基于VisSim的SCIG风力发电机组动态模型建模与研究

给出了基于鼠笼型感应发电机(SCIG)的风力发电机组的五阶与三阶动态模型,其中五阶模型包括定子、转子模型及简化的传动系统模型;忽略定子暂态过程后,得到包括转子模型及简化的传动系统模型的三阶模型。在VisSim仿真软件上实现了上述两种模型的建模,并针对各自的响应特征进行了仿真比较。仿真结果验证基于VisSim的SCIG风力发电机组建模的正确性,同时也为风力发电机组的仿真研究提供了一个新的途径。

不同类型风力发电机在电压骤降工况下的动态响应比较

本文分析了风力发电机在电压骤降情况下的动态响应。当电网发生故障时，风力发电机的公共耦合部分就会出现电压骤降。风力发电机配有欠压保护装置，如果长时间在低电压下运行，保护装置就会触发，从而起到保护电机与电力设备的作用。如果较多的风力发电机连接到传输电网上，一旦电网发生故障，就可能引起电压骤降，这一过程如果持续的时间足够长，就会引起大部分的风力发电设备跳闸，从而导致系统解列。在风力发电占比例比较大的电力系统中，风力发电机能够承受电压骤降的能力是目前决定最大有效风力发电量的重要指标。 风力发电机对电压骤降的响应取决于机电能量转换装置所采用的技术。本文主要分析和比较了三种技术：笼型感应发电机，双馈感应发电机，多极同步发电机。发电机的基本响应是保护装置的设计基础。 笼型感应风力发电机尽管受到各种因素制约，但仍应用广泛。电压骤降会导致电磁转矩下降，随后引起转子加速。设备是回到初始运行点还是失去稳定性，取决于电机在电压骤降工况下的持续时间。在故障和减速过程中，电机消耗的是由瞬变电抗和等效外部阻抗决定的无功电流。 在风力发电中，双馈感应发电机是应用最为广泛的机电能量转换装置，这主要是由于它可以通过速度的调节使风轮机工作在最佳运行点上。除此之外，电网侧的功率电子变换器可以为双馈感应发电机持续提供无功功率补偿。双馈感应发电机对电压骤降的响应受到直流环节过电压和转子变频器的限制。另外，双馈感应电机在电压骤降期间仅消耗无功功率。连接到电机转子的过压保护装置（Crowbar）可以减少直流环节的过电压和转子变频器的电流。 基于多极同步发电机的风力发电机的优点是不需要齿轮箱。多极同步发电机可配有电压型功率电子变换器，它可以通过调节转速使得风轮机工作在最佳运行点上。电网侧的功率电子变换器可以为双馈感应发电机持续提供无功功率补偿。双馈感应发电机对电压骤降的响应受到直流环节的过电压和转子变频器中的过电流的限制，而且它在电压骤降期间并不吸收无功功率。直流环节装有过压保护装置，它可以降低过电压。

风力发电机对同步发电机频率稳定性的影响

频率稳定性与同步发电机在遇到大的出力或负载不平衡之后，在可以接受的频率范围内提供负载的能力有关。频率稳定性受发电机旋转体转动惯量和它们的初级频率调节响应的主导。频率稳定性是电力系统运行的一个关键方面。如欧洲电网这样的大型互联电力系统，巨大的旋转动能和初级频率调节特性防止了频率稳定性对电能供给的质量与安全的影响。然而，2006年12月6日欧洲电网的事故已经证明，导致很大频率偏差的严重干扰是可能发生的。由于风力发电机频率继电器的设置，这样的频率偏差导致了许多国家大量的风力发电跳闸。本文包含了风力发电机对同步发电机频率稳定性影响的基本原理研究。考虑了不同技术的风力发电机（笼型、双馈感应发电机和多极同步发电机）。为这个目的建立了两个简单的测试系统。第一个测试系统包含了一台向负载馈电的同步发电机，第二套测试系统由向负载馈电的同步发电机和风力发电机组成。研究发现，当系统含有风力发电机时，出力．负载发生不平衡后（例如一台发电机跳闸），频率的稳态值由同步发电机和风力发电机的初级频率调节能力决定。如果风力发电机不提供初级调整，频率的瞬态变化依赖于同步发电机组的惯量和初级频率调节的速度。那就意味着，如果由于风力发电机惯性的缺乏而引起发电跳闸，那么风力发电占有率高的系统将经受较大的瞬态频率偏移。

无速度传感器控制的全功率变流器风电系统研究

鉴于传统控制策略在鼠笼式电机风力发电全功率变流器稳定性、控制性能、效率与可靠性方面存在明显缺陷,跟据感应发电机的特点,提出一种基于模型参考自适应算法的不带速度传感器控制策略。根据Popov超稳定性定理,设计该控制算法速度估计方案,最后通过仿真验证控制效果。仿真图形显示,在仿真过程中速度估计值随实际值变化,并且误差较小,控制系统稳定、效率高,验证了该方案可行性。