直驱式风电机组风电场动态等值

以并网点运行特性一致性为目标,提出了一种直驱式风电机组风电场的等值算法。该等值算法定义了能够反映全部直驱式风电机组运行特性的分群指标,利用聚类算法对直驱式风电机组进行分群;以等值机的风力机与单台风电机组风力机的功率转换特性不变为原则,对同群风电机组的风力机参数进行等值;以被等值的风电机组输出功率之和与等值机输出功率相等为原则对风电场集电线路进行了静态等值。仿真研究表明,等值前后风电场并网点的运行特性一致,等值算法能够更加准确地反映直驱式风电场的并网特性,具有重要的工程应用价值。

结合风速预测的直驱风电机组减载调频策略

直驱永磁风电机组常用的减载调频控制策略缺乏对风电机组运行经济性和调频能力的考虑,易导致系统出现调频能力不足或备用功率冗余的问题,对此提出了一种基于变减载率的优化减载调频策略。首先划分不同的风速模式,确立不同模式下的超速与变桨距协调控制方案;其次考虑系统调频能力和发电量两因素,设计函数求取不同工况下的最优减载率;由于风速波动频繁,风机控制具有延迟,因此利用风速预测和滑动窗口法对最优减载率做进一步调整;最后搭建系统仿真模型,通过改进的频率控制动态调整减载率参与系统调频。仿真实验表明,所提控制策略与常用的策略相比在实时风速、负荷扰动下系统频率动态偏差减小、达到最低值的时间延长,风机发电量增加,桨距角变化量减小。该策略能满足调频需求,提升调频质量,减小机械磨损,提高风机运行的经济性。

基于自抗扰的直驱风电机组强迫振荡抑制研究

风剪切和塔影效应会导致直驱式风电机组产生强迫功率振荡,影响系统的安全稳定运行。因此,提出了一种基于自抗扰控制的虚拟惯量控制方法,该方法通过扩张状态观测器观测估计系统扰动量,同时利用跟踪微分器调整系统频率的参考值,优化风电机组控制功率。仿真结果表明,相比传统的虚拟惯量控制,所提方法具有更好的抗干扰性,能更有效地对扰动进行观测估计并补偿,达到抑制直驱式风电并网系统强迫振荡的目的。

基于电压迭代的直驱风电场短路电流计算方法

风电场短路电流计算普遍采用等值模型,不计内部线路、变压器等因素,精度欠佳;而考虑上述因素的短路电流计算方法多采用电压电流同时迭代的方式,其收敛性难以直观验证。为此,提出了一种计及风电场内部结构参数的短路电流算法。首先,结合限幅作用下的D-PMSG(永磁直驱风电机组)电流特性与最大维度的风电场节点电压方程,构建了风电场短路电流计算模型;其次,利用诺顿等值消去未知电流参数,并结合工况变化确定修正的节点电压方程;最后,结合电压迭代,得出了基于修正模型和风电场特性的短路电流计算方法。仿真对比结果表明,所提方法具有较高的准确性以及更好的收敛性。

永磁直驱式风电变流器整流侧过电压抑制方法

永磁直驱式风电变流器在风电系统中扮演着重要角色,但整流侧过电压问题一直是影响其安全稳定运行的关键因素,因此提出了一种针对永磁直驱式风电变流器整流侧过电压的抑制方法。首先,分析了整流侧过电压的产生机理,包括电网电压波动、风力变化等因素对整流侧电压的影响。然后,设计了一种基于负荷能量泄放回路和储能单元的过电压抑制策略,当检测到直流母线电压过高时自动投入负荷泄放回路,消耗掉富余能量,抑制直流侧过电压,同时通过在直流母线上设计专用储能单元,将富余能量转移到储能系统中存储,故障恢复后或按需要将所存储的能量馈入电网。此外,还探讨了如何通过电力电子双向变换设备将储能单元接口到变流器的直流母线,以实现能量的高效利用和电压的稳定控制。

基于无功就地平衡的风电场内部分散决策式精细化无功电压控制策略

“沙戈荒”大规模汇集系统远离主网,呈现出较强的无功电压敏感特性,风电场整体和内部的无功不平衡在并网送出线路和场内馈线上产生的压差较大,传统的风电场无功电压控制方案难以保证其安全经济运行,为此提出一种风电场内部分散决策式精细化的无功电压控制策略。从无功需求的物理本质出发,详细分析风电场内各元件的无功需求并给出具体计算方法,进而建立风电场分布式多中心无功平衡模型,以非迭代方式直接求解场内各无功电源的无功指令。为衡量场内馈线上不合理无功流动,定义分区无功穿越量的概念,并推导出其计算表达式。算例分析结果表明:风电场内部分散决策式精细化无功电压控制策略能够强化风电场内无功就地平衡,有效改善馈线电压分布,大幅减少馈线上的无功穿越和有功损耗,提高风电场并网运行的安全性与经济性。

变无功电流比例系数的直驱风电并网系统电压连续穿越控制策略

新能源并网导则规定风电并网系统应具备电压连续穿越的能力,而现有故障穿越控制策略主要保持无功电流比例系数为定值,缺乏定量描述无功电流比例系数的依据,可能导致后续电压连锁故障与变流器过调制等问题。为解决此问题,提出一种变无功电流比例系数的电压连续穿越控制策略。该策略依据有功电流大小与无功补偿装置切入时机划分故障电压区间,并根据并网准则要求、变流器过流限制、过调制、故障前风机的运行工况以及后续电压连锁故障等约束条件,实时计算出不同故障电压下风电场动态无功电流比例系数。该方法在满足约束条件的同时能最大程度提升风电并网系统的电压主动支撑能力,确保电压连锁故障期间风电并网系统安全稳定运行。最后,在PSCAD/EMTDC软件平台建立仿真模型,验证上述分析的正确性。

直驱式机组风电场的无功补偿分析研究

文章基于装机总容量为49.5MW的某达坂城实验风电场为研究对象,根据风电场实测数据计算不同有功和无功出力、风电场的无功损耗和母线电压波动情况。为了让风电场不同容量直驱式机组的无功能够充分发挥出来,文章提出了恒功率因数无功控制方案,建立相关模型,通过仿真论证该方案的可靠性与实用性。实验结果表明直驱式风电机组的风电场能够充分利用风电机组的无功容量,减少母线汇集点无功补偿容量,基本能满足风电场的无功损耗,提高了母线电压的稳定性和安全性,具有较好的经济效益。

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。

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。

基于分频段辨识的永磁直驱风电场小信号等值方法

随着风电渗透率不断增大,电力系统稳定性分析需要精确的风电场模型。鉴于精细风电场模型的复杂性,在保留所需精度水平的同时,建立对精细模型进行合理简化的等值模型是非常必要的。以等值前后风电场奈奎斯特特性一致为目标,提出一种适用于直驱风电场的小信号等值建模方法。通过直驱风电机组等值参数计算的并联原则,初步计算等值模型参数。结合粒子群优化算法对等值前后的系统奈奎斯特曲线进行分频段辨识,提升等值模型精确度。通过直驱风电机组四机支路等值建模算例对所提方法进行等值前后对比分析,结果表明所提出的小信号等值建模方法能够较好地反映等值前后时域、频域特性,等值效果良好。

直驱式风电机组机电暂态建模及仿真

基于矢量解耦控制策略,建立了适用于电力系统暂态稳定分析的直驱式风力发电机组机电暂态模型。为模型做了2点合理假设:有功功率和无功功率在暂态过程中完全解耦;测量的电气量准确,和实际的电气量完全相等。基于这些条件,从实际的物理装置出发,对直驱式风电机组的电磁暂态模型进行简化。考虑了变频器直流电压的动态过程和低电压穿越的运行特性。仿真结果表明,该模型和电磁暂态模型动态响应曲线一致,结果准确、可靠,可以用于分析大规模直驱式风电场接入对电力系统安全稳定性的影响。

直驱式风电场功率协调控制策略

针对因风速扰动、负荷变化等引起的缓慢且幅度较大的电压波动,提出了一种基于直驱式风电场的功率协调控制策略。通过调节桨距角降低有功出力,从而增加风电场无功功率的调节能力,维持风电场出口电压水平,从而预防或避免由于电压偏差较大引起风电机组进入低电压穿越模式,造成其对电网更大的冲击。仿真结果表明,上述方法能够合理协调控制风电场的有功和无功出力,有效为风电场出口电压提供无功支持,从而维持接入点电压的稳定性。

电网故障下直驱式风电机组建模与控制仿真研究

为分析直驱式永磁同步风电机组在电网故障时的联网运行特性,建立了风轮机、永磁同步发电机及全功率变流器的数学模型,构建了风轮机转速控制模型、PWM背靠背变流器控制模型及桨距角控制模型。在电网电压降落、风电场邻近母线单相短路接地、三相短路接地故障时联网风电场的暂态过程进行仿真分析,仿真结果表明所建模型是合理的、控制方法是有效的,为进一步研究新疆电网含大规模风电场的电力系统稳定性分析奠定基础。

基于多尺度包络谱图的直驱式风电机组轴承故障特征提取

针对直驱式风电机组低速、重载的运行特点,提出将多尺度包络谱图应用于实际机组的故障诊断,以提取轴承的故障特征.对原始振动信号进行复小波变换,其变换结果的包络谱即为轴承振动信号的多尺度包络谱图.结果表明:因其所具有的同步多尺度分解和包络解调能力,多尺度包络谱图能够提取出隐藏在噪声中的低频微弱轴承故障特征,与传统包络解调方法相比具有较好的智能性和准确性,适用于实际风电机组的状态监测.

线性自抗扰控制器在直驱式永磁风电机组虚拟惯量控制中的优化应用

针对常规PID控制器存在参数难以调节、抗干扰能力较弱,且参与调频后风机转速恢复速度慢、容易引起频率的二次波动等问题,提出了一种基于线性自抗扰控制器的直驱式永磁风电机组虚拟惯量控制新方法。通过优化辅助控制功率,使机组在抑制系统频率波动的基础上能够快速恢复风机转速,减弱对系统频率造成的二次扰动。仿真实验和物理实验验证了该方法的有效性和可行性。

永磁直驱式风电机组低电压穿越技术研究

根据国网最新的风电机组不间断运行标准中关于低电压穿越(LVRT)的要求,对直驱式风电机组常用的Crowbar保护方案进行了分析,在讨论了各自的优缺点后,提出了一种Crowbar保护电路方案,其具有较低的成本和较高的可靠性,并在2 MW直驱式风电机组上进行了实验验证,验证了其准确性和合理性。

直驱永磁风电机组电磁暂态仿真与稳定性分析

介绍了直驱永磁风电机组基本组成及换流器控制原理,推导了换流器的数学模型,并基于PSCAD/EMTDC软件搭建直驱风电机组风电场的电磁暂态模型,通过系统响应的模拟仿真,分析了直驱永磁风电机组的动态特性以及发生单相接地故障时的暂态特性。

叶片断裂事故条件下直驱式风电机组动态特性分析

以兆瓦级直驱式风电机组为研究对象,进行叶片断裂事故发生后风电机组动态特性分析。通过将风轮载荷模型、机电耦合模型和变桨距控制等多个风电机组子系统模型进行集成,得到较完整的系统整体模型。在风轮载荷模型中,不但考虑气动载荷,也考虑惯性载荷和重力载荷等;变桨距控制充分考虑变桨距机构动力学特性。在Simulink环境下建立风电机组数值仿真模型,并假定叶片断裂后几秒内风电机组尚未停机进行仿真研究。研究结果发现,一个叶片断裂后,风轮旋转力矩出现突变,发电机电磁力矩快速响应风轮机械旋转力矩,风轮转速能控制在设定值附近波动;风电机组能量捕获与转换出现失衡,变流器直流电压、输入电网有功功率和无功功率等都出现大幅度波动,造成对电网的冲击。通过分析叶片断裂后风电机组动态特性,能够为风电机组结构设计、运行控制等提供有益的参考。

基于PSCAD的直驱式风电机组运行特性仿真

在分析直驱式永磁同步风电机组的基本构成、数学模型基础上,研究了变流器的控制策略。利用PSCAD/EMTDC仿真平台构建了直驱式永磁同步风电机组的仿真模型,仿真分析了阶跃风速下直驱式风电机组稳态运行特性,并仿真研究了额定风速下直驱式风电机组的暂态特性。研究结果表明并网运行的直驱式风电机组具有良好的运行特性,电网故障时直驱式风电机组能够调节无功功率输出,对电网电压的恢复有积极的作用,能提高电网的稳定性。