基于PSCAD的双馈式风力发电系统柔性并网研究

双馈式风电机组已成为风电领域应用最为广泛的一种主流机型。推导了双馈电机在发电机惯例下的动态数学模型,用内模控制实现双馈电机转子电流内环和转速外环的控制,提出了基于内模控制的柔性并网运行控制策略,应用PSCAD／EMTDC建立了完备的2MW并网运行双馈式风力发电系统仿真模型,对风速突变时系统柔性并网响应特性进行了细致的仿...     

双馈风力发电机并网控制研究

根据双馈风力发电系统的运行特点,基于定子磁链定向的矢量控制技术,考虑转子电流动态调节,推导了双馈电机空载并网数学模型,设计了双馈风力发电机空载并网控制系统.基于Matlab/Simulink仿真平台,对双馈风力发电机空载并网控制模型进行仿真分析及实验验证.仿真和实验结果验证了控制方法的正确性和有效性,利用所提出的并网控...     

交流励磁双馈电机分段并网控制策略

针对交流励磁双馈电机转子位置初始误差提出了一种补偿控制器。根据电网电压矢量控制时双馈电机数学模型,推导了定子开路稳态时转子电流与定子电压的关系,并基于此构建了转子位置初始误差的补偿控制器。对所提出的初始误差补偿原理进行了分析。另外,将该补偿控制器应用到风力发电系统实际并网控制过程,提出一种交流励磁双馈电机分段并网控制策略。设计了控制器,并在所搭建的变速恒频风力发电实验平台上作了相应的实验,结果证明了补偿控制器分段并网控制的有效性。     

双馈电机直流并网系统无位置传感器运行策略

为精简双馈感应发电机直流并网系统结构,在采用双变流器直流并网的基础上,进一步研究双馈电机无位置传感器控制策略。针对定子电压的非正弦性,定子侧变流器和转子侧变流器通过间接气隙磁链定向控制。为降低无位置传感器运行的参数依赖性,采用基于气隙磁链的模型参考自适应控制策略。以双馈电机数学模型为基础,采用小信号的分析方法,分析了无位置传感器策略的稳定性和对双馈电机参数变化的鲁棒性。最后构建了双馈风力发电机直流并网系统实验平台,对所提控制策略的正确性与可行性进行了实验验证。     

并网型双馈电机风力发电系统建模与仿真

双馈电机已成为变速恒频风力发电系统的主流电机.文中介绍了交流励磁变速恒频双馈电机运行的基本原理,推导了风力机模型和交流励磁双馈电机动态数学模型.交流励磁变速恒频双馈电机风力发电系统空载运行和发电运行由于涉及并网时刻状态转移导致建模复杂,故提出用S函数描述双馈电机的数学模型,结合MATLAB中Simulink环境建立完备的系统仿真模型.由仿真结果可看出,所提系统实现了最大风能追踪控制,且动态响应快,双馈电机可运行于不同转差频率下亚同步和超同步状态,同时稳态时转子侧和定子侧注入电网谐波基本为零.     

双馈风力发电系统并网控制试验研究

提出了一种双馈风力发电系统并网控制策略。给出了双馈电机在同步旋转坐标系里的数学模型,采用电网电压定向矢量控制对双馈电机的数学模型进行了简化。结合交流励磁双馈电机风力发电系统并网的实际情况,提出了分段并网控制策略,给出了各个控制器的设计方法,在实验室所搭建的变速恒频双馈电机风力发电试验平台作了相应的验证性试验。试验结果证明,所提出的方法可以使双馈电机实现平滑并网。     

双馈风力发电系统并网控制试验研究

提出了一种双馈风力发电系统并网控制策略。给出了双馈电机在同步旋转坐标系里的数学模型,采用电网电压定向矢量控制对双馈电机的数学模型进行了简化。结合交流励磁双馈电机风力发电系统并网的实际情况,提出了分段并网控制策略,给出了各个控制器的设计方法,在实验室所搭建的变速恒频双馈电机风力发电试验平台作了相应的验证性试验。试验结果证明,所提出的方法可以使双馈电机实现平滑并网。     

考虑电磁暂态补偿的双馈电机低电压穿越控制及其机电安全分析

研究了考虑磁链暂态补偿技术的改进低电压穿越(LVRT)控制策略。在对风机进行有功无功控制的同时,通过对转子电流中的暂态感应分量的检测与控制,实现对定子电压跌落引起的定子磁场变化的补偿,改善了双馈电机的漏感对磁链暂态补偿控制效果的影响。建立了1.5 MW双馈感应发电机并网控制结构的MATLAB模型,并对此进行电磁暂态仿真。仿真结果验证了改进后的方法能够有效抑制双馈电机定、转子电流的峰值,提高双馈型风力发电机的LVRT能力。     

无刷双馈电机数学模型的研究和分析

针对目前使用较多的无刷双馈电机的两种数学模型,即转子速d-q模型和统一坐标系模型,在推导过程和应用方面做了研究和分析.两个模型的推导目的都是将多回路模型简化为两轴模型,但是由于对转子的不同处理方法和坐标变换时对坐标轴的不同定义导致得到的数学模型不同.相对于多回路模型,转子速d-q模型阶数大大减少,更适合控制策略的研究,但d轴和q轴分量却合不成矢量方程,导致其在理论分析中带来不便.统一坐标系模型是矢量方程,形式简洁,使用方便.其功率、控制绕组和转子电压、电流和磁链可以折算到功率或控制绕组的以任意速度旋转的坐标系上.该模型更适合用于无刷双馈电机的各种控制策略.对这两个模型的研究与分析为无刷双馈电机控制策略的研究提供了参考.     

无刷双馈电机发电并网控制研究

针对传统的跟踪发电电压的标量控制策略控制无刷双馈电机的并网运行时存在的问题,提出一种跟踪电网电压矢量定向控制的无刷双馈电机的并网运行控制方法,同时在无刷双馈发电系统输出端与电网之间引入一个缓冲电抗器,使无刷双馈电机发电电压矢量、电网电压矢量和电抗器两端电压矢量构成一个矢量三角形,从而实现了无刷双馈电机的发电并网运行。实验结果验证了本文提出方法的有效性。     

弱电网情况下双馈风电机组改进虚拟感抗控制方法

当前弱电网条件下双馈风电机组的运行稳定性问题受到广泛关注。在同步旋转坐标系下建立了综合考虑锁相环、转子侧电流环和功率环控制器影响的双馈风电机组等效输入导纳模型。在此基础上,结合广义奈奎斯特稳定判据分析了增大转子侧电感对系统稳定性的提升作用,由此提出在控制器中引入虚拟感抗提高系统稳定性的方法。相对于传统的直接在转子侧电流环中引入虚拟感抗,在设计基于虚拟感抗的控制器时,充分考虑锁相环耦合弱电网扰动对双馈风电机组运行稳定性带来的不利影响,提出了改进的控制方法。通过广义奈奎斯特判据证明了该方法能有效提高弱电网条件下双馈风电机组的运行稳定性。在MATLAB/Simulink中搭建了1.5 MW的双馈风电机组详细模型,通过仿真验证了所提改进控制器对提高系统稳定性的有效性。     

不同电网故障情况下DFIG运行特性比较

现代风力发电的发展,对风电生产提出了新的需求,即在电网电压跌落处于一定范围内时风力发电机装置必须保持和电网相连,其中双馈式风力发电机(DFIG)的电压跌落渡过能力是目前风电研究的一个热点。为确保DFIG的低压过渡能力,通过仿真1.5 MW的双馈风力发电机,研究了对称电网电压跌落时,DFIG的定转子的电压电流、电磁转矩、转速、直流侧电压、有功、无功等量的动态响应情况;比较了不同电网电压跌落情况下,各动态响应的剧烈程度;分析了响应产生的原因并介绍了几种可行的双馈风力发电机电压跌落渡过策略。仿真结果说明DFIG在电网电压跌落对称故障下的动态响应由电网电压跌落的程度及系统控制结构决定。     

双馈风电机组低电压穿越非线性变结构控制策略研究

提出一种基于精确线性化变结构控制的双馈感应风力发电机(DFIG)的低电压穿越控制器设计方法。建立了DFIG在同步旋转dq坐标系下的非线性数学模型,在此模型基础上,采用精确线性化将原非线性系统模型转化为线性系统模型。应用变结构控制原理设计DFIG的发电机转子侧及电网侧变流器的控制器,同时通过PI控制以稳定直流侧电容电压。最后,利用MATLAB仿真软件搭建了6×1.5 MW的DFIG系统仿真模型,仿真结果表明,所设计的控制器能够在电压跌落后抑制转子过电流以及直流母线过电压现象,实现了DFIG的低电压穿越。     

含双馈风电机的电力系统电压稳定性分岔分析

风电并网改变系统潮流,为研究风电并网对电压稳定的影响,建立含双馈异步发电机组（DFIG）风电系统的动态模型,提出一种新的处理DFIG转子控制电压值的方法.该电压控制方法将DFIG稳态转子控制电压值作为动态DFIG模型的转子控制电压值,随着系统运行状态变化而改变控制电压值.应用延拓法追踪动态负荷参数变化时系统的平衡解流形,并采用分岔理论分析动态负荷参数变化对风电系统电压稳定的影响.仿真结果表明,不同的风力机模型会使电压稳定性分析结果产生差异,且上述新的DFIG转子控制电压方法更加精确、可行.     

考虑转子电压电流耦合全补偿的双馈感应发电机改进PI-R电流控制策略

对电网谐波环境下基于PI-R电流控制器的双馈感应发电机(DFIG)控制策略进行了改进。建立了计及电网谐波的DFIG动态模型,分析了电网谐波环境下实现DFIG控制的常用方法。针对常用控制策略中未考虑DFIG转子谐波电压和谐波电流之间耦合的问题,提出了相应的改进方法,即通过对转子谐波电压和谐波电流间的交叉耦合进行补偿,实现了快速动态解耦控制,改善了控制性能。给出了考虑转子谐波电压电流耦合补偿的PI-R电流控制器设计方法。在PSCAD/EMTDC上进行了仿真,验证了改进方案的正确性和有效性。仿真证明,所提出的改进策略在保留PI-R控制器对交、直流量实现无静差控制特性及其良好的频率选择性的同时,更加有效地抑制了电网谐波对DFIG转子电流畸变和功率脉动的影响,进一步提升了电能质量。     

电网电压不对称跌落下双馈风电机组转子电压分析

在实现低电压穿越的过程中,双馈感应发电机(DFIG)定子始终与电网相连,电机在电网电压跌落和恢复作用下的磁链动态响应会引起转子过电压,威胁转子变流器的安全,导致低电压穿越失败。文中基于DFIG动态模型,针对电网电压三相不对称跌落,提出了根据正序和负序电网电压分别求解电机定子磁链和转子电压动态响应的方法,采用电机定子磁链和转子电压矢量轨迹图直观地描述了电机动态响应过程,并给出了转子电压在不对称跌落期间的稳态值、不同跌落和恢复时刻下的最大值和最小值。相应的DFIG仿真结果验证了所述理论分析的正确性。最后,提出了一种转子有源Crowbar电阻的设计方法。     

An Enhanced LVRT Scheme for DFIG-based WECSs under Both Balanced and Unbalanced Grid Voltage Sags

Due to the latest grid codes, wind energy conversion systems (WECSs) are required to remain connected to grid under grid voltage sags and supply reactive power into the grid. So, this paper proposes an enhanced scheme to improve low-voltage ride through (LVRT) capability of doubly fed induction generator (DFIG)-based WECSs under both balanced and unbalanced grid voltage sags. The proposed scheme is composed of active and passive LVRT compensators. The active compensator is performed by controlling the rotor- and grid-side converters of the DFIG to decrease the stator flux oscillations and inject reactive power into the grid. The passive compensator is based on a three-phase stator damping resistor (SDR) located in series with the stator windings. The proposed scheme decreases the negative effects of grid voltage sags in the DFIG system including the rotor over-currents, electromagnetic torque oscillations, and DC-link over-voltage and also injects reactive power into grid to support the grid voltage. So, the LVRT capability of DFIG is enhanced and new grid code requirements are addressed. Simulation results on a 1.5-MW DFIG-based WECS using MATLAB/Simulink demonstrate the effectiveness of the proposed LVRT scheme under both balanced and unbalanced grid voltage sags.     

电网对称故障时双馈感应发电机不脱网运行的系统仿真研究

利用经实验验证的时域仿真模型对一典型的2MW双馈感应风力发电系统在电网对称故障时的控制和响应进行仿真研究。与在电网故障时将转子端部直接短接的保护方案相比较,采用所提出的电网故障励磁控制与正常运行时的风能跟踪控制相结合,可以保证发电机迅速恢复有功输出,从而提高整个电力系统在故障切除后的运行稳定性。针对电网对称故障时发电机不脱网运行的可控范围进行仿真计算的结果表明:典型双馈感应风力发电机可在电网故障引起发电机变压器系统侧电压最低下降到30％额定电压时仍可保持不脱网运行。对影响电网故障励磁控制性能的各种因素,包括发电机故障前初始运行点及电机参数进行了研究,发现适当增加发电机漏感或定予侧电阻有助于进一步提高电网故障时励磁控制的效果。     

双馈风力发电机低电压过渡的相角补偿控制策略

基于撬棒保护(crowbar)的控制方法是双馈风电机组(doubly-fed induction generator,DFIG)实现低电压过渡(low voltage ride through,LVRT)的主要方式之一。在撬棒保护退出后,故障恢复过渡过程中,转子过电流仍有可能损坏变流器。针对上述问题,通过双馈电机的动态等效模型构建故障过程系统分析模型,深入分析故障发生和电网电压恢复过程中的机端电压相角跳变机制及其对矢量定向精度的影响。在此基础上,提出相角补偿控制原理,改进现有 LVRT控制策略,将控制流程分为正常运行、撬棒保护投入、撬棒保护退出和电网电压恢复4个阶段。在正常运行及撬棒保护退出阶段,采用定子磁链定向控制;在撬棒保护投入阶段,封闭转子侧变流器绝缘栅双极型功率管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)的脉冲,网侧变流器保持正常工作;在电网电压恢复阶段采用相角补偿控制。仿真结果表明,所提控制策略能够有效抑制电网电压恢复过程中的过电流。     

电网对称故障时双馈感应发电机低电压穿越控制

分析电网对称故障时,双馈感应风力发电机定子磁链变化过程、导致定转子过电流的原因、电网故障发生具体时刻及故障程度对双馈感应发电机定转子的影响,提出一种双馈感应风力发电机转子侧变换器低电压穿越控制策略,改善了双馈感应发电机在电网故障时定、转子过电流的情况,实现了双馈感应发电机在电网对称故障时的低电压穿越.在理论分析基础上,建立双馈感应发电机转子侧变换器低电压穿越控制模型和3 kW双馈感应发电机励磁变换器低电压穿越控制实验系统.实验结果表明,所提出的双馈感应发电机低电压穿越控制策略动态响应快、方法行之有效.