双馈风力发电系统在电网三相短路故障下的响应与保护

为了研究双馈感应风力发电机组的低电压穿越以及故障保护技术,根据双馈风力发电系统的数学模型采用数学解析的方法详细地分析了双馈感应发电机和变换器在三相电网短路故障时的动态响应特性;推导出了三相电网短路故障时双馈发电机的故障电流最大值及其发生时刻;并在此基础上,研究了双馈风力发电机的转子保护电路的具体设计方法及计算依据。

双馈风力发电机的精确线性化解耦控制

针对基于近似线性化模型的双闭环矢量控制稳定性差、抗扰能力弱的缺点,应用多变量非线性控制理论,对并网型双馈风力发电机进行了精确线性化解耦控制研究。在建立双馈发电机空间状态方程的基础上,运用逆系统方法将双馈发电机精确线性化成有功功率和无功功率两个一阶线性子系统,并运用内模控制理论对其进行综合以提高系统的鲁棒性,提出了并网型双馈风力发电机的逆系统内模控制策略,并进行了实验验证。结果表明,该控制策略可以实现双馈发电机有功功率和无功功率的完全解耦,并具有更高的控制精确度和稳定性。

双馈型风力发电变换器主回路杂散电感的影响和抑制

双PWM变换器是MW级双馈型风力发电系统中的关键部件。在大功率风电变换器中,由于杂散电感的存在,器件在关断过程中往往会产生超出允许范围的瞬态尖峰值,从而导致其失效和损坏。因此,在研制兆瓦级双馈型风力发电变换器时要考虑如何对变换器回路的等效杂散电感进行抑制。针对上述问题,通过构建2MW双馈型风电变换器功率主回路杂散电感等效分布模型,分析了杂散电感在器件关断过程中的影响。在此基础上,提出一种低感平面母线技术来抑制主回路的总杂散电感,并采用基于虚功原理的电磁场知识来对其电感值进行理论分析和计算。从结构设计和工程应用角度出发,对该母线的使用进行分析。样机试验结果表明,所提方案较之传统设计在抑制主回路杂散电感上更具有效性。

变速恒频双馈风力发电机组的非线性因素分析

双馈风力发电机组主要由双馈感应异步发电机和背靠背的电压型变换器组成,其中双馈感应异步发电机是非线性、强耦合、多变量的系统,背靠背的电压型变换器因直流母线电容的耦合也存在非线性因素。结合双馈电机及变换器的数学模型,系统研究了双馈风力发电机组中的非线性因素,分析了传统矢量控制的优点及不足,探讨了基于非线性解耦控制的双馈风力发电机组控制策略的可行性,指出了旋转坐标变换在弱化系统非线性时的作用。

大型海上全直流风场中基于MMC的风力发电变流器及其控制

随着海上风场规模的增大,全直流风场成为未来海上风电的发展趋势。模块化多电平变换器(modular multilevel converter,MMC)广泛应用在大功率、高电压的AC/DC电力变换领域,并且能够实现电能直接从低压交流到高压直流的转换,是一种适用于海上全直流风场的风力发电变流器拓扑。该文针对基于MMC的风力发电变流器的运行特性进行了分析,发现在低调制比的工况下MMC的子模块电容电压纹波会使交流输出电压产生畸变,通过对其机理的分析,提出一种改进的电流控制方法,改善受到电压畸变影响的电流动态控制性能。为了验证理论分析与控制方法,在RT-LAB中对一将6 k V永磁同步发电机连接到50 k V直流网的10 MW风力发电系统进行了建模和仿真,并在30k W的MMC实验平台上进行了实验验证。

双馈风力发电系统在电网故障下的动态响应分析

该文在建立电网故障时双馈发电机定子电压空间矢量模型的基础上,对双馈感应发电机以及变换器在电网不对称故障及对称故障时的动态响应特性进行了详细的定量和定性分析,揭示了双馈发电系统暂态故障响应的本质及各电磁量的变化规律。推导出了双馈发电机电网故障电流的最大值及其发生时刻。并在此基础上,提出了实现风电机组故障穿越技术的基本准则。

用于风力发电仿真的多时间尺度风速建模方法

建立多时间尺度的风速模型,其目标是模拟风电机组的出力特性,建立有效的风电场稳态和暂态模型,利用仿真分析风电场接入后电力系统的运行状态,对研究含风电的电力系统动态过程和中长期经济调度问题具有非常重要的意义。采用分段线性化方法和基于夹角距离的相似度匹配进行风速的同类趋势聚合,利用聚合数据构建径向基函数神经网络拟合风速趋势,并在此基础上结合风速集合量化概率分布和趋势变化2个约束,对概率分布函数生成的随机风速序列按照趋势的最小偏度进行重构,建立符合真实变化规律的风速模型。算例基于一组实测数据建立了同趋势的随机风速模型,从变化曲线和功率谱密度曲线对真实风速序列和模拟的随机风速序列进行了分析对比。实验结果证明,与传统的建模方法相比,建立的模型既能够反映风速的长期趋势特征,又保留了风速变化的动态特性,显著提升了风速模型的多样性与真实性。

SVPWM过调制技术在风力发电变换器中的应用

背靠背PWM变换器是全功率风力发电系统中连接电网和电机的核心部件。当电网电压升高10%以上时,为保证发电系统仍能向电网输送功率,必须提高并网逆变器的输出电压。在此研究了一种基于空间矢量脉宽调制(SVPWM)的过调制控制算法,并对过调制区的谐波成分进行了分析。利用Matlab/Simulink仿真软件对该算法进行了仿真验证,最后进行了实验验证。结果表明,该算法能有效提高逆变器输出电压,实现在整个调制范围内逆变器输出基波电压的线性控制,达到逆变器的六阶梯波运行状态。

变速恒频双馈风力发电机组的空载并网技术

传统的风力发电机组直接并网和降压并网都会在并网瞬间产生很大的冲击电流,基于定子磁链定向的双馈发电机组空载并网,由于并网前定子磁链的检测不准确也会对电网造成冲击。根据变速恒频双馈风力发电机组的运行特点,通过对其数学模型的分析,建立了双馈异步发电机的空载数学模型,研究了其基于电网电压定向的空载并网控制策略,避免了由于定子磁链检测不准确造成的电网冲击。试验结果表明,该控制策略可以实现大容量风电机组的无冲击软并网,是一种理想的风电机组并网方式。

轻型直流输电在海上风力发电并网中的应用

比较海上风电场的并网方法,说明了轻型直流输电技术在连接风电场与电网方面具有的独特优势。在换流站的d-q解耦控制基础上,研究设计了轻型直流输电控制器,并利用PSCAD/EMTDC仿真软件,对海上风电场的轻型直流输电模型进行仿真。仿真结果表明,轻型直流输电能很好地承担海上风电场的并网工作,并且具有快速的电流响应特性和鲁棒性。

兆瓦级风力发电电伺服独立变桨控制系统的设计

设计一种基于多套备用电源的电伺服独立变桨系统,首先描述了该系统的系统结构设计及其特点,然后根据变桨速度和力矩的要求设计了伺服驱动系统,并根据备用电源的工作特点对备用电源的电压和容量进行了设计计算。实验结果表明,该系统具有较高的响应速度和控制精度,完全满足兆瓦级风力发电系统对于桨叶控制的要求,具有较高的可靠性和安全性,有着良好的应用前景和使用价值。

大型风力发电蓄电池储能电源系统应用

风力发电是世界上发展最快的绿色能源技术,但是受其波动特性及间断特性影响,其应用范围受到了很大限制.在此,从风能储能角度分析了应用风电的可能途径及风能储能方式的技术现状,并对蓄电池储能方式进行了仿真研究.仿真结果验证了蓄电池储能方式的可行性.阐述了大型风力发电机蓄电池储能系统的应用前景.

高压变流器在高压风力发电中的应用

将高压变流器应用于风力发电技术中,使得风力发电可由传统的690V低压型功率变换直接转变为3～10kV的高压型发电系统。

模块化定子永磁风力发电机及其控制

针对海上风能开发和利用,提出和设计了一种新型结构的永磁风力发电机。所提出的电机由多个空间均匀移相的模块化定子永磁发电机(MSPMG)组成,每个MSPMG是独立的单相双凸极电机,每个定子模块包含永磁、齿极和线圈,减小了模块间的磁耦合和线圈互感。通过分析MSPMG的电磁特性和发电原理,基于变分原理推导出MSPMG的最优功率控制策略,利用单相H桥全控整流电路实现了对电枢电流的控制。有限元分析证明MSPMG各个模块间的磁路耦合很小,运行状态相互独立,因此该电机具有很强的容错运行能力。基于软件仿真证实了所设计电机及其控制策略的正确性和有效性。

基于直驱式永磁同步发电机组的风电场动态建模

根据某大型风电基地200 MW标准直驱机组风场的电气参数和出力数据,利用风机功率曲线求取等效风速,按照单机法思想建立了直驱式永磁机组风电场的单机聚合模型。运用DIgSILENT PowerFactory软件建模仿真,与详细风场模型、多机法聚合模型进行了对比,探讨了模型的可行性。此外,分析了风场集电线路对聚合模型精度的影响,并提出了单机聚合法的适用性和建模过程中集电线路的取舍原则。

基于自适应调节的微源逆变器虚拟同步发电机控制策略

微电网通过各类功率变换器实现分布式电源分布式开发、就地吸纳和高效应用,但其孤岛运行时惯性很小,频率受负荷波动的影响很大。对于微源逆变器引入虚拟同步发电机控制策略,这对改善微网系统频率稳定性具有重要作用。基于此,提出一种自适应调节的虚拟同步发电机控制策略。首先根据微网实际运行状况实时修正虚拟惯性参数,实现了控制策略的自适应调节,从而保证微网系统的安全稳定运行;然后详细分析所引入转动惯量系数和阻尼系数对微源控制系统的各类影响。Matlab/Simulink仿真结果验证了所提控制策略的正确性和有效性。

双馈感应发电机的输入输出线性化解耦控制

在双馈风力发电系统数学模型的基础上,提出基于输入输出线性化解耦控制的非线性控制策略。通过非线性坐标变换和非线性状态反馈,实现了双馈风力发电系统的输入输出线性化,达到了双馈感应发电机的有功功率、无功功率在稳态和动态情况下完全解耦的控制目标,提高了系统的动态性能,提升了响应速度,减小了功率纹波。所设计的非线性控制律仅与发电机电感的比值有关,提高了控制系统的参数鲁棒性。在7.5kW双馈风力发电测试平台上进行了验证,实验结果表明,双馈风力发电系统的输入输出线性化解耦控制策略优于传统的矢量控制策略。

风储联合发电系统电池荷电状态和功率偏差控制策略

提出了一种新型的基于风电功率预测偏差和电池荷电状态(SOC)反馈的储能系统控制策略,通过预测结果计算风电功率的变化偏差,得出完全补偿波动所需的储能系统充放电功率,引入补偿系数联合求解获得储能系统的充放电控制指令。同时,建立了补偿系数的动态优化模型,包括长时间尺度下基于输出功率波动和电池容量变化指标的基准补偿系数寻优模型,短时间尺度下基于电池SOC指标和充放电状态的补偿系数快速修正模型。算法采用的最优求解和SOC指标具有广泛的适应性,便于推广不同容量储能系统在风电功率平滑中的应用,可以兼顾储能电池的寿命和输出功率的平滑性。算例结合风电场的功率实测数据,进行储能系统配置仿真,验证了该控制策略能够最大程度发挥储能系统能力,在维持电池能量稳定前提下,平抑风电场输出功率的波动。

虚拟同步发电机输出阻抗建模与弱电网适应性研究

研究了弱电网条件下虚拟同步发电机-电网互联系统的交互稳定性。在考虑主电路参数、控制参数等因素影响的基础上,提出一种dq旋转坐标系下虚拟同步发电机的输出阻抗模型,并推导其解析表达式。分析了该输出阻抗的频率特性,得出虚拟同步机在弱电网下运行易失稳的结论。基于广义奈奎斯特判据研究电网强度及功率环控制参数对虚拟同步机运行稳定性的影响,以此为依据提出一种基于增大有功环参数的虚拟同步机致稳控制方法,从而提高其弱电网运行的适应性。基于RTDS的硬件在环仿真平台进行仿真计算,验证了理论分析的正确性。

恒定交流励磁时双馈感应发电机的短路电流

系统地分析了三相机端短路状况下,双馈感应发电机(DFIG)定、转子电流的动态响应,提出了计算DFIG短路电流的新方法.将三相机端短路的DFIG等效为稳态运行的转子励磁异步电机和三相机端短路的鼠笼型异步电机,运用空间矢量的方法分别求解,得到DFIG短路电流的解析表达式,确定了最大短路电流及其出现时刻,同时分析了短路电流中的主要成分以及它们之间的相互关系.以上结论通过Matlab/Simulink仿真进行了验证.