基于模块化多电平逆变器的新型风电系统设计

为了优化风电系统的设计,本文分析了模块化多电平逆变器的应用。同时,强调了风能在环保方面的优势,并对未来电力市场中的模块化多电平逆变器技术进行了概述,包括其基础原理、主要类型和工作机制。进一步探讨了风电系统的基本组成和工作原理,特别是风机的电气系统和电网接入的策略。研究结果表明:模块化设计方法为风电系统提供了一个高效、灵活和可靠的解决方案,进一步推动了风电技术的应用和发展。

一种多模型融合的风电系统永磁同步发电机数字孪生建模方法

针对当前风电系统永磁同步发电机(PMSG)建模技术存在设备内部参数理想化和系统耦合单一化的不足,无法满足数字孪生技术对设备虚拟模型要求的问题,提出一种面向数字孪生的风电系统永磁同步发电机建模方法。首先,依据实体样机参数,构建2 MW PMSG本体及电磁模型。之后为实现系统对PMSG的控制,基于联合仿真技术利用数字孪生建模平台搭建风电系统PMSG控制电路,实现多系统耦合仿真建模;在此基础上,充分考虑电机传热散热特性等影响,对PMSG热模型进行了构建与计算,并针对温度场计算流程复杂,不具备实时性等问题,引入一种改进的粒子群优化支持向量机(PSO-SVM)代理模型方法对热模型进行降阶处理并集成;最终完成了基于多模型融合的PMSG数字孪生虚拟模型建模,并采用实体风机运行数据进行验证与测试,结果表明该模型可以有效地反映PMSG真实运行特性。

基于AOA算法的风电系统最大功率点跟踪研究

在风电系统最大功率跟踪控制器设计时,爬山搜索法、扰动观察法等传统方法在跟踪速度和跟踪效率上存在局限性。考虑阿基米德优化算法是一种具有良好搜索性能的新型算法,能够更好地提高跟踪速率,提出了采用阿基米德优化算法(AOA算法)设计风电系统最大功率跟踪控制器(MPPT-AOA)。为验证该方法的可行性选用固定风速和渐变风速2种状态下的最大功率跟踪结果,将该方法与遗传算法、人工蜂群算法进行了比较,通过MATLAB进行仿真验证,仿真结果表明:所提出的AOA-MPPT能够快速且有效地获得最大功率点,能够更好地提高风电系统效率。

风电系统中机侧整流器故障仿真与特性分析

本文以风力发电控制系统中变流器开关管为研究对象,对其开路故障进行特性分析。首先对风电系统中机侧整流器进行数学建模分析,并介绍了主要控制策略;然后以此为基础建立了直驱式永磁风力发电系统机侧变流器MATLAB仿真模型;分析了整流器功率开关管开路故障的作用原理;最后分别模拟了单管和双管在不同桥臂上的开路故障,并分析了各类型开路故障对系统关键参数的影响。分析结果表明风力发电系统中变流器开路故障对系统影响较大,必须采取一定的措施进行防止。

风电系统能量传递函数模型建立及能量转换分析

风力发电系统是包含风力机、发电机等多子系统的复杂系统,其整体性能研究尚未开展。为评估风电系统整体性能,这里通过分析子系统间能量传递关系,构建系统整体的能量传递函数模型,利用Matlab/Simulink软件对系统传递函数进行建模仿真,将模型仿真结果与搭建的垂直轴风电系统试验平台试验结果对比分析的方式研究能量转换过程中系统性能的变化。分析结果表明,系统的仿真功率与试验功率的相对误差为3.7%,仿真效率与试验效率的相对误差为4.3%,且曲线变化趋势同步。验证了风电系统能量传递函数模型能够预测系统整体的能量转换性能和输出特性,为风电系统部件的选型与匹配提供了参考价值。

变频器对风电系统轴电参数的影响分析

阐述风力发电系统的共模模型特点、耦合电容情况,分析风电系统中轴电流的形成机理、耦合电容电磁场的影响,明确轴电流、轴电压水平,保障风电系统正常运行。

风电系统全生命周期可视化智能管理平台关键技术研究

风电系统全生命周期可视化智能管理平台是此次研究的中心,首先对风电系统智能管理现状进行分析,其次针对全生命周期可视化智能管理展开深入研究,科学设计智能管理系统框架,明确全生命周期可视化智能管理中心基础上,对系统功能进行优化,关键技术进行梳理,目的在于有效挖掘全生命周期可视化智能管理中心平台的构建价值,为风电系统建设与运行提供安全、稳定屏障。

风电系统故障特征分析

故障特征分析是继电保护研究的基础,文中旨在通过风电机组的受控特性并结合电力电子器件的特点,揭示风电电源对电网故障响应的电气量特征,为现阶段研究含风电系统的继电保护奠定基础。文中首先从风电机组的结构出发,分析了影响风电电源故障特征的因素;然后通过对风电机组受控特性分析,并结合单台风电机组低电压穿越测试数据,给出风电电源受控下的故障特征;最后通过风电场电磁暂态仿真模型下的故障数据和现场故障录波数据,验证了所给出的一般故障特征。研究结果表明,风电电源在控制作用下和在电力电子自身特点限制下,具有弱馈、谐波、频率偏移和电源阻抗不稳定等特征。

风电系统的电压稳定性分析

风力发电是一种特殊的电力,由于风力的波动性,使电压稳定性成为风电系统面临的一个重要研究问题。为此,分析了国内外有关风电系统电压稳定性的研究现状和主要问题,阐明了风电与常规能源的区别,及其对电力系统电压稳定性的影响,主要从对电压稳定性影响的因素、含风电场的电力系统电压静、暂态电压稳定性的等值模型与分析方法、指标进行分析,并且提出改善风电系统电压稳定性的一些措施,最后指出分析中不足之处及以后需改善的方面。

采用延拓法的风电系统稳定模型二维参数分岔边界的计算与研究

为了反映风电系统参数连续变化对其电压稳定性的影响和揭示风电系统电压稳定机制,针对目前的分岔理论研究了风电系统电压稳定性的局限性,对风电系统进行了两参数鞍结分岔边界的计算与研究。借助常规电力系统计算二维参数分岔边界的方法和思路,以风电注入有功功率Pinject、静止无功补偿(static var compensation,SVC)参数Bmax、放大倍数Kr为分岔控制参数,计算得到风电系统节点电压鞍结二维分岔边界。在此基础上深入分析,最后得出风电场注入有功和SVC参数共同作用下影响风电系统电压稳定性的规律:在SVC参数Bmax(或Kr)和风电注入有功功率Pinject的共同作用下,风电场机端(即补偿点)电压稳定性得以提高;增大SVC参数Bmax和Kr,都能有效扩展鞍结分岔边界,并且Bmax的作用更明显。

风电系统距离Ⅲ段保护动作特性分析

研究了异步发电机对输电线路距离Ⅲ段保护动作特性的影响。基于设定的定子电压,给出异步发电机理论阻抗。建立区分定、转子回路的风电系统潮流算法,计算异步发电机实际阻抗。根据风电系统节点电压对输入机械功率的灵敏度,以及保护动作裕度对节点电压的灵敏度,建立保护动作裕度对输入功率的线性关系。计算结果表明:异步发电机呈现负电阻、正电抗特性,使得线路远风电场节点测量阻抗类似反向故障;输入机械功率增加和定子电压降低,将减小异步发电机阻抗模值,降低保护动作裕度;风电场附近负荷增长,可能大幅降低线路远风电场节点距离Ⅲ段保护动作裕度。

直驱风电系统新型变流控制策略

本文讨论了直驱风电系统在正常运行和电网故障下运行时的控制问题,提出了一种新的变流器控制策略,该策略是建立在机侧变流器、网侧变流器和阻尼控制器协调控制的基础上,使用阻尼控制器的目的是为了抑制由于机械或电气负载变化引起的驱动链扭振。采用新型控制策略后,电网故障期间不能通过变流器传递到电网的功率从直流环节转移到了发电机侧,因此提高了故障时系统的响应速度。用仿真和实验方法对新型控制策略的性能进行了讨论和验证。

风电系统电压稳定性的Hopf分岔控制仿真

针对风电系统平衡点的Hopf分岔,计算了含静止无功补偿器风电系统的Hopf分岔点,并通过解析算法判断Hopf分岔类型,分析了无功功率及静止无功补偿器对风电系统电压稳定性的影响.为了消除Hopf分岔,提出采用线性反馈控制方法控制风电系统的Hopf分岔.实验结果表明,风电系统无功功率增加导致系统出现Hopf分岔,静止无功补偿器通过补偿无功功率延迟Hopf分岔,提高系统的电压稳定域,线性反馈控制方法有效地消除了风电系统的Hopf分岔.

超导磁储能装置在风电系统控制中的应用

超导磁储能装置(SMES)是将超导技术、电力电子技术、控制理论和能量管理技术相结合的一种新型储能装置。在实时补偿系统中,由于各种原因会产生不平衡功率,SMES从这一新的角度出发考虑提高电力系统稳定性的问题。理论研究表明,SMES是一种提高电力系统稳定性的非常有效的新措施。为促使这一理论的广泛应用,同时进一步提高SMES的可靠性,研究将超导磁储能装置应用于风电场,以稳定系统输出;在此基础上,对风电场中超导磁储能装置的信号选取和控制策略等关键技术进行研究,阐述了未来的发展趋势。

风电系统容量的优化配置探讨

通过仿真软件和遗传算法2种途径,对风电系统容量的优化配置进行了研究,旨在分析风电容量占电网总容量的最佳比例。研究确定了适于Matlab优化工具箱(Optimization Toolbox)的目标函数和约束条件。将遗传算法理论应用于风电穿越功率的研究,建立了基于遗传算法的优化数学模型,构造了带有惩罚项的适值函数,设计了优化计算流程。以布尔津风电-水电网络为具体的研究对象,采用2种方法对风电系统临界稳定的容量进行优化配置的计算仿真。利用Matlab优化工具箱对布尔津风电-水电网络的优化结果为:当风电总容量占电网总容量13.9%时,系统失稳,结果与该电网实际投运风电容量13.9%时仍稳定运行的情况不符。利用遗传算法对该电网风电容量的优化结果为:15.2%是该电网风电穿越功率的上限。

基于动态模型的风电系统多参数静分岔分析

为了揭示风电系统中众多参数共同作用下影响系统电压稳定性的分岔机理,基于其动态模型,以风电注入有功功率P1、SVC参数(Kr、Vref)和常规电力系统等值机励磁参数(KA、Uref)为分岔控制参数,运用多参数静分岔分析方法,计算得到鞍结分岔(SNB)的二维分岔边界以及分岔超曲面,最后对风电系统电压稳定性的多参数静分岔进行了分析。分析结果表明:增大SVC参数(Kr、Vref)和电力系统等值机励磁参数(KA、Uref)均能增加风电注入有功功率(P1)极限;相比AVR而言,SVC参数的作用更明显;若SVC放大倍数Kr和AVR参考电压Uref共同作用,则较其中单个参数作用更能增加风电注入有功功率(P1)极限。

基于区域极点配置的风电系统弱阻尼低频振荡模式抑制

风电并网不仅影响原有低频振荡模式,而且可能引入新的模式。改善单个低频振荡模式,可能削弱其他模式阻尼。基于双馈风电机组详细建模,建立风电系统状态空间方程,选择控制变量和输出变量。考虑双馈风电机组出力变化,分析弱阻尼低频模式区域极点配置的必要性。兼顾电网原有及新引入弱阻尼低频模式,构建降阶模型。采用基于线性矩阵不等式的区域极点配置法,设计输出反馈控制器,将所有弱阻尼低频模式配置在设定区域,提高其阻尼比,并增加系统稳定裕度。算例分析表明,所设计控制器有效提高所有弱阻尼低频模式的阻尼,改善了风电系统振荡特性。

含超级电容器储能的永磁直驱风电系统低电压运行与控制

为实现电网不平衡条件下直驱风电系统低电压穿越,通过研究含超级电容器储能单元的系统运行特性,建立超级电容器储能单元小信号模型,实现精准的充放电控制,确保系统安全稳定运行。提出风电系统中储能容量的确定方法,研究适合于该系统的低电压运行的控制策略,包括限制机侧变流器有功输出以及调整网侧变流器有功无功分配,为电网提供无功支撑。提出新的频率自适应正序电压分量检测法,为变流器运行提供精准快速的响应信号,提高系统鲁棒性。通过仿真验证含超级电容器储能的直驱风机系统及其控制策略的可行性。

电网故障下直驱风电系统网侧变流器的电网同步化技术

为了能够在电网故障下对直驱风电系统传递给电网的功率进行持续控制,避免变流器保护跌落和提高瞬态故障穿越能力,对故障电压基波正负序分量进行快速而准确的检测是必要的。提出了一种不平衡和畸变电压运行条件下风电系统网侧变流器的新型电网同步化技术,即双二阶通用积分器-锁频环(DSOGI-FLL)。这个新的检测器包括正交信号发生器、正负序分量计算器和锁频环3个基本函数模块。对DSOGI-FLL进行的仿真和试验结果表明这种新型软件锁相环便于数字实现,能对不对称和畸变电网电压进行快速、准确检测和稳定跟踪;DSOGI-FLL是直驱风电系统网侧变流器在电网电压不平衡和畸变条件下的一个合适的电网同步化方法。

基于Matlab的水电-风电系统动稳仿真

建立风力发电机组的数学模型,利用MATLAB/SIMULINK搭建了含励磁和调频系统的同步发电机以及随风速变化的异步发电机系统的仿真模块,以新疆布尔津水电-风电网络为实例,对投入和切除风机、风力发电机端口三相短路故障、增大风速、增大风机容量比例这五种运行状态进行了动态稳定仿真。仿真结果表明当风电容量占系统总容量比例达到15%时,风电系统稳定性被破坏。