基于VIENNA永磁风电系统的自适应反推控制研究

针对永磁同步电机存在非线性项的不确定性以及系统参数摄动产生的不利影响,提出一种基于VIENNA永磁风电系统的自适应反推控制策略。采用VIENNA整流拓扑实现整机功率密度的最大化,降低谐波干扰,提升系统的可靠性。通过自适应反推控制得到系统控制律和参数自适应律,解决了系统的非线性,实现了对定子电阻和负载转矩的参数自适应,从而提高了系统的抗干扰能力。仿真结果表明,该控制系统具有较强的鲁棒性。

基于桨距角控制的永磁风电机组高电压穿越控制策略

为解决传统永磁风电机组高电压穿越控制策略存在超速脱网风险问题,提出一种基于桨距角控制的高电压穿越控制策略。高电压穿越期间,首先,按照并网要求向电网提供无功支撑;其次,考虑转子转速限制,当转子转速达到参考值时启动桨距角控制,抑制转子转速上升;最后,通过仿真试验,验证了所提控制策略的有效性。基于桨距角控制的永磁风电机组高电压穿越控制策略,既能向电网提供无功支撑,又能避免超速脱网。

海上直驱永磁风电系统非对称故障主动识别方法

传统风电系统故障识别方法容易受到线电压误差影响出现误判,导致故障数据识别结果精度不高,因此提出海上直驱永磁风电系统非对称故障主动识别方法。分析非对称故障下风电系统的运行特性。根据连续时间信号,采用主动学习方法消除信号基频。使用逆向扩散法调整主动学习参数,判断故障态、预警态事件。利用电压幅值和时间宽度双重标准分析线电压误差,采用数据互校验方法确认故障事件可信性,完成故障主动识别。实验结果表明,所提方法能够主动发现风电系统中的电流异常情况和谐波畸变程度,直流分量最大误差仅为0.05 A。

基于变流器控制的永磁风电机组低电压穿越控制策略

针对永磁风电机组低电压穿越(low voltage ride-through,LVRT)采用改变背靠背变流器控制策略的方法时,存在未考虑因转子转速越限导致机组发生超速脱网的问题,提出了基于变流器控制的LVRT控制策略。基于转子运动方程,推导了能够抑制机组转子转速越限的机侧变流器有功功率整定计算公式,设计了可降低卸荷电阻使用率的卸荷电阻投切方法,仿真结果验证了该策略的有效性。

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。

基于变流器联合控制的永磁风电机组孤网调频方法

针对孤网中负荷与分布式电源波动引起的频率骤变及小幅振荡问题,展开永磁风电机组孤网调频研究。基于改进的转矩下垂控制算法,提出一种变流器小信号动态模型,探讨降载系数与下垂系数对机侧变流器输入功率的影响,以及直流母线电压补偿值对网侧变流器输出功率的影响。为抑制风速及负荷扰动,设计基于H_∞理论的联合控制器,给出控制器相关参数,优化变流器输入、输出功率,从而在机组稳定运行前提下提高孤网抗扰动能力,有效减弱频率骤变并抑制小幅振荡。联合控制与其他控制方法仿真分析表明,基于变流器联合控制机组运行数据较稳定,且孤网频率波动最小。最后通过实验进一步验证所提控制策略的有效性。

提升直驱型永磁风电机组故障穿越能力的改进控制策略研究

为了提高直驱型永磁风电机组故障穿越能力,提出一种新的故障穿越策略。通过采用紧急变桨技术,减少故障期间风机的出力,降低直流母线两端的功率不平衡,以限制直流母线过电压。提出一种新颖的控制直流母线侧电容器投切方案,故障期间增加直流电容容量,进一步限制故障期间直流母线电压骤升。充分利用风电机组的无功能力,网侧变流器采用电压控制模式,为系统在故障期间提供无功支撑。给出了详细的故障穿越方案,并在仿真软件DIg SILENT中建立仿真模型,设计了低电压故障和高电压故障两个算例。仿真结果表明,所提出的控制策略可有效的限制故障期间直流母线过电压,为系统提供了足够的无功支撑,协助并网点电压快速恢复,提升了风电机组的故障穿越能力。

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。

一种直驱永磁风电机组的减载调频控制策略

文章针对风电并网容量增加导致系统调频能力不足的问题,提出了一种超速和变桨距协调的减载调频控制策略。首先给出了低、中、高3种风速模式的判定方法,然后通过设置初始功率跟踪曲线系数和调节桨距角实现直驱永磁风电机组的减载运行。在频率控制中,优先采用超速控制,当转速达到额定转速时,再启用变桨距控制,并且变桨距控制可分为低、中、高3种风速控制模式。仿真分析表明,基于所提减载调频控制策略,直驱永磁风电机组能在全风速范围预留一定比例的备用容量,实现双向频率控制,并能改善系统频率的暂态和稳态响应。

直驱永磁风电机组的改进附加惯性控制方法

风电并网容量的增加将导致系统惯性降低,不利于电网安全稳定运行。针对附加惯性控制与最大功率跟踪控制之间存在相互影响的问题,提出改进附加惯性控制方法。该控制方法不仅可以利用附加惯性控制的辅助功率对系统频率提供支撑,还可以根据系统频率变化调节转速,补偿最大功率跟踪控制的有功参考,从而避免了2种控制在动态调节过程中的相互影响,使得机组的输出功率更好地响应系统频率的变化。仿真分析验证了在改进的控制方法下,直驱永磁风电机组不仅减小了负荷扰动初期的频率变化率,还缩短了系统频率调节时间,调频效果得到改善。

基于畸变电流的直驱式永磁风电变流器故障诊断研究

针对直驱式永磁风电变流器开关管开路故障诊断的问题,提出了一种基于机侧电流畸变规律的故障诊断方法。该方法研究了在不同开路故障类型下的机侧三相电流的畸变规律,总结畸变规律并设计诊断变量,实时监测低通滤波后的机侧三相电流并计算诊断变量,然后根据诊断变量得出诊断信号,最后根据诊断信号完成实时故障诊断,并在单管故障诊断方法的基础上提出了支持双管故障诊断的方法。实验结果表明,该方法对单管故障和双管故障均能进行准确且快速的诊断,诊断成本较低,鲁棒性较好,不容易出现误诊和漏诊。

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。

基于测试数据的直驱永磁风电机组简化等值建模和参数辨识(英文)

风电机组工作状态可以分为正常、故障和故障恢复过程,故障期间和故障恢复过程中变流器的控制策略会改变。分析直驱永磁风电机组电压跌落测试数据,机组外特性存在逻辑判断、限幅等强非线性环节,难以进行机理建模。对机组进行非机理建模,根据机组输出的外特性构建其简化模型,其中阻抗反映机组短路电流特性,电流源控制回路反映机组功率输出特性。电流源控制回路根据直驱永磁风电机组定功率、定电压的控制特性构建,其考虑了控制目标、时间常数、限幅以及逻辑等环节。简化模型中的参数通过电压跌落实测数据辨识获得。仿真结果表明所提模型能准确反映机组在电压跌落过程中的特性,满足暂态稳定分析的要求。

永磁风电机组全程高效风能获取非线性控制器设计

针对永磁风电机组中存在的主要非线性环节(风能捕获功率的复杂非线性、发电机的典型非线性),设计风机转子角速度决策环节和非线性控制器,实现对风电机组的精确控制,达到全风速范围高效风能获取的目标。首先通过非线性观测器得到风速估计值,然后通过风能捕获功率的复杂非线性函数分析得到角速度参考值,最后利用角速度参考值与实际角速度值的差值驱动非线性控制器得到控制电压,以实现全程高效风能获取。针对风电机组模型,基于Lyapunov定理设计非线性控制器,能使实际角速度准确跟踪理想角速度的变化。仿真验证结果表明,非线性控制器的设计方法可行、有效。

直驱永磁风电机组LVRT模型参数的整定方法与实测验证

针对直驱永磁风电机组,提出低电压穿越(LVRT)模型参数的整定方法。基于直驱永磁风电机组的通用模型结构,计算各参数的轨迹灵敏度,获得LVRT模型的关键参数。指出由于参数的非线性特性,现有的基于轨迹灵敏度的参数辨识方法难以适用。为此,提出将参数调整与参数优化相结合的参数整定方法。以某直驱永磁风电机组为例,基于实测数据进行了参数整定及模型验证,并进行了其他扰动场景下的适应性分析,结果验证了所提方法的可行性和有效性。

直驱永磁风电机组输入输出特性拟合

运用曲线拟合方法,可拟合直驱永磁同步风电机组的输入输出特性.研究发现,理想条件下功率-风速的数值拟合精度高,而实际测量值拟合精度差,在高风速运行条件下,输入功率-机组转速和机组转速-输出功率的数值拟合精度高,而低风速运行条件下,拟合精度低.

直驱永磁风电机组高电压穿越协调控制策略

提出直驱永磁风电机组高电压故障穿越控制策略。分析直驱永磁风电机组暂态运行特性,研究变流器运行不同区域的电压向量关系,分析直流电容电压跃升机理。设计直驱永磁风电机组上层控制策略,实现机网侧变流器执行层的dq功率参考值由不同机端电压跃升度决定。PSCAD/EMTDC中的仿真结果表明:机端电压跃升幅度较小时,该控制策略不仅可确保直驱永磁风电机组直流电容电压稳定在安全值以内,且在不影响风电机组向电网注入有功功率的同时,还可向故障点注入一定感性无功功率,支撑母线故障电压恢复;机端电压跃升幅度较大时,该控制策略通过网侧变流器向电网注入容性无功功率防止直流电容电压越限,在满足变流器容量约束条件的前提下,向电网注入有功功率。

基于风电制氢与超级电容器混合储能的可控直驱永磁风电机组建模与控制

针对风电机组出力波动导致电网调峰压力较大、弃风率较高现象,提出一种基于风电制氢与超级电容器混合储能的可控型直驱永磁风电机组的解决方案。建立了直驱永磁风电机组、制氢装置(电解槽、压缩机、储氢罐)及超级电容器的数学模型,并构建一种电解槽堆与超级电容器组耦合于直驱永磁风电机组中间直流母线的结构。提出可控型直驱永磁风电机组的上层控制策略,同时推导了直驱永磁风电机组单元与混合储能单元(电解槽、超级电容器)的控制方程。剖析可控型直驱永磁风电机组运行于各工况下的协调控制策略,并通过PSCAD/EMTDC仿真验证所建模型的准确性及上层控制策略的有效性。结果证明:利用风电制氢与超级电容器可使直驱永磁风电机组出力可控、友好入网,减缓电网的调峰压力,提高风能利用率。

含超级电容储能的直驱永磁风电机组高电压穿越控制策略

为提高直驱永磁风电机组的高电压穿越(HVRT)能力,在分析电网电压骤升对直驱风机影响的基础上,提出了一种含超级电容储能的HVRT控制策略。在高电压故障期间,一方面利用超级电容储能吸收直流侧不平衡能量,稳定直流侧电压;另一方面优化网侧变流器控制策略,使之优先输出感性无功功率对故障电网进行无功支撑。在Matlab/Simulink环境中搭建系统仿真模型,对电网电压骤升下传统直驱机组控制策略的动态响应及所提的控制策略进行仿真分析。结果表明,含超级电容储能的HVRT控制策略可以有效提高直驱机组的高电压穿越能力。

超级电容储能直驱永磁风电机的高电压穿越控制策略

为提高直驱永磁风电机的高电压穿越能力,考虑直驱永磁风电机稳态运行时的功率平衡条件与高电压穿越期间功率流向,提出一种含超级电容储能的高电压穿越控制策略,通过控制超级电容吸收直流侧多余能量,稳定直流侧母线电压,改进网侧逆变器的控制策略使其优先输出感性无功,补偿高电压穿越期间电网所缺失的无功。结果表明,高电压穿越期间直流母线电压骤升幅度降低了4.6%,显著提高系统高电压穿越能力。