风电机组自适应步进惯量控制策略

若风电机组参与调频时采用步进惯量控制(stepwise inertial control,SIC)策略,其退出调频时有功快速下降可能会引发系统频率二次跌落(frequency second drop,FSD)问题。已有文献中一类改进的SIC策略通过减小风电机组退出调频后有功下降阶段的斜率来应对FSD问题,然而该类改进的SIC策略使得风电机组在退出调频后其有功需要一段时间才会小于风能捕获,在此期间转子转速会继续下降并有可能低于转速下限,危及风电机组运行安全。文章对这一类改进的SIC策略做了进一步完善,提出了一种风电机组自适应SIC策略,根据风电机组退出调频时的转子转速自适应设置风电机组退出调频后有功下降阶段的斜率,在确保风电机组退出调频后转子转速不会低于转速下限的前提下,最小化FSD的幅度。

考虑不对称转速边界约束的变速抽蓄机组综合惯量调频控制

当系统出现频率跌落时,变速抽蓄机组可大幅降低转速、迅速释放转子动能,从而为系统提供惯量支撑,但目前已有的调频方案未能有效发挥变速抽蓄机组的这一优势。为充分利用转子动能,提出一种考虑不对称转速边界约束的变速抽蓄机组综合惯量调频控制策略。首先,从变速抽蓄机组的有功支撑特性和不对称转速约束条件出发,得出适用于变速抽蓄机组的最优频率控制结构,该结构中包含两个时间常数不同的虚拟惯量控制环节。然后,分析各惯量控制环节的作用并整定相关参数。在此基础上,计及变速抽蓄机组运行特性与电力系统调频需求,设计了变速抽蓄机组不对称综合惯量控制策略,使得机组转速降低时可以为系统提供更大的惯量支撑。仿真结果表明,所提调频策略能够充分发挥变速抽蓄机组的优势,维持系统频率稳定。

自抗扰控制的永磁外转子提升机矢量控制策略

针对永磁外转子提升机调速系统中负载参数变化和扰动不定等因素的影响,给出一种自抗扰控制与惯量辨识相结合的永磁外转子提升机矢量控制方法。设计了基于卡尔曼观测器的最小二乘法的转动惯量辨识算法,根据辨识的负载转动惯量参数与速度环自抗扰控制,适时调整自抗扰控制策略中的补偿因子参数。结果表明,自抗扰控制优于PI控制,加入惯量辨识的自抗扰控制使系统鲁棒性得到进一步增强,解决了因转动惯量变化而补偿因子不适应的问题,提高了自抗扰控制对负载扰动的抗干扰能力。

风力发电对系统频率影响及虚拟惯量综合控制

针对大规模风电接入引起系统等效转动惯量下降、系统频率稳定风险上升的问题,在分析电力系统调频过程与风电常规虚拟惯量调频的基础上,建立了含风电的电力系统频率动态响应模型,研究了风电及调频参数对系统频率动态特性的影响及变化规律。提出了基于选择函数的风电机组新型虚拟惯量综合控制方法,利用有限风电机组转子动能,有效增加了系统等效转动惯量,同时避免了传统控制所造成的功率二次跌落。在MATLAB/Simulink中建立了系统仿真模型,仿真验证了控制策略有效性及对频率动态特性的改善作用。

基于双馈风力发电场虚拟惯量控制策略优化

双馈感应风力发电机(DFIG)通常工作在最大功率点跟踪运行方式,风电机组未考虑对电网频率变化给予响应。传统虚拟惯量控制下的不同风电场根据统一的频率偏差给出相同的虚拟惯量出力,忽略了不同转速风机不同旋转动能的分布,转速过高(过低)的风电机组过度调节,会加重转速恢复的困难,也不利于系统频率稳定调节。在此基础上,提出了基于转速的虚拟惯量优化策略,频率下降(升高)时,根据旋转动能的分布提供惯量;频率恢复时,修改控制系数极性,帮助系统频率快速恢复,引入超级电容器作为备用功率,进行下垂控制参与一次调频。在MATLAB/Simulink中建立四机两区模型,通过仿真实验表明其惯量控制效果相较于常规虚拟惯量控制具有明显改善。

基于协同控制的独立电力系统频率响应优化控制策略

以传统小火电机组为主的独立电力系统由于系统低惯性和火电机组存在固有延时,导致系统动态频率稳定性差。针对此问题,提出含辅助频率优化控制器的机组协调调频方案。首先借鉴风电机组利用转子动能快速调频的思想,将独立电力系统内的部分机组改造为变速恒频机组。然后在分析变速恒频机组惯量控制调频的基础上,以控制流形动态收敛为目标,基于协同控制理论,推导了惯量控制中附加功率的控制律。最后通过配合机组惯量控制利用变速恒频机组转子动能,实现对系统频率变化的快速响应。以某工业园区的独立电力系统为例进行仿真,对比分析所提方法和其他方法下的系统频率指标,仿真结果表明:所提控制策略能快速响应系统频率波动,改善了系统频率响应特性。

基于自抗扰控制器的永磁同步电机位置伺服系统

设计了一种新颖的基于自抗扰控制器的永磁同步电动机位置伺服系统。该系统通过跟踪-微分器为给定位置信号提供一个过渡过程,克服了系统响应速度和超调之间的矛盾,使得系统响应快且没有超调;通过扩展状态观测器将系统的负载、转动惯量和定子电阻等参数变化带来的扰动观测出来并加以补偿,提高了系统的抗干扰能力;通过非线性状态误差反馈律实现了“小误差大增益,大误差小增益”的非线性控制,提高了控制精度。仿真结果表明,该系统具有响应快、无超调、稳态精度高的特点,对负载、转动惯量和定子电阻的变化具有很强的鲁棒性。

挤压油膜阻尼器的油膜压力分布理论分析

根据含有流体惯性项的Navier-Stokes方程,求解了挤压油膜阻尼器长轴承模型的油膜惯性速度,以此建立了压力分布模型,并对该模型进行了数值验证。结果表明,当雷诺数达到中等值以上时,该模型有较高精度。压力模型的参数分析结果表明,流体惯性对油膜压力分布有较大影响,并有助于提高油膜承载能力;偏心率影响压力响应的同步性。本文的工作为深入研究油膜惯性对油膜动力参数的影响及高速转子系统设计奠定了基础。

考虑转子磁链-电流环控制动态的虚拟惯量DFIG功频响应特性建模

含有虚拟惯量控制的双馈风电机组的频率响应特性受风电本体和控制环节等因素影响,该文提出一种考虑转子磁链-电流环控制动态的虚拟惯量双馈风电机组功频响应特性建模方法。首先,分析含虚拟惯量控制的双馈风电机组在受扰后的运行特性,基于小信号线性化方法分别建立风轮机、异步发电机及其轴系、转子侧功率环控制以及电流环控制的状态方程;基于定子磁链定向原理化简转子磁链-电流环线性化方程,利用状态方程建立考虑转子磁链-电流环控制的风电机组五阶闭环传递函数;通过频域法量化电流环作用的转子磁链频域响应,剖析所提模型与已有简化模型之间的区别,采用摄动理论分析电流环控制参数对所提模型有功功率-频率响应的影响。最后,在含双馈风电的5节点测试系统与某实际电力系统算例中对比时域仿真结果,结果表明:所提模型的功频响应精度高、适用性强。

考虑惯性调频的双馈风电机组主动转速保护控制策略

双馈风电机组模拟惯性调频能响应系统频率变化、缓解大规模风电并网导致的系统惯性降低问题。但是转子储存动能有限,当转子转速下降到一定限值时风电机组将退出调频并恢复转速,这将引起系统频率二次跌落。文中首先对双馈风电机组在不同风速区内的惯性调频特性进行了分析,并量化分析了不同风速区内风电机组参与调频过程中的有效释放动能,然后提出了基于动能损失负反馈的主动转速保护控制策略。该策略根据双馈风电机组容量和实时运行工况调整转速保护控制器的比例—积分系数,使双馈风电机组随着转子转速下降逐渐退出调频过程,从而维持风电机组在释放动能过程中自身的稳定性,避免频率二次跌落。不同风速区内仿真结果验证了所提主动转速保护控制策略的有效性。

风电参与电力系统调频控制策略综述

随着可再生能源的大规模开发,以风能为代表的可再生能源大量并入电网,且渗透率不断提高。一方面,由于惯性时间常数较小的风电机组替代了传统发电机组,系统的总体惯量减少;另一方面,由于风能本身所具有的间歇性、随机性,系统的频率特性发生改变,调频能力随之减弱。风电参与调频是解决风电上网约束的有效手段之一。为此,对风电参与调频领域的研究进行综述,首先以双馈风电机组和永磁直驱风电机组这2类最常用的变速风电机组调频控制策略为例,综述风电机组转子超速控制、桨距角控制、虚拟惯量综合控制、虚拟同步发电机控制,储能与风电调频以及多控制策略联合的原理、优缺点和发展趋势等;然后针对风电场参与系统调频的若干问题进行分析;最后对本领域未来可研究的问题进行展望。

挤压油膜阻尼器同步响应设计的分析

基于轴颈径向振动情况的挤压油膜阻尼器（SFD）长轴承模型，结合Navier-Stokes（N-S）方程，通过推导油膜惯性速度分布，求解并用数值法验证了油膜压力分布模型．模型的分析结果揭示了油膜径向力反演特性，据此提出了SFD同步压力响应设计准则，并分析了满足此准则的SFD设计参数之间的关系，可为深入研究油膜动力特性和SFD-转子系统动态设计奠定基础。

挤压油膜阻尼器油膜压力的1种实用计算方法

针对挤压油膜阻尼器（SFD）长轴承模型，根据含有流体惯性项的Navier—Stokes（N—S）方程，通过建立油膜惯性速度分布模型，提出了1种工程上实用的油膜压力计算方法，即解析法与数值计算相结合的方法，给出了油膜压力和作用力的表达式．

我国600MW等级汽轮机甩负荷试验现状分析

600MW等级机组正逐渐成为我国电网的主力机组。在介绍近10年期间22台600MW等级机组负荷试验基本情况基础上,对我国试验现状进行了分析,包括最高飞升转速、转子转动惯量、过渡过程及OPC(Over-speed Pro-tection Control)等。结果表明,DEH抑制转速飞升能力强,OPC触发及复位策略也考虑得更科学,配套辅机对甩负荷工况的适应能力良好。指出随着设备制造、设计、安装和调试水平,尤其是电液控制系统DEH(Digital Electro-Hydraulic)水平的提高,无论甩负荷试验本身,还是机组的整体建设水平均达到较高的层次。

振动工况挤压油膜阻尼器油膜惯性速度分布

针对轴颈受径向振动载荷的挤压油膜阻尼器(SFD)长轴承模型,根据含有流体惯性项Navier-Stokes(N-S)方程,建立并数值验证了油膜惯性速度分布模型。模型的参数分析结果表明,流体惯性对油膜速度分布的影响随雷诺数的增大而增强;油膜速度随偏心率的增大而增大。本文的工作为深入研究油膜动力特性及高速转子系统设计奠定了基础。

利用转子动能的风机辅助频率控制最优策略

风机增加辅助频率控制模块是解决新能源取代同步机导致的电力系统频率安全问题的一种方案,其中利用转子动能的调频模式可以使风机运行在最大功率点,经济性比功率备用模式更好。已有研究主要让风机通过虚拟惯量和频率下垂控制模拟同步机,却未充分利用风机控制灵活、可塑性强的优点,且未考虑风机转子动能限制及系统频率二次跌落。论文跳出虚拟惯量加频率下垂控制的传统框架,提出利用转子动能的风机辅助频率控制最优策略。首先将风机输出功率曲线作为决策变量,通过优化得到最优功率曲线,然后设计对应的辅助频率控制策略,实现最优输出功率曲线。仿真结果验证所提策略的效果,并说明风机辅助频率控制不应局限于模拟同步机,而是有更优的策略。

风电虚拟同步发电机主动调频性能实测验证与优化

相比常规同步发电机,风电机组有功响应与电网频率解耦,不具备主动频率响应能力,给高比例新能源接入电网后的频率稳定带来新挑战。风电经虚拟同步发电机技术改造后具备主动调频能力。该文针对预留备用容量及转子惯性控制两种主动调频控制方式开展现场测试,测试结果表明风电虚拟同步发电机具备有功功率支撑能力。针对现场实测发现的风电虚拟同步发电机退出调频时有功功率跃变、电磁转矩和桨距角协调控制不当等工程应用问题进行闭环优化。

一种基于双馈风机锁相环动态响应的风-火协同调频策略

针对风电机组参与系统频率调整与传统同步机电源相互配合的问题,通过合理设置双馈风电机组锁相环控制参数使其具有与传统同步机电源相似的惯量响应能力,进而分析风电机组惯量响应与同步机一次调频之间的相互影响,在此基础上提出风电机组主导的风-火协同调频控制策略。本策略的优点在于能减弱风电机组惯量响应过程中对于同步发电机组一次调频出力的抑制作用,加快同步发电机调频响应速率,进一步优化系统频率。最后在EMTDC/PSCAD中搭建时域仿真系统,验证了所提出理论分析的正确性与控制策略的有效性。

一种风电场自适应最优惯量控制器设计

风电大规模并网会造成电网惯量水平下降,并引发一系列系统稳定问题。鉴于此,文章设计了一种风电场自适应最优惯量控制器。将风电场惯量支撑问题建模为风机超速运行下的转速优化问题,以确定所有风机的最优转速,根据最优转速值自适应调整惯量控制中每台风机的最优下垂控制系数,不但实现了风电场对系统惯量的有效支撑,而且降低了此过程中捕获风能的损失。仿真实验表明,与传统方法中各风机采用相同下垂控制系数相比,文章设计的控制器在提供系统惯量快速支撑的同时,实现了风电场风能捕获能力的最大化。

考虑频率二次跌落的风电机组频率响应控制策略

风电参与频率响应是保障高风电渗透率电力系统频率稳定性的重要方案,但风电机组的转速恢复过程可能会导致系统出现频率二次跌落(FSD)。在分析风电机组利用转子动能参与频率响应过程、FSD产生机理以及影响FSD大小主要因素的基础上,考虑风电渗透率,提出一种风电机组频率响应控制策略以减小FSD。该策略基于综合惯量控制,对风电机组的频率支撑过程和转子转速恢复过程的有功功率参考值进行分阶段设计,动态调整风电机组的输出功率来减小FSD。最后,仿真结果验证了所提策略可以在不同风电渗透率电力系统中大幅减小FSD,改善电力系统的频率响应特性。