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。

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。

直驱永磁同步风电机组的动态建模与运行控制

为分析直驱式永磁同步风力发电机组的联网运行特性,建立了直驱式永磁同步风力发电机组联网运行的数学模型;构建以永磁同步发电机输出功率为反馈量、转速为控制对象的最大风能捕获发电控制模型,建立了单位功率因数、id=0为目标的两种无功功率控制模型;在PSCAD/EMTDC仿真平台上建立相应的仿真模型,对直驱式永磁同步风电机组联网运行进行仿真分析,对所建立的数学模型和控制方法的有效性进行了验证,对比分析了发电机侧变流器采用两种无功功率控制策略时的运行性能。

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。

直驱永磁同步风电机组不对称故障穿越的研究

分析电网发生不对称故障对直驱永磁风力发电机组(D-PMSG)的影响,研究其控制策略,以提高其不对称故障穿越的能力。把电网电压实时引入机侧整流器参考功率的计算中,提出了按照电网正序电压和其额定电压的比减小发电机输出功率的控制策略。建立了经背靠背双PWM变流器并网的D-PMSG仿真模型。机侧整流器控制内环采用电流前馈控制,外环采用功率环控制发电机输出功率。网侧逆变器控制内环采用电流前馈控制,并控制负序电流为零,外环采用电压环稳定直流电压。仿真结果表明,在不对称故障时,这种策略保持了发电机功率平衡和变流器功率平衡,限制了直流电压的升高,保持了逆变器三相电流对称,实现了机组不对称故障穿越。

直驱式永磁同步风电机组机侧PWM控制

在介绍永磁同步发电机(PMSG)d,q轴数学模型和矢量控制理论基础上,提出在直驱式永磁同步风电系统机侧采用PWM控制方式,通过转子磁场定向控制策略,实现有功无功功率解耦控制,减小了损耗,并且较好地控制了转速。利用Matlab/Simulink进行仿真,并给出了仿真结果。同时搭建了基于TMS320F2808控制器的试验平台,对该控制策略进行了实验,实验结果验证了该控制系统的正确性与可行性。

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。

不同定向约束下直驱永磁同步风电机组多稳态解探讨

针对直驱永磁同步发电机(PMSG)机侧变流器无功功率未知时,PMSG稳态约束为不定方程组,需要补充边界条件才能得到唯一解的问题,文中建立了基于定子电流或定子电压定向约束的稳态求解算法。发现由于定向约束不能反映机侧无功平衡,两种定向下计算结果不一致。进一步考虑有功调度,在两种定向约束下分别采用转速调节或桨距角调节,建立PMSG稳态解算法。计算结果证实:定子电流定向时发电机有功损耗更小,机电能量转换效率更高,但是吸收无功功率更多;随风速增加,吸收无功功率增加,定子电流定向时发电机能量转换效率下降,定子电压定向时效率增加;转速偏离最优转速或增加桨距角,都可实现对PMSG的有功调度,但机电能量转换效率不同,采用桨距角调节时,收敛速度快于转速调节。

直驱永磁同步风电机组在全风速范围内的控制策略研究

为实现直驱式永磁同步风电机组在全风速范围内的高效、稳定运行,提出了一种基于最优转速给定的最大功率点跟踪控制策略与一种变桨距控制策略。当风速波动时,发电机转子转速的参考值将根据风电机组运行状态的不同选择不同的计算方式,使得风力机功率系数最大或稳定在额定转速不超速。而桨距角的大小将根据发电机的输出功率变化,当输出功率小于额定值时保持为0,大于额定值时增大使得输出功率稳定在额定值附近。最大功率点跟踪控制系统及桨距角控制系统都以发电机的输出功率大小作为控制方式的切换条件,无需复杂的切换规则。在Matlab/Simulink仿真平台上全风速范围内的风电机组的运行结果验证了所提出的控制策略的正确性与有效性。

直驱永磁同步风电机组的PID控制器设计与仿真

该文以10 k W的直驱永磁同步风力发电机(PMSG)为具体对象,对直驱永磁同步风力发电机组进行建模及仿真研究,在Matlab/Simuliuk平台上建立永磁同步风力发电机组各个子系统的数学模型。在发电环节整体动态仿真模型的基础上,采用变转速变桨距角的控制策略,针对变桨距控制系统设计了PID控制器,并调节PID参数,较好地实现控制器的性能。

直驱永磁同步风电机组的建模与仿真分析

根据风力机运行特性及最大风能跟踪原理,基于PSCAD/EMTDC设计了一套由永磁式同步电机与AC-DC-AC脉宽调制(PWM)变流器组成的风电机组软件仿真平台。文中建立了机组各部分模型,并介绍了具体功能的实现。整流侧控制定子q轴电流调节电磁转矩,实现最大风能跟踪;逆变侧实现了对有功、无功的独立控制。通过仿真风电机组在电网低压及不平衡故障下的工作特性,给出了电网异常状况下机组持续运行能力对变流器装置的要求。仿真结果表明,该风电机组不但可以优化风能吸收特性,而且具有良好的低电压穿越特性,在电网不平衡故障下可保持运行,并在故障消除后迅速返回正常工作状态。

减载运行方式下直驱永磁风电机组虚拟同步控制策略

随着风电并网容量的增加,导致系统惯量支撑能力不足,电网频率失稳等问题日益显著,虚拟同步发电机技术模拟同步发电机运行特性成为一种有效的解决方案。以风电场主流机型之一的直驱永磁风电机组为研究对象,在并网控制中引入虚拟同步控制策略,提高直驱永磁风电机组的等效惯量,使其向电网输送平滑功率。并利用机组自身超速和变桨协调控制提供备用容量,通过虚拟同步发电机的惯量响应控制环节增发有功出力,从而提升系统一次调频能力。仿真结果表明,所提出的协调控制策略能够充分利用风电机组自身减载运行和虚拟同步发电机技术,有效提升并网系统的频率稳定和惯性支撑效果,有利于电力系统的安全稳定运行。

直驱式永磁同步风电机组最大功率跟踪控制策略的研究

直驱永磁同步发电机具有直接驱动、结构简单、效率较高等优点,因而成为目前兆瓦级风电机组的主流机型之一,且市场份额有逐步扩大的趋势。以直驱式永磁风力发电系统为主要研究对象,在直驱永磁同步风力发电机(DDPMG)的运行特性基本原理基础上,建立包括风力机、直驱式永磁同步发电机及机侧变换器在内的整个系统的数学模型。应用定子磁链定向的方法,对系统进行矢量控制策略的研究,运用Matlab/Simulink建立了直驱永磁同步发电系统仿真模型,对风速阶跃变化时机组运行情况进行了仿真,结果验证了所建模型的合理性及控制策略的正确性和可行性。

直驱式永磁同步风电机组最大功率跟踪控制

以直驱式永磁风力发电系统为主要研究对象,在直驱永磁同步风力发电机（DDPMG）的运行特性基本原理基础上,建立包括风速、风力机、直驱式永磁同步发电机及机侧变换器在内的整个系统的数学模型。应用转子磁链定向的方法,对系统进行最大功率跟踪控制策略的研究,运用Matlab/Simulink建立了直驱永磁同步发电系统仿真模型,对渐变风速时的机组运行情况进行了仿真,结果验证了所建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电磁暂态模型降阶分析

针对风力发电系统的电磁暂态模型复杂、仿真速度慢,不适合实际工程应用的问题,研究了直驱永磁同步风力发电机组降阶模型。将暂态模型中传动系统模型与变流器模型进行降阶简化,由此得到了直驱永磁同步风力发电系统降阶模型,然后在DIgSILENT仿真软件中搭建详细模型与降阶模型,并通过时域仿真对详细模型与降阶模型的动态特性进行了比较。结果表明,降阶模型与详细模型具有较好的一致性和较高的精度,从而证明降阶模型也适合工程应用。

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的无功功率支撑策略

电网准则要求风力发电机组应该具有并网点电压调节能力。基于这一问题,提出了直驱永磁同步风力发电系统无功功率支撑策略。建立了风力涡轮机、永磁同步电机以及电压源型变换器的数学模型,分析了网侧和机侧变换器的控制原理,给出了系统控制框图。通过Matlab/Simulink仿真软件建立了1.5 MW直驱永磁同步风力发电系统的仿真模型,分别对电网正常和电网故障情况进行了仿真研究。实验结果表明所提出的无功功率支撑策略在直流母线电压稳定的基础上能够提升公共耦合点(point of common coupling,PCC)电压。当风电场中多台风电机组采用该方法时,能够帮助PCC电压恢复至正常范围。

直驱式永磁同步风电机组的风电场降阶等值模型

针对直驱式永磁同步风电机组的风电场等值建模这一难题,采用模型降阶方法和参数辨识技术,提出了一种风电场降阶等值模型构建方法。该方法首先根据直驱式永磁同步风电机组的数学表征构建聚合风电场的等值模型,采用平衡截断模型降阶方法进一步对风电场等值模型进行降阶处理,建立风电场降阶等值模型;然后利用确定自回归移动平均方法辨识等值风电场的模型参数,并通过实例风电场进行仿真分析。算例分析表明,数据的降阶等值模型能够合理表征风电场的并网运行状况,在风速波动和电网扰动下均能反映出风电场的动态输出特性,可为直驱式永磁同步风电机组的风电场运行分析及并网研究提供参考。

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。