大型变频感应鼠笼式风力发电机设计及温度场仿真

本文以3MW变频鼠笼式风力发电机为例进行方案及工程设计,设计过程中以3MW绕线式双馈异步风力发电机为参照,吸收成功经验并针对现有问题进行改进。利用Fluent软件对3MW鼠笼转子异步风力发电机的温度场进行了仿真分析,结果表明设计合理,能满足温升考核要求。通过样机试制及试验结果来看,所设计的鼠笼式风力发电机能达到目前市场上主力机型的性能指标。

含多感应发电机配电网的暂态稳定研究

随着新能源的开发和利用,小型和微型分布式发电机(distributed generator,DG)开始接入配电网,在配电网中可能会出现暂态稳定问题。鼠笼式感应发电机(induction generator,IG)由于成本低、维护方便而在分布式发电中广泛应用。研究了多感应发电机配电网的暂态稳定问题,在单台感应发电机稳定判别的基础上,定义了多感应发电机配电网的暂态稳定域和临界切除时间(critical clearing time,CCT)。利用转子运动方程的静等值电路,计及配电网网络方程约束和故障后感应发电机转子转速的变化,提出一种计算配电网多感应发电机临界转速和CCT的解析法。该方法与采用动态模型的仿真方法相比,计算量小,且能够揭示出多感应发电机之间暂态稳定性的内在联系。采用PSCAD/EMTDC仿真软件中的5阶动态模型仿真验证了该方法的正确性,并且分析了静态等值计算结果小于仿真结果的原因。

含多感应发电机的配电网短路计算对称分量法

短路电流计算是分布式电源接入配电网规划和保护的基础。文中根据感应发电机(IG)的故障响应特性,建立IG短路计算的序分量电流源模型;比较不同短路比下配电网发生短路故障时IG端电压和故障电流的响应,揭示出IG短路电流与配电网的耦合关系。应用叠加原理研究IG与配电网正负序网络的交互作用,推导了计及负序电压的故障点短路电流序分量计算公式,提出计算含多IG配电网短路电流的对称分量迭代算法。采用PSCAD/EMTDC仿真软件中IG的5阶动态模型仿真验证了该方法的正确性。

感应发电机接入配电网的短路计算序分量模型及算法

分布式发电大规模接入电网将改变潮流和短路电流的分布。利用感应发电机(induction generator,IG)正负序静态等值电路,研究电网不对称故障时定转子磁链序分量相关系数,并结合故障过程中IG暂态磁链特性和转差,建立IG短路计算的序分量电流源模型。比较计及转差前后和不同接入容量时多感应发电机(induction generators,IGs)端电压和短路电流响应,揭示出IGs短路电流与电网节点电压的耦合关系。推导电网故障瞬间IG暂态等值电势,提出计及转差变化的多IGs配电网短路电流的对称分量迭代算法。采用PSCAD/EMTDC仿真软件中IG的5阶动态模型,仿真验证了所提方法的正确性。

不同异步风力发电机组的低电压穿越能力研究

为了对比不同异步风力发电机组的低电压穿越能力,给出了包括风速模型、风力机模型和异步风力发电机模型在内的风电机组模型和无功补偿装置(SVC)模型。建立了仿真风电场模型,分别仿真了两种典型异步风力发电机组未加装SVC和加装SVC时发生短路故障后的低电压穿越能力;针对仿真前后电压、有功功率、无功功率和转速的变化情况对两种异步风力发电机组的低电压穿越能力进行了对比分析。

感应发电机接入配网对闪变衰减效应的分析及计算

感应发电机(induction generator,IG)接入配网时,不同频率的电网电压波动将使IG表现出动态变化的阻抗特性。首先分析IG接入配网对电压闪变的动态响应,定义IG电压波动衰减系数;重点比较柴油、风力等不同传动轴系对IG电压闪变衰减效应的影响,建立采用两质量块轴系的IG机组线性化模型,提出IG动态阻抗和电压波动衰减系数解析算法。利用Matlab/Simulink软件中IG的详细动态模型验证了本文提出方法的正确性,并分析了感应发电机闪变衰减效应的轴系参数灵敏度。

感应发电机接入配网的三相短路电流峰值评估

短路电流计算是分布式发电接入配网规划和保护的基础。研究感应发电机(IG)的故障暂态特性,利用IG静态等值电路推导出配网三相短路时其定子短路电流的解析表达式,进而比较配网近端和远端短路情况下的IG三相短路电流,分析IG转子和定子磁链强制分量比例系数特性,研究IG转速变化对其短路电流直流分量和周期分量的影响。根据配网短路故障后IG转速的变化规律,提出IG接入配网的三相短路电流峰值评估方法。采用PSCAD/EMTDC仿真软件中IG的5阶动态模型仿真验证了该方法的正确性。

电网不对称故障时全功率变流器风电机组控制策略

电网导则要求并网风电机组在电网电压在一定范围内瞬间跌落时不脱网运行。为满足这一要求,研究了全功率变流器风电机组在电网故障时的运行特性。建立了不对称电网故障下网侧变流器的数学模型,分析了正、负序双电流控制策略存在问题的原因,提出了一种直流侧采样电压带变频陷波函数的双电流控制策略,并针对电网频率波动的情况加入锁相环对陷波器进行实时修正。仿真结果表明:当电网出现不对称故障和频率波动时,所提出的控制策略较正、负序双电流控制策略具有更好的动态调节性能。

基于可变频率变压器的近海风力发电系统控制

文章提出了一种由可变频率变压器和鼠笼式异步发电机群组成的变速近海风力发电系统。该系统采用结构坚固可靠的鼠笼式异步发电机群集中控制,减少了近海风电场的建设和维护成本。利用可变频率变压器将风电场侧变频交流母线与恒频电网相连接,实现了风电机组的变速发电。首先简要描述了所提出近海风力发电系统的拓扑结构和工作原理,然后分析了可变频率变压器的稳态特性,并在稳态等效电路的基础上设计了控制方案,最后仿真验证了所提出的风力发电系统及其控制方案的有效性。

鼠笼异步式风机的新型控制方法研究

针对目前鼠笼式异步风力发电机控制系统的缺点,提出了一种用于鼠笼式异步风力发电机组的新型控制方法,目的在于实现鼠笼式风机发电效率的最大化和系统成本的最小化。该控制方法的拓扑由电压源变流器(voltage source converter,VSC)、功率因数转换器(power factor correction converter,PFCC)和电容器组成,通过VSC为鼠笼式发电机提供励磁以实现最大功率跟踪控制,同时通过并联PFCC将发电机输出的全部有功功率传输至直流侧,使得VSC仅为发电机提供无功功率。并通过并联电容器补偿发电机所需无功功率以减小系统所需VSC的容量,从而最大程度地降低系统成本。同时,以提高机组效率为目的,通过分析确定了该机组的转差率和最佳电容器容量。在理论分析的基础上,基于Matlab软件对设计的控制系统进行仿真验证,仿真结果证明了该方法的可行性和控制方法的有效性。

异步发电机风能转换系统的高效控制

本文给出了采用鼠笼式异步发电机风能转换系统（WECSs）的一种高效的控制方案。通过此方案，增加了WECS获取的功率，向低风速区扩大了可利用风速范围。发电机通过两个背靠背的矢量控制的变流器联入电网。因按转矩情况调节d轴定子电流时会引起发电机电阻损耗，为了减小该电阻损耗我们引入了一个最小欧姆损耗（MOL）控制器。由于不需要额外的控制信号和电机损耗模型方面的信息，该控制器使用方便、有效。MOL控制器的有效性以及该控制器与两种最大功率点跟踪（MPPT）控制器的成功配合已经得到试验证实。MPPT控制器用来使出力最大化，是通过自适应搜索控制和模糊逻辑控制技术的方式来实现的，且应用广泛，因这两种控制方式均与风力发电机特性无关。文中给出了用以证明该控制方案的改进效果的试验数据。

风力发电：发电机技术与联网

风力发电已成为世界范围内许多电力系统发电投资的一个重要组成部分。并且，因为气候的变化，需要增加新能源发电，为了贯彻这一政策，风力发电还会继续发展。联网是影响风力发电机大量开发的主要问题。具体地说，风力发电成功联网需要解决一些问题：稳定性以及有功负载频率和无功负载电压控制。这些在很大程度上受风力发电系统中所采用的机电转换装置的特性的影响。与采用恒速同步发电机的水电和火电不同，风电既采用感应电机（鼠笼式和双馈），又采用可变速（多极）同步电机。第一台风力发电机是基于恒速鼠笼式感应电机，继而又开发了可变速绕线式转子（双馈）感应电机，能够使风力发电机在每个风速下都达到最大效率。可变速同步（多极）电机的引入是为了避免鼠笼式和双馈电机所使用的齿轮箱，齿轮箱的作用是用来连接风力机的低速转子与感应电机的高速转子。双馈感应电机和多极同步电机的可变速驱动是利用电力电子变频器，它同时具有连续发出和消耗无功功率的能力。本文讨论发电机技术是如何影响风力发电的联网的。回顾了基于鼠笼式电机、双馈感应电机和多极同步电机的风力发电机。讨论了其稳定性、负载频率和无功功率一电压控制方面的性能。不考虑风力发电机所采用的机电能量转换装置的特性，本文表明它们能够满足联网的要求。当然，所采用的解决方案的一些方面是可以改进的。

风电场容量比对无功补偿容量的影响研究

由于扩建等原因,大规模风电场通常同时含有鼠笼式风力发电机和双馈式风力发电机。通过分析鼠笼式风机和双馈式风机的无功特性,研究了两种风机的容量比对混合风电场无功补偿的影响。并提出以临界容量比作为衡量混合风电场无功补偿容量的标准。当鼠笼机与双馈机的容量比小于或等于临界容量比时,混合风电场内部可以实现无功平衡,无需装设无功补偿设备;而容量比大于临界容量比时,混合风电场将从电网吸收感性无功,有必要对其进行无功补偿。最后利用PSCAD/EMTDC软件搭建了混合风电场模型,通过仿真验证了上述观点的正确性。

风电变流器的RT-LAB硬件在环仿真系统设计与实现

对于兆瓦级风电变流器的控制算法研究多采用Matlab/Simulink、PSCAD和Psim等纯数字仿真软件,存在不能真实模拟风电变流器运行和不便于控制算法开发和移植等缺点。鉴于此,利用RT-LAB半实物虚拟仿真器和分布式数字控制器实现无缝连接,搭建了一套3 MW鼠笼型全功率风电变流器的硬件在环仿真平台,并进行了风电变流器的控制算法开发和验证。半实物仿真和实验结果表明,在RT-LAB硬件在环仿真平台上开发的软件算法可以直接应用到实际变流器系统中,且控制效果完全一致,该方法大大缩短了风电变流器的研发周期。

混合风电场无功极限的研究

由于客观条件的制约,我国风电场普遍存在弃风现象。针对由双馈感应异步发电机(DFIG)和鼠笼式异步发电机(SCIG)组成的风电场,根据电网调度中心向风电场下达的有功出力指令,建立模型用以确定风电场发出最大感性无功功率(无功极限)的有功调度方案,以充分发掘风电场本身的无功调节能力。该方案可以减少附加无功补偿装置的投切次数以及为其无功补偿的容量提供参考。通过在PSCAD平台上建立混合风电场模型,验证了模型的有效性。

基于DIgSILENT的风电场并网无功补偿策略研究

由于单独的风电机组直接接入电网会导致电网电压稳定性降低,国内风电场一般会在并网点低压侧加装动态无功补偿装置来控制并网点处的电压水平。基于DIgSILENT软件分别建立鼠笼式和双馈式风电场并网模型以及静止同步补偿器模型,通过在并网点低压侧和高压侧分别配置静止同步补偿器后进行电网故障仿真,并与风电场不配置无功补偿装置时的仿真结果进行对比分析,结果表明:风电场在配置静止同步补偿器后,电网电压稳定性大幅提升;在并网点高压侧配置较低压侧在电网发生故障时并网点处电压波动范围更小,恢复至正常水平所需时间更短。

基于小型风机并网引起系统功率振荡的研究

风电规模的扩大,使其对电力系统的影响变得越来越大。研究风电对电力系统的影响,对系统稳定具有重大意义。在电力系统分析软件Power System Analysis Toolbox(PSAT)中建立鼠笼式异步发电机(Squirrel cage induction generator)模型,以经典单机无穷大电力系统为例,分析鼠笼式异步发电机接入电网时,在风速扰动下所引起系统的功率振荡。

含风电场的电力系统静态电压稳定性研究

大量风电场并网运行将会影响电力系统的静态电压稳定性,不同的风机类型对系统电压稳定有着不同的影响。本文建立了普通异步发电机和双馈异步发电机的静态数学模型,介绍了风电场节点在潮流计算中的处理方法,利用连续潮流计算得到风电场关键节点电压随节点有功负荷变化的P-V曲线,比较系统接入风电场前后和接入不同风机类型时的系统静态电压稳定极限,并分析了风电场的接入点和风速对负荷参数和崩溃点电压的影响。