用于系统暂态行为分析的双馈风机转子转速控制时间尺度暂态模型

随着风力发电持续快速发展,风电并网系统的暂态行为正发生显著变化,对安全稳定运行带来挑战。发电装备暂态特性不同是导致风电并网系统暂态行为相较传统系统发生变化的重要原因。目前对风机暂态特性的认识大多依据基于实际结构的模块化数值仿真模型或针对特定控制方式的静态电路元件模型,缺乏对风机暂态特性的一般化描述和机理解释。该文以双馈风机为对象,综合考虑几种典型控制方式(包括常规控制、惯量控制等),运用基于"功率激励–内电势响应"关系的建模方法构建适用于双馈风机转子转速控制时间尺度(约秒级,与传统机电尺度相近)暂态行为分析的统一暂态模型。该模型从电力系统稳定目标和暂态过程演化基本因果关系入手,具有与同步机转子运动方程相似的形式,便于分析电力系统暂态行为及解释稳定机理。基于此,分别阐释多种控制方式下双馈风机的转子转速尺度暂态行为及物理过程。

基于虚拟电容与转子转速控制的双馈风电机组稳定性研究

传统双馈风力发电机组因自身特性,缺乏类似同步机组的惯量响应能力,会减弱系统在运行过程中的抗扰动能力,使电网稳定性受到挑战。本文根据变流器特性,建立变流器直流母线电容电压与变流器有功功率偏差以及转子转速响应的函数模型,提出一种基于变流器直流母线电容电压变化的虚拟电容控制以及转子转速协同控制策略,最后在软件中验证策略的可行性。仿真结果表明,在不同工况下,该协同控制策略能增强双馈风力发电机惯量响应能力,提高转子稳定速度,降低变流器母线电压与有功功率变化幅度,稳定机组输出。

直驱式永磁同步风力发电系统的组合控制策略

平滑风力发电系统的输出功率波动对电网的稳定运行十分重要。基于PCH(端口受控哈密顿)的数学模型,研究D-PMSG(直驱式永磁同步发电机)风力发电系统转速跟踪与功率平滑的组合控制策略。针对功率平滑过程中风能捕获效率低的问题,提出将转子转速平滑控制与PCH无源控制相结合的组合控制策略,使得永磁同步发电机的转子转速能够快速跟踪参考转速,提高风能捕获效率,实现直流链路电压控制,在风机额定运行范围内有效地提供功率平滑支持。通过与最大功率点跟踪及其他平滑控制策略的对比仿真,验证了所提功率平滑策略的有效性与优越性。

定子磁场定向感应电机无源性控制器设计

基于无源性的基本思想,选取定子磁通幅值作为系统的磁通控制目标,并借鉴间接定子磁场定向的控制方法,构建了一种新的基于定子磁场定向的感应电机(Induction Motor,简称IM)无源性控制器(Pacive Based Control,简称PBC)。该控制器保留了IM无源性控制器优点,证明IM无源性控制器以定子磁通作为系统控制目标的设计方法是可行的,扩展了无源性控制器设计方法的应用领域。仿真和实验结果证明,该控制器是稳定且有效的。

需求响应参与大规模风电接入下的电力系统频率调节研究

针对大规模风电接入下的电力系统频率稳定控制问题,研究了需求响应对系统频率的调节作用。为了反映风电的特点,建立了大规模风电接入下的电力系统频率响应模型,模型中对风电和火电机组分别进行了建模。风电机组可以通过暂时释放转子动能参与调频,然而在扰动过大时会导致系统失稳。通过采取一种类似于低压低频减载的需求响应控制方法,即在频率跌落时关闭部分用电设备,待频率恢复后将这些设备重新打开,可以为电力系统调频提供支持。仿真结果表明,需求响应与风电机组同时参与电力系统调频,能够克服风电机组的失稳问题,大大提高风电系统的频率稳定性。

基于协同惯量控制的双馈风机并网系统稳定性分析

双馈风力发电机由于其运行特性,失去了一定类似同步发电机的惯性响应能力,导致双馈风力发电机大规模并网之后,电力系统惯性响应能力降低。若系统受到扰动,有时不能够维持频率在允许的范围内变动,将会对含风电的电力系统稳定性造成不同程度的影响。文章推导了采用定子磁链定向矢量控制的双馈风力发电机的惯量控制模型,提出一种基于虚拟惯量控制和转子转速控制的协同控制策略,在Matlab/Simulink中建立虚拟惯量控制模块及转子转速控制模块,仿真分析协同惯量控制下双馈风力发电机并网系统惯性响应的影响以及该控制策略对惯量支撑、系统频率的影响。仿真结果表明,不同工况下,协同惯量控制可为风电并网系统提供一定惯量支撑,在有效防止系统频率深度跌落的同时提升了系统的稳定性。研究结果可为实际工程提供理论指导。

变频变压器在风电并网过程中的频率调整研究

变频变压器(variable frequency transformer,VFT)是一种串联型的灵活交流输电系统设备,也是一种新型智能电网设备.在过去几十年里,我国风力发电是增长最快的新兴可再生能源,但是对于风电并网时的电力系统频率稳定问题也引起了广泛的关注.本文介绍了VFT调节频率的基本原理和转子转速控制设计,并在PSCAD/EMDTC中构建了VFT与风电场的仿真互联模型,进行了对风电并网的仿真实验,着重分析了VFT稳定频率和调节频率的作用.结果表明VFT可以在风电并网中显著提高系统的暂态稳定水平,从而提高风电场的发电能力.