基于智能卸荷电路的双馈风电机组故障穿越控制

双馈风电机组并网比例不断提高,加剧了电网遭遇外部故障导致规模化脱网问题。文章介绍了现有风机故障穿越控制方案的原理,考虑到频繁投切直流卸荷电路电阻易引起电压波形畸变、超级电容器控制方案成本过高等问题,提出了基于智能卸荷电路的双馈风电机组故障穿越控制方案。该方案将卸荷电阻通过DC/DC变换器与直流母线相连,在控制电路中引入有功功率-直流母线电压的下垂控制环节,实现故障期间电路电阻吸收功率的动态调节,同时设置高、低电压穿越两种模式,根据并网点电压变化情况自主启动。最后,在Matlab/Simulink中对智能卸荷电路控制策略进行验证。仿真结果表明,基于智能卸荷电路的风电机组故障穿越控制策略在直流母线电压抑制、电压恢复所需时间、转子电流畸变程度和方案经济成本等方面具有优势。

考虑源荷特性的双馈风电机组动态减载协同调频控制

为使双馈风电机组(doubly fed induction generator,DFIG)的有功输出能响应电网频率的变化,有效参与电网频率调节,提高风电系统的稳定性,文中分析了虚拟惯性控制、下垂控制以及减载控制的基本原理,探究了相关参数对风电并网系统频率特性的影响。在此基础上,提出一种考虑系统源荷特性的动态减载协同调频控制策略。该策略结合源荷扰动情况实现减载率修正,通过MATLAB/SIMULINK仿真验证表明:当负荷波动时,该控制策略相较于固定减载调频使含风电系统在不同风速下的频率稳定性有了显著提高。

弱电网下考虑锁相环影响的双馈风电机组复合解耦控制策略

在风力发电并网容量快速增长的同时,并网点的短路比同步降低,基于锁相环同步的双馈风电机组面临稳定裕度不足及功率耦合加剧的问题。该文通过构建双馈风电机组在弱电网下的小信号模型,探究锁相环对于电流控制的影响回路,降低系统稳定裕度的机理。进一步提出考虑锁相环影响的复合解耦控制策略,有效提升了双馈风电机组在弱电网下的稳定运行能力。该文通过仿真及实验验证了所提策略的有效性。

基于变系数PI控制的双馈风电机组自适应转速恢复策略

针对现有的双馈风电机组转速恢复策略无法兼顾抑制频率二次跌落和转速恢复性能的问题,提出一种基于变系数PI控制的转速恢复策略。首先,揭示转速恢复策略启动时刻、有功减载量对频率二次跌落和转速恢复性能的影响机制;其次,提出基于定系数PI控制的双馈风电机组转速恢复策略,初步实现有功减载量以“先抑后扬”的输出方式进行转速恢复;然后,针对基于定系数PI控制的转速恢复策略的不足,根据不同运行工况,将PI控制系数与风机转速建立耦合关系,提出基于变系数PI控制的自适应转速恢复策略,实现了在兼顾抑制频率二次跌落的同时,保障转速恢复性能;最后,通过EMTP-RV软件搭建不同扰动、风电渗透率的电力系统模型,验证了所提策略的有效性。

基于RBF神经网络的双馈风电机组最大功率追踪控制方法

双馈风电机组通过转子回路进行功率调节控制,当系统在最大功率点附近工作时,回路电流会出现高频振荡的问题。这种振荡会影响系统稳定性,最大功率追踪控制是解决该问题的核心手段。提出基于径向基函数(Radial Basis Function,RBF)神经网络的双馈风电机组最大功率追踪控制方法。分析双馈风电机组基本结构与运行原理,获取风电机组输出功率,并将其输入RBF神经网络输入层中,通过网络隐含层对其展开优化训练,再通过输出层输出最大功率。采用二阶滑模控制策略与比例-积分-微分(Proportion Integration Differentiation,PID)控制器相结合的方法对发电机转矩展开追踪控制,实现对双馈风电机组最大功率的追踪控制,使风电机组保持最大功率运行。实验结果表明,所提方法追踪效果好、追踪精度高、控制精度高。

主动支撑电网的双馈风电场故障功率协调控制方法

风电持续开发建设使同步发电机渗透率降低,电力系统抗扰能力不断下降。双馈风电场(doubly-fed wind farm,DFWF)内部故障后,双馈风电机组(doubly-fed wind turbine,DFWT)的切除导致电力系统出现功率缺额,可能威胁系统安全稳定运行。为此,利用故障期间DFWT机械功率与电磁功率不平衡累积的暂态能量,提出了主动支撑电网的双馈风电场故障功率协调控制方法。分析了DFWF内部故障特征,提出了故障全过程功率协调控制的思想。推导了DFWF内部故障下DFWT的转速解析表达式,分析了DFWT暂态能量的特征并给出了最大暂态能量的计算方法。在此基础上,给出了DFWT功率支撑控制参考值与功率支撑控制时间的计算方法,并提出了DFWT故障功率协调控制策略。算例表明,DFWF故障功率协调控制可利用暂态能量最大限度地提供功率支撑,降低DFWF内部故障对电力系统的影响。

并网双馈风电机组频率支撑能力控制策略研究

针对双馈风电机组无法对电网频率提供支撑的问题。首先,研究双馈风电机组的运行原理。然后,分析实现双馈风电机组频率支撑能力的附加桨距角控制策略和综合虚拟惯量控制策略。最后,仿真验证双馈风电机组频率支撑能力控制策略的有效性。

双馈风电机组利用转子动能进行一次调频能力动态估计

通过释放转子动能参与一次调频的风电机组,其一次调频能力随外界工况特别是风速的波动而变化,需要动态估计一次调频能力,从而为电力系统运行规划、控制策略制定等提供依据。基于风电机组参与一次调频的功率转换动态过程分析,提出了计及风电机组转子转速动态变化的一次调频简化解析模型,借助其一次调频能力的解析解,可快速分析风速波动对风电机组一次调频能力的影响;提出双馈风电机组一次调频能力的概率解析描述,利用点估计与Gram-Charlier级数展开,获得了风电机组一次调频能力随风速波动的概率分布特征。仿真验证了所提动态解析模型的准确性和一次调频能力概率估计方法的可行性与有效性。

基于模型预测控制的双馈风电机组调频与转子转速恢复策略

双馈风电机组可通过释放存储在转子中的动能参与系统调频,但转速恢复时可能引起频率的二次跌落,不利于系统频率稳定。为此,提出了一种基于模型预测控制的双馈风电机组惯量控制转子转速恢复策略。首先,基于风电机组惯量控制转速恢复时刻有功减载量对系统频率和风机转速的影响,建立了预测控制模型;其次,将降低系统频率二次跌落和恢复转子转速作为目标函数,根据系统频率实时滚动优化风机有功减载量,在抑制频率的二次跌落深度的同时兼顾转子转速恢复,以提高系统的频率稳定性;最后,在Matlab/Simulink中建立仿真模型,验证了所提控制策略的有效性。

双馈风电机组传动链低电压穿越响应分析

为了分析双馈风电机组低电压穿越对传动链齿轮与轴承等部件冲击载荷的影响,分别采用转子有限元法与集中参数法对传动链中的盘、轴、轴承、联轴器以及齿轮等部件进行了动力学建模,结合风电机组气动载荷与控制模型,建立了传动链动态响应仿真程序。利用建立的仿真程序对风电机组稳态工况进行了仿真,筛选出齿轮啮合力与轴承力最大的部件。将风电机组低电压穿越测试曲线加载到仿真程序中,对低电压穿越各类工况动态响应进行了对比分析。结果表明:低电压穿越会对风电机组传动链的齿轮与轴承产生冲击,并且冲击载荷的大小与机组工况载荷、电压跌落幅值以及跌落形式相关,并且这三者的影响因素是依次递减的。

双馈风电机组传动系统神经网络建模及参数预测

传动系统是双馈风电机组的重要组成部分,其模型对电力系统同步稳定及频率稳定分析具有重要影响,准确的传动系统模型参数是分析新能源电力系统动态特性的前提。为解决因大扰动量测信息不充裕导致模型参数难以辨识的困难,提出利用机组正常运行状态时随机小扰动激励下丰富的历史响应数据,根据响应数据与模型参数的对应关系构建神经网络模型,并根据当前响应数据进行驱动系统模型参数预测。首先讨论了基于BP神经网络进行数据建模的基本流程;针对含双馈风电机组的无穷大系统仿真算例,提取随机风速扰动下响应信号受扰轨迹的功率谱特征;定义功率谱灵敏度指标,提出选取功率谱灵敏度较大的参数作为重点参数;最后基于BP神经网络构建响应信号功率谱与模型参数之间的非线性映射,基于训练得到的BP网络辨识新响应下的模型参数。通过分析BP神经网络动态模型的误差,验证数据驱动建模方法的可行性。

虚拟同步控制下双馈风电机组传动链动态特性分析

虚拟同步发电机针对(VSG)控制对风电机组机械结构影响缺乏认知问题,开展VSG控制下双馈风电机组(DFIG)传动链动态特性分析研究。建立计及传动链柔性的DFIG模型,并通过转子侧变流器实现DFIG的VSG控制。考虑电网频率冲击扰动与风速持续扰动两种情况,通过所建模型仿真对比VSG控制和传统矢量控制下DFIG传动链动态特性,并分别从时域和频域分析VSG关键控制参数对传动链动态特性的影响。结果表明,DFIG运行于VSG控制模式时,电网频率冲击扰动在其传动链激励出大幅度的冲击性自由扭振,风速持续扰动引发其传动链出现大幅度的持续性受迫扭振和幅度较小的持续性自由扭振,且VSG关键控制参数对自由扭振强度影响显著。

微电网中考虑运行参数变化的双馈风电机组振荡特性研究

为了研究微电网内电力设备间的耦合及振荡特性,以双馈风电机组为例,基于暂态能量流法,计及风速和机组控制策略,推导双馈风电机组中风力机子系统、发电机及励磁子系统的能量函数;然后,研究风速、机组控制参数等运行参数变化时各个子系统能量消耗的变化机理,分析机组振荡特性;最后,在PSCAD/EMTDC平台建模仿真,分析运行参数变化时双馈风电机组的能量变化及功率振荡特性,并与特征值计算结果比较,验证分析的合理性,得到风速变化对双馈风电机组振荡的影响机理。

运行参数变化时双馈风电机组振荡机理及特性研究

为研究风力机功率在风电机组中传播、变换时与风电机组各环节的耦合关系及机组输出功率振荡特性,以双馈风电机组为例,首先计及塔影效应和风剪切、风速大小,推导各子系统的能量函数;考虑机组阻尼及风速变化,分析各子系统能量变化及机组输出功率的振荡特性;最后,在PSCAD/EMTDC上建模仿真,通过能量变化深入分析风力机功率在机组内传播机理及功率振荡特性。仿真结果表明:含低频振荡分量的风力机功率通过负阻尼双馈风电机组时,与机组的次同步振荡耦合,风力机子系统、发电机及励磁子系统输出能量大幅增加,机组输出功率中既有低频振荡也有次同步振荡,它们随机组阻尼和风速变化而变化;风速变化时双馈风电机组消耗的能量主要由风力机子系统决定。

基于频域通用建模的双馈风电机组参数的一体化辨识方法

风电在电网中的占比逐年提高,其动态特性,尤其是故障穿越特性,对电力系统的影响日益显著,亟须构建能够表征实际风电机组动态特性的白盒模型。然而,风电机组的模型参数众多且交互影响,当前的参数辨识方法无法实现对整个机组故障穿越控制参数及限幅参数、转子侧内外环控制参数、网侧内外环控制参数和电气参数的整体辨识,尤其是无法精准辨识对外特性不敏感的参数。为解决这些问题,针对双馈风电机组故障穿越工况,构建了包含机组本体及全部控制器的频域通用模型,将参数分为4类逐步辨识,提出基于频域模型的分类分步一体化辨识方法。通过与仿真模型结果对比,验证了频域通用模型的准确性;通过参数辨识值与真值的对比、辨识出的白盒模型与厂家黑盒模型的响应特性对比,验证了所提方法的有效性。

基于神经网络的双馈风电机组转速PID控制仿真

为了提高双馈风电机组的转速控制性能,采用了基于BP神经网络的PID控制方案和基于RBF神经网络辨识的PID控制方案,在推导出双馈风电机组暂态电势恒定情况下随风速变化的二阶转速调节模型基础上,分别编制仿真程序,对风电机组转速控制进行了跟踪仿真分析。针对上述两种方案的缺陷,提出了基于RBF网络辨识的单神经元网络PID控制和基于RBF网络辨识的BP神经网络PID控制两种改进控制方案,达到了优化风电机组转速控制性能的目的。

双馈风电机组动态虚拟惯量和阻尼模糊自适应控制策略研究

针对传统双馈风电机组虚拟同步控制(VSG)中因负载突变导致电网频率、输出有功功率波动较大和暂态调节时间过长的问题,提出一种基于模糊自适应控制策略的变参数风电机组虚拟同步发电机控制策略。首先,在机组转子侧变流器中引入VSG算法使得风电对电网频率具有主动支撑能力,并建立DFIG-VSG有功功率小信号模型分析惯量和阻尼系数对系统稳定性的影响;然后,通过分析系统暂态过程中的功频变化原理并结合不受线性量化约束的模糊算法,将虚拟惯量和阻尼的范围作为模糊自适应环节的输出论域,进而实时调整惯量和阻尼系数以降低功率超调和频率偏移。最后,在Matlab/Simulink中基于DFIG-VSG机组的仿真结果验证了所提模糊自适应VSG控制策略的可行性、有效性及优势。

基于模型降阶的双馈风电机组虚拟同步机控制参数优化

针对虚拟同步机(VSG)控制的双馈风电机组(DFIG)中由模型阶数过高导致的动态性能指标和参数优化求解困难的问题,兼顾稳定性与动态性能,提出一种改进的劳斯赫尔维茨与帕德近似结合的模型降阶方法。首先,建立DFIG-VSG系统的数学模型,基于此提出一种转子电流前馈补偿解耦的双环控制策略;然后,建立DFIG-VSG并网系统的小信号模型,得到对应的高阶闭环传递函数。基于该文提出的模型降阶方法对DFIG-VSG高阶传递函数进行降阶可得到输出有功功率的二阶传递函数,并进一步通过约束动态参数与稳定裕度得出一套控制参数选取范围,在该选取范围内通过根轨迹法分析主要控制参数对DFIG-VSG并网系统的影响。在不同风速工况下,通过Matlab/Simulink仿真验证了所提方法的可行性。

双馈异步风电机组机侧转速控制器的设计与仿真研究

双馈异步风力发电机组(DFIG)机侧(即转子侧)变流器作为其电控系统的核心控制部件,主要负责双馈感应电机的转速控制和发电机无功调节任务,但由于其具有非线性、强耦合等复杂特性,导致变流器的控制器设计十分困难。针对上述情况,提供一种DFIG转子侧变流器控制策略设计方法和控制参数优化方法,可通过调节转子侧电流大小实现双馈感应电机转速、无功的无静差调节;并以1.5 MW DFIG实际参数为模型,利用Simulink仿真软件对该控制策略进行仿真验证。研究结果表明:利用PI控制器可实现DFIG转速-转矩控制,发电机转子侧电流理论上可实现无静差跟踪。

适用于双馈风电场送出线的纵联方向保护研究

考虑风电场接入电网时,传统方向元件在短路故障发生时易受到风电场内部电力电子器件动态特性的干扰影响,导致频率特性偏移,系统参数不稳定和弱馈性等问题,使继电保护装置不能及时或正确判断故障发生区域。针对上述问题,首先对含有风电场的故障附加网络进行分析,寻找故障发生后纵联保护安装处各测量点电气量之间的关联性,确定其故障逻辑关系。其次通过对常用的相模变换解耦方式进行分析,选择一个合理的方法代入相关性表达式,根据相关系数值完成故障区域判定。最后利用PSCAD/EMTDC搭建双馈风电场并网模型,设置各种不同的故障类型和场景,并利用Matlab进行保护算法验证,检验故障区域判断结果,验证所提保护方法的正确性与合理性,并且仿真结果表明该方法具有较高的可靠性。