑制策略的附加控制参数选取范围,并指出该控制策略的优势在于同时在多个支路重塑系统电阻及电抗,拥有更强的抑制能力,能够抑制更为严重的次同步振荡。最后,对提出的方案进行验证,主要使用的方法是半物理实验方法。

双馈风力发电机组变桨距控制及低电压穿越技术要点

由于近年来我国的经济发展速度非常迅速,随之而来的能源问题也变得越来越重要,作为当今人类社会生存和发展当中所存在的主要问题,能源缺乏已经成为了人们所亟待解决的一个重要发展缺陷,通过开发和利用可再生资源,可以在一定程度上缓解人类的能源压力,而开发和利用可再生资源也是当前世界各国开展可持续发展战略的重要方式。风力发电作为可再生资源当中的一种,由于其自身清洁能源的特点,不仅能够节约不可再生资源,而且也可以降低对周围环境的污染,风力发电系统的效率也非常高,而且功率速度也非常大,通过对双馈风力发电机组控制技术以及风能开发的进一步研究,可以推动我国后续的能源发展。

双馈风力发电机功率控制方式的改进方案及验证

为了解决双馈风力发电机变桨电机容易故障失效的工程实践问题,提出了一种双馈风力发电机功率控制方式的改进方案。基于双馈风力发电机的数学模型,分析最大功率追踪系统的搭建方法。采用低转速时使用最佳叶尖速比法,高转速时使用最佳功率控制方案代替常用的最佳叶尖速比法转恒速控制。对两种方案创建MATLAB仿真,分析了最佳叶尖速比法和最佳功率控制方案的优缺点。仿真表明该方案较传统方案更有优势,可以减少变桨次数,明显提高变桨电机的工作寿命,与实际的解决方案相符。

基于MATLAB 2MW双馈风力发电机仿真研究

分析双馈风力发电机运行特性,采用最佳叶尖速比可实现最大功率跟踪;在MATLAB/Simulink实现双馈风力发电机建模及仿真分析,得到双馈风力发电机运行时的电流、电压、有功功率、转速、无功功率等参数输出波形。结果表明:采用最佳叶尖速比时双馈风力发电机在外界变风速环境影响下,可以捕获到最大风能且过程稳定响应快。

基于GRU-CNN的双馈风力发电机电刷滑环电弧故障诊断

电刷滑环系统是双馈风力发电机(DFIG)励磁系统的重要组成部分,由于DFIG的电刷滑环故障频发,加之现场缺少可检修条件,严重时因此造成的单机停机故障可令整个电场运行面临瘫痪。电弧故障严重影响电力设备的稳定运行,故障电弧发生时电流一般较小,其有效值达不到电流保护装置的整定值,而在某些负载工况下,正常工作状态的电流与串联电弧故障电流波形特征非常相似,导致串联电弧难以识别。针对串联电弧故障的识别难点,提出一种基于门控循环单元模型-卷积神经网络(GRU-CNN)的DFIG电刷滑环故障电弧检测模型。首先,分析了DFIG中故障电弧的成因;然后以电流、电压和磁环3种信号作为输入特征值,滤波后构建基于GRU-CNN的故障电弧检测模型;最后搭建滑环装置诊断实验平台,用相同的实验数据和层数训练GRU、CNN和GRU-CNN网络。结果表明,基于GRU-CNN的故障电弧检测模型的精确率和召回率均保持在99%以上,具有较强的工程实践意义。

双馈风力发电机三矢量模型预测电流控制

双馈感应发电机双矢量模型预测电流控制改善了传统单矢量模型预测电流控制中存在的电压矢量方向幅值固定、电流波形质量低、转矩脉动大等问题,但仅对q轴电流实现无差拍控制,仍存在着一定的电流纹波和转矩脉动。对此,在双矢量的基础上增加矢量数目,提出了三矢量模型预测电流控制策略。该策略中的期望电压矢量由相邻2个有效电压矢量和一个零矢量合成,其范围可覆盖任意方向、任意幅值,并对双馈风机机侧变换器d轴和q轴电流进行无差拍控制,有效地减少了d、q轴电流脉动。通过仿真和实验结果分析表明,相比于单、双矢量模型预测电流控制策略,三矢量模型预测电流控制下的电流纹波和转矩脉动明显减小,具有更优异的动稳态性能。

双馈风力发电机转子电流值的计算与仿真分析

风电市场已然是竞价上网的平价时代,在市场大环境的影响下,电机的精准设计成为了亟待攻克的热点。在双馈风力发电机的设计过程中,转子电流值计算的精确性不仅关乎电机成本问题,也对转子侧变流器的选择有重要影响。本文针对双馈风力发电机设计过程中转子电流的精确计算,提出了一种基于集肤效应及有限元仿真的解析及仿真方法。该方法可在误差允许范围内精确计算各工况下的转子电流值,为后续的精准化优化设计及转子侧控制策略的制定提供一定的指导作用,并通过与试验值对比,验证了其可行性。

基于连续细化傅里叶变换的双馈风力发电机电刷滑环磨损故障诊断

在实际工程应用中,电刷滑环系统故障较为频繁。作为双馈风力发电机(DFIG)的重要组成部分,电刷滑环系统磨损故障将会影响发电机的稳定运行。针对这一问题,提出一种基于连续细化傅里叶变换的DFIG电刷滑环磨损故障诊断方法。首先分析了DFIG电刷滑环磨损故障机理。然后通过仿真得到不同故障情况下的电气量,选取定子线电压和定子平均瞬时功率信号,基于连续细化傅里叶变换进行故障特征量的提取,验证了诊断方法的可行性。最后对不同故障类型和故障严重程度下的故障特征量进行对比分析。

基于双馈风力发电机的次同步振荡及其抑制策略

双馈感应发电机(DFIG)也称双馈风力发电机,其变速恒频的优点在风电场中得到了广泛应用。随着大量风电能源并网,远距离高压输电使用串补电容技术容易引起电网发生次同步振荡(SSO)。DFIG的定子绕组直连电网,因此在运行过程中极易受到电网SSO的影响。针对DFIG的SSO及抑制策略进行研究。首先,建立了DFIG系统数学模型,分析DFIG系统的控制策略;接着,针对SSO采用一种改进的基于2阶广义积分器(SOGI)的锁相控制技术;然后,在转子侧变流器(RSC)采用准谐振控制器(QRC)抑制SSO对于定子输出的影响;最后,通过MATLAB/Simulink软件仿真,验证了控制方案的正确性和有效性。

基于MATLAB的双馈风力发电机组动态特性分析

为了确保风电场的安全、可靠地为电力系统输送优质电力,提高电力系统的使用寿命,针对双馈风力发电机进行了研究,从最大的风能捕捉与光滑的输出功率出发,着重探讨了机组的数学建模问题。对双馈式风力发电机各个部件的工作原理、工作特点进行详细分析,并利用MATLAB软件对其进行建模。在此基础上,将该方法应用于电力系统的随机特性,并将其应用于电力系统的系统中。

风电场双馈风力发电机异常振动故障及排除措施

在风力发电场中,异常振动是影响双馈风力发电机稳定运行的重要因素之一,导致发电机异常振动既有设备本身的原因,也有外界环境因素影响。为了减少双馈风力发电机的异常振动发生率,提高机组运行稳定性,结合工作实践,对发电机常见的异常振动故障类型以及引起异常振动的主要原因进行总结,根据发电机对中不良、转子不平衡、定子异常、安装不当,以及轴承损伤等导致的电机异常振动故障,提出了相应的排除及防范措施。通过科学应用故障排除及预防措施,双馈风力发电机异常振动故障明显减少,机组的稳定性大大提高。

双馈风力发电机的高电压穿越技术解析

近年来,随着环境和能源问题日益严峻,人们越来越关注清洁型能源的研发。风电是一种清洁型能源,自然受到广泛的关注。目前,我国风电装机容量逐年增多。但风电场的运行会影响整个电网系统的稳定性。因此,风电场十分重视双馈风力发电机高电压穿越技术。本文简单阐述了双馈风力发电机及高压穿越技术,然后以红石峁风电场风电机组高电压穿越改造为例,进行了技术解析。

变速恒频无刷双馈风力发电机控制策略研究

近些年来,我国社会经济有了非常快速的发展,但同时也造成了我国资源、能源的紧缺,环境也在日益恶化。风力发电是新能源发电方式之一,但是需要投入很大的成本,因此,为了实现对风力发电成本的控制,文章设计变速恒频无刷双馈风力发电机,阐述该发电机在运行过程中存在的问题,进而提出相应的控制策略,希望对相关工作能有所助益。

基于多机协同调频的双馈风力发电机组频率控制方法

在对双馈风力发电机组频率进行控制阶段,由于对运行参数的跟踪缺乏实时性,导致控制结果的超调量较大,针对此,提出基于多机协同调频的双馈风力发电机组频率控制方法.文中分析了双馈风电机组的调频机制,确定了有功功率输出的设置要求,结合分析结果,利用多机协同调频的方式对有功功率输出进行控制,利用不同的跟踪曲线实现对运行参数的跟踪,并通过对不同机组的最大功率追踪曲线系数进行个性化设置,确保最终有功功率输出控制的精度,保障双馈风力发电机组频率与额定值实现高度拟合.在测试结果中,设计控制方法对应的超调量始终处于较低水平,且并未受到阶跃负荷扰动程度的明显影响.

异步双馈风力发电机组刹车系统事故预防研究

从异步双馈风力发电机组刹车系统火灾发生的主要两个因素着手,结合实际案例,分析了产生火灾的原因,从技术、设备及管理方面,提出解决异常刹车引发火灾的措施和建议,以期为风电机组安全运行和改造提供参考。

双馈风力发电机组主轴轴承失效原因及预防对策

双馈风力发电机组是目前应用最广泛、效率最高的风力发电机组,常用于各类大型风电场中,发电机作为双馈风力发电机组中的重要部件,发电机的主轴轴承直接影响发电机组的运行稳定性。随着风力发电机组运行时间增加,主轴轴承承受载荷越来越大,更加容易出现故障问题。为维护双馈风力发电机组稳定运行,文章重点从摩擦失效角度,分析了双馈风力发电机组主轴轴承失效原因,研究了双馈风力发电机组主轴轴承失效预防对策,从而提升风力发电系统的输出能力和运行效率。