并联永磁同步风电机组小干扰稳定性分析

采用平均磁链定向控制多台永磁同步风电机组进而构造分频发电系统是未来陆上尤其是海上风电的汇集方案之一,但对该模式下多台风电机组间稳定性的研究鲜有文献涉及。针对此问题,基于特征值分析法,研究了平均磁链定向控制的永磁同步风电机组之间的小干扰稳定性。首先,基于高压大容量直驱式永磁同步风电机组的分频集电系统拓扑结构,建立了适用于小干扰稳定分析的风电系统的数学模型;其次,通过辨识振荡模态并分析模态参与因子确定了影响系统振荡的主控因素,通过绘制根轨迹分析了主控因素参数变化对系统振荡的影响,并发现系统振荡受发电机电感、电阻和直流电容参数的影响最大;最后,通过时域仿真验证了研究结论的正确性。

含UDE附加阻尼支路的构网型直驱永磁同步风电机组次同步振荡抑制策略

针对构网型直驱永磁同步风电机组在弱电网下的次同步振荡问题,该文提出了基于不确定性和扰动估计器(UDE)的附加阻尼支路振荡抑制策略。首先,网侧变流器采用虚拟同步机(VSG)技术,并基于谐波线性化理论建立了网侧变流器序阻抗模型;其次,深入分析引入电压电流双闭环控制对弱电网下构网型直驱永磁同步风电机组产生次同步振荡的影响特性,提出了电流环引入UDE附加阻尼支路的振荡抑制策略,并基于UDE的附加阻尼控制采用滤波带宽思想对系统扰动进行估计,通过动态电压补偿方式实现阻尼支撑,可有效抑制次同步振荡,提升系统鲁棒性;最后,通过时域仿真验证了所提振荡抑制方法的有效性。

永磁同步风电机组传动轴振动分析与抑制

风速的随机性与不确定性以及塔影效应与风的纵向剪切效应,会激励大型永磁同步风电机组(PMSWT)传动轴的固有频率,引发机组振动。振动过程不仅会产生巨大的污染噪声,还容易造成机组零部件的松动与各执行机构的损害,加快传动轴的疲劳,直至其疲劳寿命耗尽而出现裂纹或断裂,严重影响机组的使用寿命。此外,振动更易引起并网电压闪变及功率的波动,影响所发电能的质量。首先采用模态分析法将兆瓦级永磁同步风电机组在最大功率点跟踪(MPPT)时传动轴振动分为刚性旋转振动与扭转振动。然后针对传动轴振动的产生原因与机理做了详细的分析研究。通过理论推导得出电容储能的变化含有机组振动的信息,且该信息容易获取,因而从该点出发提出了相应的振动抑制方案。所提控制方案通过在转速环与转矩环引入了与电容储能变化相关的补偿转速与补偿转矩,无需检测其他振动信息、简单、易实现,具有一定的实际应用价值。结果表明所提方案增强了机组的抗扰特性,能有效抑制传动轴的扭振,并减轻轴系的刚性振动,同时还可充分利用风能,提高机组的发电量与所发电能的品质。

直驱式永磁同步风电机组的风电场等值建模

通过对直驱式风电机组运行状态的分析可知:在风电场中,桨距角大于0的机组运行于额定工作点,而其余风电机组的运行点可由电磁转矩、发电机转速这两个状态变量反映。由此,提出了一种以风电机组具有相同或相近运行点为分群原则的风电场等值建模方法:首先将桨距角大于0的机组归为一组,再以电磁转矩、发电机转速作为分群指标利用K-means聚类算法进行分群计算,最后采用容量加权法计算分群后等值机组的参数并考虑了风电场内集电系统的影响。为了进行对比分析,在Matlab/Simulink平台上搭建了风电场的详细模型、以状态变量分群的等效模型及以风速分群的等效模型,仿真结果验证了所提出的建模方法能更准确地反映风电场在风速波动及电网故障情况下的动态特性。

高速永磁同步风电机组建模及其控制策略

为分析高速永磁同步风电机组的并网运行特性,建立了包括永磁同步发电机、双PWM变流器和电网电压跌落的风电系统模型。分析了其实现最大风能跟踪、低电压穿越的过程,建立了机侧、网侧变流器的矢量控制模型。运用MATLAB/Simulink建立了2MW机组仿真模型,对风速变化和电压跌落时机组运行状况进行了仿真,结果验证了模型的合理性及控制策略的正确性和可行性。

直驱永磁同步风电机组次同步振荡建模与分析

为了研究直驱永磁同步风电机组(DDPMSG)次同步振荡问题,建立了完整的风电系统动态数学模型。采用特征值分析方法全面分析了全功率变换器控制器参数对系统振荡模式的影响:将风电系统动态模型在稳定工作点线性化后得到系统的系数矩阵,计算出系统的振荡模式;由于控制器参数个数众多,为了简化分析过程,通过计算参与因子筛选出与系统振荡模式关联度高的控制器参数,在此基础上进一步分析这些控制器参数对系统振荡模式稳定性的影响。分析和仿真结果表明:转速调节器比例系数较小,则易引起轴系扭振;直流电压调节器积分系数过大,则易引起网侧功率的次同步振荡。

基于改进VMD和SOBI算法的直驱永磁同步风电机组次同步振荡模态辨识

针对直驱永磁同步风电机组(Direct-drive permanent magnet synchronous wind turbine generator,DDPMSG)产生的次同步振荡(Sub synchronous oscillation,SSO)问题,提出基于改进变分模态分解(Variational mode decomposition,VMD)、2阶盲辨识(Second order blind identification,SOBI)和Prony算法相结合的次同步振荡模态辨识方法。首先,利用改进变分模态分解将直驱永磁同步风电机组产生的一组次同步振荡信号作为单通道信号进行分解,得到一组相应的固有模态函数(Intrinsic mode function,IMF);其次,引入盲源分离(Blind source separation,BSS)思想,采用SOBI算法得到完整精确的次同步振荡源信号,并利用Prony算法辨识出该信号的频率、阻尼比和衰减因子。仿真结果表明,对于直驱风电机组产生的次同步振荡信号,该方法能够高效准确辨识出其模态参数,可为次同步振荡抑制问题的研究奠定基础。

直驱永磁同步风电机组高电压穿越技术研究与试验

针对大容量直驱永磁同步风电机组的高电压穿越问题,研究了电网电压升高对全功率变流器母线电压的影响;在风电机组不同的无功输出情况下,分析了机组升压变压器阻抗对并网点电压影响规律。在此基础上,确定了电网高电压故障下无功电流注入的原则,提出了基于变流器动态无功控制的高电压穿越控制策略,并从＂高电压判断-高穿执行-高穿结束＂3个方面分析了主控系统协调配合机制。在MATLAB中建立了2.5 MW直驱永磁风电机组的仿真模型,实现了风电机组高电压穿越全过程动态仿真;利用电网高电压发生装置,在MW级直驱永磁同步风电机组上进行了高电压穿越现场试验研究,试验结果表明理论与仿真分析的准确性及控制策略的有效性。

基于同伦函数的直驱永磁同步风电机组次同步振荡特征值分析

为了研究直驱永磁同步风电机组的次同步振荡问题,建立了典型的风电系统数学模型。在使用传统特征值分析法的基础上,利用同伦函数代替参与因子法,准确且直观地辨识出系统振荡模态特征值对应的状态变量。在此基础上进一步分析状态变量对应的参数对系统振荡模态特征值的影响。最后,通过PSCAD/EMTDC平台进行时域仿真。结果表明:直流电压控制外环积分系数和电流控制内环比例系数对系统的次同步振荡有很大影响。

钒电池储能平抑三电平直驱式永磁同步风电机组功率波动研究

为了改善2MW双三电平直驱式永磁同步风电机组的并网功率波动,提出网侧采用全钒液流电池(Vanadium Redox Flow Batter,VRB)储能的解决方案.在研究双三电平直驱式永磁同步风电机组系统模型、VRB储能系统等效电路、VRB储能系统平抑功率波动的控制策略的基础上,对变风速工况下采用VRB储能系统实现平抑并网功率波动进行了仿真研究,仿真结果表明,所采用的控制策略可实现风机稳定运行,直流侧电压稳定的控制.在变风速情况下,直驱式永磁风电机组输出功率波动明显,采用VRB储能系统控制后功率波动得到有效改善.

永磁同步风电机组传动轴振动控制

可再生能源是现今乃至未来一段时间能源发展的热门话题。我国在东南沿海和西北风场都设立有风力发电机组。永磁同步风电机组是变速恒频风力发电系统中的一种。在永磁同步风电机组运动过程中受风剪切力、风速等多种因素的影响导致永磁同步风电机组传动轴振动。为了解决这一问题,在不改变传动轴机械阻尼的前提下,通过提高系统的电气阻尼来控制传动轴的扭振进行抑制。保障永磁同步风电机组的正常运行。

基于直驱式永磁同步发电机组的风电场动态建模

根据某大型风电基地200 MW标准直驱机组风场的电气参数和出力数据,利用风机功率曲线求取等效风速,按照单机法思想建立了直驱式永磁机组风电场的单机聚合模型。运用DIgSILENT PowerFactory软件建模仿真,与详细风场模型、多机法聚合模型进行了对比,探讨了模型的可行性。此外,分析了风场集电线路对聚合模型精度的影响,并提出了单机聚合法的适用性和建模过程中集电线路的取舍原则。

关于永磁直驱同步风电机组低电压穿越的技术改造分析

本文先对低电压穿越技术定义以及现行要求进行分析,研究电压特性曲线,在此基础上,分别从机侧、网侧变流器、风机转子变速储能变桨距角对直驱永磁同步风力发电机组低电压穿越技术加以改造,并给出改造后的仿真结果。

基于PSCAD的永磁风电机组的运行控制策略分析

直驱式永磁同步风电机组具有功率高和可靠性高等优点,已经发展成为风力发电市场的主流机型之一。本文在分析直驱式永磁同步风电机组的国内外研究现状基础上,以5MW直驱式永磁同步风力发电机组为对象,根据解耦控制原理,通过PSCAD电气仿真软件构建了直驱式永磁同步发电机组的控制系统模型,包括电机侧变流器、电网侧变流器及风力机控制系统,以期对永磁风电机组的动态特性研究具有一定指导意义。

直驱式永磁风力发电机组并网控制

为了省去直驱式永磁同步风力发电机组D-PMSG(direct-drive permanent magnet synchronous genera-tors wind turbine)串接的交-直-交变流器,减少初期投资费用,文中设计了D-PMSG并网控制策略。通过对交-直-交变流器的控制,使发电机定子电压与低频母线电压满足准同期并网条件时,短接串连在主电路中的双PWM变流器,将发电机定子直接连接在箱式变压器上,电能以低频传输到背靠背换流站,在换流站变换为工频送入电网。运用PSCAD/EMTDC软件仿真了两台机组的并网过程,并分析了并网控制策略的经济成本,结果表明这种并网方法具有一定的可行性。

直驱永磁风力发电机组低电压穿越控制研究

为了提高永磁直驱同步风电机组(PMSG)并入电网的运行稳定性,研究了3种低电压穿越技术,提出了结合增大网侧输出有功、投切Crowbar电路和调节电磁转矩的控制方案。同时设计了风电机组新的机侧变流器和网侧变流器的低电压穿越控制策略,利用能量平衡原理对故障后转速表达式进行了推导。在Matlab/Simulink平台电压跌落情况下对直驱风电机组进行一系列的仿真,仿真结果与理论分析一致,验证了该控制方案能优化系统低电压穿越的性能。

直驱风电机组风电场接入后的电力系统暂态稳定计算

本文对由直驱式风电机组构成的风电场接入电力系统后的暂态稳定问题进行了研究。直驱永磁同步风力发电机组(DDPMG)被称为第三代风电机组,具有广泛的发展前景,但针对DDPMG接入系统后的暂态稳定问题的研究非常少。文中搭建了DDPMG的暂态仿真模型,并在PSAT平台上调用多步高阶Taylor级数法程序求解电力系统中接入由直驱式风电机组构成的风电场后的暂态稳定问题。文中重点研究了常态运行情况下由风速的变化引起的系统暂态问题及电网内部出现大扰动后的系统的暂态稳定问题,给出并分析了两种状态下发电机功角、转速、电压幅值等的变化情况,为针对DDPMG接入系统后的暂态稳定问题的进一步研究提供了参考。

海上风电场MMC-HVDC并网系统暂态行为分析

对于海上风电场模块化多电平换流器型高压直流输电(MMC-HVDC)并网系统,提出风电场侧模块化多电平换流器通过双维度单环直接控制风电场集电系统交流电压的方法,有效控制集电系统交流电压并保持稳定。基于PSCAD/EMTDC建立整个海上风电场直流并网系统模型,进行相应仿真研究,针对风速变化、风电场集电系统故障、电网故障以及MMC-HVDC直流单极接地故障等几种情况进行暂态分析,并与交流并网系统暂态结果进行比较。研究结果表明,采用所述控制方法的并网MMC-HVDC系统在发生相应故障时能够保持稳定运行,验证了海上风电场MMCHVDC并网系统及相应控制方法的正确性和有效性。

在PSASP/UPI环境下的风电场潮流计算

考虑风速的随机性、风力发电机出力的不确定性、尾流效应影响的潮流计算方法进行了研究,使用PSASP的用户接口程序,编写风电场模型的用户程序,使PSASP环境下的潮流计算模块与用户程序模块交替迭代求解,实现了含风力发电机组的潮流计算。将提出的模型接入单机无穷大系统进行潮流计算,验证了程序的有效性及合理性;接入3机9节点系统进行潮流计算,分析比较了风电场加入前后系统的节点潮流变化情况,为风电机组出力不确定情况下的潮流定量计算提供参考。

结合自抗扰的风电系统电压环模糊自适应控制

针对直驱式永磁同步风电机组(permanent magnet synchronous generator,PMSG)矢量控制中的网侧电压、机侧功率波动问题,提出一种模糊自抗扰控制策略。在保证系统稳定的前提下将控制器应用于电压环,加快变流器能量转移至电网的速度,提高系统的暂态特性。最后,通过仿真深入对比分析该文所提控制策略和传统PI控制策略下直流母线电压和并网点电流、电压的波形。结果表明,该文所提结合扩张状态观测器的风电并网模糊控制策略的正确性和可行性。