Wind Generator Stabilization with Doubly-Fed Asynchronous Machine

This paper investigates the function of doubly-fed asynchronous machine(DASM)with emphasis placed on its ability to the stabilization of the power system including wind generators.P(active power)and Q(reactive power)compensation from DASM can be regulated independently through secondary-excitation controlling.Simulation results by power system computer aided design(PSCAD)show that DASM can restore the wind-generator system to a normal operating condition rapidly even following severe transmission-line failures.Comparison studies have also been performed between wind turbine pitch control and proposed method.

双馈异步风力发电机转子匝间短路故障振动特性分析

针对双馈异步风力发电机转子匝间短路的故障振动机理尚不明确且无法为故障诊断提供理论依据的问题,开展了双馈异步风力发电机转子匝间短路故障振动特性分析.首先,结合有限元仿真及解析推导,分析转子匝间短路下双馈异步风力发电机的气隙磁密规律,得到转子所受的不平衡磁拉力;然后,考虑转子不平衡磁拉力的情况下构建双馈异步风力发电机转子-轴承系统非线性动力学模型,利用非线性动力学仿真获取转子匝间短路故障下系统的振动仿真信号;最后,在双馈异步风力发电机故障模拟实验台上进行转子匝间短路故障实验,利用实验分析验证非线性动力学仿真结果的有效性.非线性动力学仿真及实验分析结果均表明,转子匝间短路故障下双馈异步风力发电机转子-轴承系统振动信号的频谱存在转频的谐波成分,通过检测转频的谐波分量可诊断双馈异步风力发电机转子匝间短路故障,有效揭示了双馈异步风力发电机转子匝间短路的故障振动机理.

大功率异步风力发电机冷却结构分析与研究

随着风电技术的发展,单机容量不断的增大,冷却结构设计、噪声性能、成本等成为电机设计中的关键环节。目前国内外对大功率异步风力发电机通风冷却结构与噪声关联性研究较少。本文以一款异步风力发电机为例,采用CFD仿真分析方法对不同结构冷却器及定、转子通风道流体场及温度场进行模拟计算和分析。研究结果表明:“M”型换热器具有降低电机内部风阻,提升内风量的效果,在满足绕组温升要求下,具有一定成本优势;同时发电机定、转子通风道错开,在一定程度上可降低电机气动噪声。通过以上分析总结,希望对异步风力发电机的冷却结构设计提供一些参考。

不平衡电网电压下风力发电机网侧变流器控制策略

针对不平衡电网中负序分量对风力发电机的正常运行造成巨大影响,以风力发电机中的双馈风力发电机为例,提出了在网侧变流器中通过双闭环控制和滑模变结构控制共同作用的控制策略。通过空中管制中心和网络自抗扰控制器控制组成双闭环控制,可维持变流器电压的稳定。通过与滑模变结构控制相结合,消除负序分量对系统产生的影响。通过试验仿真验证了双闭环控制策略可使电压波形输出为与电网电压一致的正弦波。提出的控制策略对单相短路故障上出现的危害有很好的抑制作用。

基于深度学习的异步风力发电机组功率振荡抑制方法

由于引起异步风力发电机组功率振荡的因素较多,难以保障功率振荡抑制的效果,为此,提出基于深度学习的异步风力发电机组功率振荡抑制方法的研究。从风力机动态特性、发电机组动态特性以及传动链动态特性3个角度分析了异步风力发电机组功率振荡状态,借助长短期记忆网络实现对振荡的有效抑制。在测试结果中,设计的振荡抑制方法应用效果不仅更高效,且对于基础振荡幅度的控制效果更好。

双馈风电机组双模并网控制策略

当前,我国陆上风电场大多采用双馈机组,虽然其变流器容量小、成本低,但是通常只能在±30%的转差率范围内运行,在低转速下无法正常并网。为了提高低转速工况下双馈风电机组的发电量,文章提出一种双模并网控制方案。其建立了双馈电机定子短接的异步数学模型,以确定最终短接电阻的取值范围;提出了双模柔性切换策略,即在转速较低时机组以异步模式运行,转速升高后机组以常规的双馈模式运行,从而实现低转速也能发电运行。仿真结果表明,低转速下,异步模式相较双馈模式,转子电流畸变率最大可降低55%,功率控制精度也更高(功率波动幅值可控制在3 kW以内);且采用柔性切换策略后,暂态冲击电流减小36%以上,仅150 ms就可达到新稳态,验证了风电机组双模并网控制策略的有效性和可行性。

模糊扰动观测法的双馈风机最大功率追踪控制

为提高双馈风机最大功率追踪控制系统的相应速度和控制精度,针对传统的扰动观测法固定步长控制精度低的问题,采用模糊控制实现步长的动态调整。使系统在初始阶段具有较大步长,有利于提高系统响应速度;控制后期减小步长使控制精度得以提升。MATLAB仿真验证了该方法较传统扰动观测法具有更好的动态响应,同时系统达到稳态后也具有较高的控制精度。

异步双馈风力发电机组刹车系统事故预防研究

从异步双馈风力发电机组刹车系统火灾发生的主要两个因素着手,结合实际案例,分析了产生火灾的原因,从技术、设备及管理方面,提出解决异常刹车引发火灾的措施和建议,以期为风电机组安全运行和改造提供参考。

并网风力发电场的最大注入功率分析

风力发电场的最大注入功率分析是风电场规划和运行的一项重要内容。文章建立了异步发电机的稳态数学模型,给出了包含风电场的电力系统潮流的交替迭代计算方法,并结合实际风电系统,分析了确定并网风电场最大注入功率的主要因素。计算结果表明,系统运行方式、风电机组无功补偿量、风电场与系统联络线的电抗与电阻之比的大小等都会影响风电场的最大注入功率,对于一个实际的风电系统,要最终确定其最大注入功率必须进行系统的计算分析。

风电场发电机动态等值问题的研究

在研究风电场对电网影响时,为节省仿真时间,常常利用简化的异步电机模型或通过多机等值来简化由多台风电机组组成的风电场模型。笔者提出基于同步发电机传递函数概念的多台异步发电机等值的参数辨识方法,并采用最小二乘法计算等值异步发电机的同步电抗、暂态电抗和转子时间常数。利用MATLAB/SIMULINK工具箱的仿真结果表明了该等值方法的有效性。

电网电压跌落下双馈风力发电机组暂态性能的比较分析

为了较全面地研究不同运行工况下并网双馈风力发电机组的暂态运行性能,该文基于双馈发电机电磁暂态模型,采用等效集中质量法,建立了考虑风力机和发电机之间传动轴扭转柔性的风力机两个质量块等效模型。在此基础上,基于定子电压定向的矢量控制策略,对风电机组在不同风力机输出转矩、不同电网电压跌落和不同故障持续时间下分别进行了暂态运行性能的仿真,并对风力机不同质量块等效模型的结果进行比较。结果表明,双馈风力发电机组暂态性能与风力机传动链柔性、电压跌落程度和故障持续时间等密切相关。

含风电微型电网电压稳定性分析及控制技术

异步风力发电机作为微型电网的重要分布式电源,其工作状况将影响系统的运行以及电压稳定性。本文研究了异步风力发电机的转速-电压特性以及功率-电压特性,分析了其投切容量、位置分布、运行状况等因素对微型电网电压稳定性的影响。提出两种基于储能的电压稳定性控制策略,分析并对比了其对系统电压的改善作用。研究结果表明,出现阵风、渐变风等风速扰动时,储能能够有效抑制系统电压波动,确保微型电网的稳定运行;出现线路故障,故障清除时储能可以加快系统电压的恢复。

异步风电机组接入系统的小干扰稳定及控制

在电力系统分析软件DIgSILENT/Power Factory中建立基于普通异步发电机的风电机组(异步风电机组)和电力系统模型,分析异步风电机组对电力系统小干扰稳定性及阻尼特性的影响。提出了一种改进的桨距角控制方案——将系统频率偏差信号引入桨距角控制系统。在系统发生低频振荡时,通过调节桨距角控制异步风电机组输出功率,使风电场输出功率与系统功率振荡的频率相关。对系统进行特征值分析和故障时域仿真,2种分析结果都表明,改进的桨距角控制环节能够改善系统阻尼,对系统功率振荡具有很好的阻尼和抑制作用,加强了系统动态稳定性。

风力发电机对配电网影响的比较分析

以同步和异步风力发电机为研究对象,分析其在恒速恒频和变速恒频发电方式下,并入配电网后对电网相关参数的影响。通过对风力发电机的研究,建立了风速、风力涡轮机和传动机构的数学模型[1,2],并用Matlab/Simulink搭建风力发电机模型和电网模型。在输入风速发生变化过程中,仿真并观测发电机的输入机械转矩、转速、机端电压和电流,以及发电机输出有功和无功的变化情况。对不同发电方式下的结果作了简单分析,为进一步研究并网和控制技术提供依据。

基于UPFC的风电场稳定性动态仿真研究

异步风力机因风速变化的不规律会导致电网电压崩溃。UPFC是FACTS元件中装置中功能最强大的元件,可以维持风电场电压和系统稳定。运用UPFC、风力机和异步发电机的数学模型,在Matlab/Simulink中建立了带UPFC的风电场仿真模型,通过研究风速骤变时带与不带UPFC的风电场功率、电压状况,验证了UPFC对风电场电压的支持作用,并能维持风电场及系统的稳定,保证风力发电机的持续运行。

大型风电机组仿真及试验系统Ⅱ．建模和仿真

建立了包括异步感应式发电机、双馈感应式发电机和永磁同步发电机在内的主流风电机组数学模型,针对不同的机组类型提出了相应的风力机模型和变频器控制策略。以建立的数学模型为基础,确立了接入无穷大系统的风电场模型,模拟风力机风速变化情况,对各个风机模型在风速扰动下的响应特性进行了仿真分析研究,并将仿真波形进行了简单的比较。仿真结果验证了模型的正确性,3种主流风力发电机模型的建立为大型风电机组仿真及试验系统提供了研究基础。

双馈感应风电机组异常脱网及其无功需求分析

分析了双馈感应(doubly fed induction generator,DFIG)风电机组因转子回路撬棒保护动作诱发机组脱网的过程,撬棒保护动作远快于定子并网接触器动作,因而机组脱网前存在短时鼠笼异步运行状态的现象。建立了双馈感应发电机DFIG正常运行状态及鼠笼异步运行状态的数学模型,分析了双馈感应风电机组脱网时对电网的无功需求,总结了机组异常脱网时的转差–无功特性。最后提出了风电场无功补偿措施,如配置无功补偿设备等。

异步风力发电机对微网稳定性的影响与对策

异步风力发电机(asynchronous wind turbine,AWT)作为微型电网(micro-grid,MG)的主要微源,其运行状况对MG的稳定性有较大影响。分析AWT的功率–电压特性,研究AWT的运行状况和线路阻抗等因素对MG稳定性的影响,提出了基于储能的MG稳定性控制策略。储能在风速发生快速扰动时可以提供及时的能量缓冲,有效缓冲AWT功率波动,改善系统稳定性。仿真分析与实验结果验证了所提控制策略的有效性。

异步风力发电机组的简化RX模型及其潮流计算

介绍了异步风力发电机组的稳态模型,在传统RX模型的基础上,将风力机吸收的机械功率与发电机的电功率之间的差值、异步发电机的滑差引入牛顿迭代法的修正方程,形成扩展修正方程,从而避免了传统RX模型算法实现中的2个迭代过程,使牛顿迭代法仍具有平方收敛。同时,在迭代过程中引入加速系数,提高了迭代收敛速度。最后,通过甘肃省昌马风电场接入系统潮流计算结果的对比分析,验证了所提出的异步风力发电机组的简化RX模型及其潮流计算的有效性。

UPFC提高异步风电机组故障穿越能力的分析

针对并网风电场故障期间无功不足的问题,采用新型动态无功补偿装置是必然趋势。根据异步风力发电机模型、统一潮流控制器(UPFC)的工作原理与控制策略,建立了含UPFC装置的风电场并网系统仿真模型。仿真对比分析了异步风电场安装SVC和安装UPFC装置时发生短路故障后的故障穿越能力;分析了暂态过程风电机组超速的原因,并研究了异步风力电机组成的风电场故障前后电压、功率和转速变化情况。仿真结果表明,与SVC相比,新型无功补偿装置UPFC作为风电场无功电源,其响应速度更快,风电场暂态稳定性得到更好地改善。