双馈风机网侧自抗扰PD控制器性能研究

为了提高双馈风机网侧变流器的整流性能,改进了一种带自抗扰结构的非线性PD控制方法。建立双馈风机网侧的变流器模型,利用离散型PID控制器作为电流调节器在一定程度上抑制了网侧直流电压的振荡。在非线性扩张观测器的基础上,结合一种PD形式的非线性组合控制器,得到了基于自抗扰结构的网侧变流器。仿真结果显示,所用方法可在电网单相电压跌落情况下降低网侧直流电压中的纹波电压,提高双馈风机网侧的直流稳压能力;缩短整流的调节时间,提升双馈风机网侧的响应速度。这种自抗扰PD控制器的合理性和有效性得到了验证并适用于工程应用中。     

考虑LVRT的双馈风电机组对电网频率的影响分析

为研究具备低电压穿越(LVRT)性能的双馈感应风力发电机(DFIG)对系统频率稳定性的影响,首先利用转子运动方程和等效导纳模型对故障穿越期间和故障恢复期间系统频率与风机馈入系统的有功功率之间的关系进行理论推导,建立含双馈风电机组的电网频率响应解析模型,在此基础上分析了低电压穿越特性对系统频率稳定性的影响;然后基于PSCAD/EMTDC仿真平台搭建了含风机的单机无穷大系统模型,仿真验证了电网频率响应解析模型的合理性并提出优化控制方案。结果表明,优化LVRT相关参数后,可有效改善电网频率稳定性。     

同步耦合双馈风机的虚拟惯量优化控制技术

双馈风电机组在同步并网时虚拟出的可控惯性将显著影响电网的动态特性,仍须通过优化控制减少其附加运行风险,充分发挥其控制潜力。该文首先建立引入虚拟同步控制后的双馈风电机组的动态模型,并分析双馈风机与同步发电机之间建立的虚拟同步耦合关系。在此基础上,构建双馈风机同步并网系统的能量函数,基于同步并网耦合关系提出双馈风电机组的变惯量优化控制策略,并借助控制参数对系统稳定性的影响分析,设置虚拟惯量参数范围。最后,搭建双馈风机同步并网系统进行仿真验证,双馈风机的虚拟惯量需要在合理范围内通过变惯量优化才能为并网系统提供可靠的动态稳定支撑。     

PSCAD/EMTDC环境下双馈风力发电机组的建模与仿真

介绍了一种在PSCAD/EMTDC环境中建立双馈风电机组模型以用于电磁暂态分析的方法。分析了风力机风速与输出转矩的关系,建立了机侧换流器的定子磁链定向矢量控制模型、网侧换流器的电网电压定向矢量控制模型,并考虑了低电压穿越控制策略。最后在PSCAD/EMTDC环境中建立了双馈风电机组的模型,仿真验证了建模方法的有效性和正确性。仿真结果表明,在PSCAD/EMTDC环境中,双馈风机建模方法能够准确地描述风电机组的电磁暂态特性。     

弱电网对称短路故障期间DFIG风电系统动态稳定性分析

文章建立了弱电网短路故障期间,考虑锁相环和电网传输线路的双馈风力发电系统小信号状态空间模型。基于小信号状态空间模型,研究了双馈风电系统在低电压穿越过程中的动态特性,从机理上阐明弱电网对称短路故障期间系统的振荡失稳原因,并对故障期间的双馈风力发电系统进行了全面模态分析,确定了系统最弱阻尼的振荡模态。通过特征根轨迹,综合评估了电压跌落程度、锁相环带宽、转子电流环带宽对双馈风力发电系统小信号稳定性的影响。最后,通过Matlab/Simulink仿真验证了理论分析的正确性。     

改善区域间振荡阻尼的快速功率调制策略研究

提出一种通过双馈风机快速有功功率调制改善系统阻尼的方法.首先建立了双馈风机的数学模型,进而提出了单台双馈风机-无穷大系统小干扰稳定分析的一般方法.通过对含4机2区域系统开展特征值分析,找出区域间主导的振荡模式.类比同步机电力系统稳定器(PSS)的设计思路,给出设计双馈风机阻尼控制器的设计流程.暂态仿真结果表明在加装双馈...     

双馈风力发电机的虚拟惯量控制及稳定性分析

针对传统矢量定向控制下双馈异步风电机组表现为电流源特性无法向电网提供转子的固有惯性,继而加剧现有电力系统转动惯量降低的问题,研究了具有并网友好性的虚拟同步发电机技术在风力发电系统中的应用。以双馈风力发电机为研究对象,在建立风机小信号等效模型的基础上,研究分析其虚拟同步发电机控制策略,使双馈风电机组具有更大的惯量和频率支撑能力,采用定子电压外环和转子电流内环的双闭环控制,提高瞬时值跟踪能力。根据建立的频域模型分析了虚拟同步发电机参数对稳定性的影响,并给出了参数设计方法。最后,利用搭建的仿真模型验证了所提方法的有效性和可行性。     

储能对含高风电渗透率系统暂态稳定性的影响

由于可再生能源并网会带来随机性和波动性,高比例可再生能源并网的暂态特性与传统电力系统有显著区别。因此,研究了在高比例可再生能源并网中加入储能装置对系统暂态稳定性的影响。首先建立了双馈风力发电机的模型和等值的双机群系统节点导纳矩阵,并对送端机组机械功率增量和双馈风机外特性的关系进行了理论推导,在此基础上分析了高比例风电渗透率对风火打捆系统功角稳定性的影响,然后建立储能模型,仿真分析了有无储能装置对风电渗透率的影响。结果表明,加入储能装置后,可使同步机的第一摆角度有效减小,且在风电渗透率增大的同时,更好地维持了系统的暂态稳定性。     

基于四状态反馈的双馈风机转子侧变流器电流内环控制

建立了双馈风机的四阶暂态电流模型,设计了四状态反馈的控制方法,用解析法分析了四状态线性反馈对双馈风机闭环极点的影响,确定了使系统稳定的定子电流反馈系数取值范围。为了消除稳态误差,在四状态线性反馈的基础上,再加入积分环节,给出了四状态反馈电流内环的PI控制方程。提出的电流内环能够快速跟踪参考电流,且在定子侧电压跌落时,相比于传统矢量控制具有更好的暂态性能。最后,通过PSCAD/EMTDC建立了0.9MW双馈风机仿真系统,验证了提出的电流内环的电流跟踪效果以及电压跌落时相比于传统矢量控制具有更强的鲁棒性。     

风电并网系统阻抗稳定性分析及次同步振荡因素研究

该文基于适用于次同步振荡特性分析的系统元件序阻抗模型,建立双馈风电多机并网系统阻抗网络建模模型,并提出基于该模型的稳定性分析方法;综合频域稳定分析和时域仿真结果,多角度讨论分析风速、机组控制参数对系统次同步振荡的影响特性,对现有文献鲜有提及的风电机组(群)位置对次同步振荡影响差异进行了重点研究,发现了振荡现象与具体场景...     

Stability of doubly-fed induction generator under stator voltage orientated vector control

The stability of a doubly-fed induction generator (DFIG) under vector control in stator voltage orientation (SVO) is investigated. Prior art has tended to assume that the inner current loop dynamics can be neglected when an SVO is employed. As a result, the poorly damped poles of the DFIG system were considered unaffected by the inner current loop tuning. The state-space model of the machine including the inner current closed loop dynamics is developed for schemes where different feed-forward compensation terms are used. The interaction between inner current loop dynamics and damping of the critical poles of the system is illustrated through analysis and simulation. The main outcome of the analysis is that the stability of the machine system in an SVO depends solely on the parameters of the proportional-integral controllers. Erroneous tuning can lead to instability, irrespective of the particular feed-forward compensation scheme, which could cause the disconnection of the machine as a result of rotor current oscillations of unacceptable magnitude in an actual case. The main contribution is to provide the necessary methodology in order to ensure the stable operation of a DFIG under SVO vector control.     

考虑撬棒和直流卸荷保护的双馈电机电磁暂态过程分析

故障期间,撬棒（crowbar）保护和直流卸荷（chopper）保护的工作状态对双馈风电机组（DFIG）的暂态过程有重要影响。为此,针对三相故障不同严重程度下的双馈风力发电系统,综合考虑撬棒保护和直流卸荷保护的协调控制方式,通过分析转子电流、直流母线电压与机端电压跌落的关系,新建统一的保护动作分析判据;在此基础上,分析撬棒保护和直流卸荷保护在不同电压跌落深度下的状态,并建立统一的双馈电机故障后暂态等值模型。最后基于PSCAD/EMTDC提供的1 MW双馈电机标准模型,验证了所建DFIG暂态等值模型的准确性。     

不平衡电压下双馈变速风电机组的控制策略

提出了不平衡电网电压下双馈发电机的控制策略,并建立了双馈发电机在正、反旋转坐标系下的数学模型。在此基础上推导和分析了电网电压不平衡条件下双馈发电机输出的瞬时有功、无功功率的组成。提出了4种可供选择的不平衡电压控制方案,并给出了不同控制目标下转子的正、负序电流目标值的计算原则。通过MATLAB/SIMULINK仿真验证了控制方案的有效性。     

DFIG-DVR系统在不平衡电网电压下的运行特性

针对双馈风电机组(DFIG)在电网电压不平衡时,二倍频扰动分量会造成定转子过电流、功率脉动、转矩脉动等一系列电气和机械的问题,提出了新型DFIG-DVR系统,即串联DVR始终维持DFIG定子端电压恒定,从根源上隔离电网不平衡故障的影响,从而在整个故障运行过程中,DFIG仍可以实现转子侧变换器功率解耦控制和网侧变换器维持直流电压恒定的目标。采用PSCAD/EMTDC建立DFIG-DVR系统模型,对比分析了电网电压不平衡时DVR的不投切与投切对DFIG的影响。结果表明,在电网电压不平衡条件下,所提控制方案可以实现DFIG的平衡运行。     

电压跌落时带有Crowbar电路的双馈感应发电机的瞬态分析

为了研究双馈感应发电机对电网电压跌落的适应能力,以及其实现低电压穿越的功能,文章通过将由向量法求出的瞬态电流与由等效电路法求出的稳态电流进行叠加而得出的定子、转子故障电流的近似解析式,来分析在定子端三相对称电压跌落、转子侧变换器断开、投入Crowbar电路情况下的双馈感应发电机内部的电磁关系变化过程。此外,在理论分析的基础上,文中建立了2　MW双馈感应发电机的PSCAD模型,且在7.5 kW双馈风力发电测试平台上进行了实验验证。仿真和实验结果表明,这种通过瞬态电流和稳态电流进行叠加的方法而求得的双馈感应发电机故障电流的近似解析表达式可以准确地反映出双馈感应发电机磁链和电流的瞬态变化。     

并网型双馈发电机励磁控制技术研究

根据双馈发电机的数学模型,采用空间矢量的分析方法,对系统耦合量的处理方式进行了详细分析。在定子磁场定向控制策略的基础上,针对并网型双馈发电机系统的不同控制模式建立了相应的励磁控制模型,并分析了两种控制模式的异同。实验结果与理论分析均表明,带反电势前馈补偿的系统耦合量处理方式能够有效抑制电网电压的波动,并提高整个系统的动态响应性能。而且,无论系统采用功率控制模式还是速度控制模式,均能实现双馈发电机定子端口有功功率或转速和无功功率之间的解耦控制,但无法同时实现三者之间的独立控制。     

双馈风电机组接入地区电网后的电压稳定分析

利用PSASP软件的UPI接口程序模块．在PSASP中建立了双馈风电机组模型,以两个实际的地区电网为例,研究双馈风电机组接入地区电网后对电网电压的影响,结果表明：双馈风电机组提高了地区电网的静态电压水平：双馈风电机组在故障后能够减少系统所需的无功储备,从而有利于地区电网的电压稳定;风速的波动对地区电网的电压有影响,但一般不会影响其暂态稳定性。     

改善基于双馈感应发电机并网风电场的低电压穿越能力研究

为保持系统稳定,必须要求大规模并网风电场具有低电压穿越能力。双馈感应发电机（DFIG）低电压穿越功能已成为研究热点。介绍了串联制动电阻装置对双馈感应发电机暂稳特性贡献的机理。详细分析了在电网故障情况下,制动电阻装置对双馈风电场低电压穿越能力的贡献,分别就制动电阻接在风电场升压变处与接在双馈感应发电机机端对低电压穿越的改善效果进行分析。试验结果表明：故障期间投入适当大小制动电阻,能较好地提高双馈风电场低电压穿越功能;将制动电阻放置在风电场升压变处贡献效果优于将制动电阻装置放置在双馈感应发电机机端处。     

含双馈感应风电机组的配电网无功优化

考虑传统无功调节设备调节次数限制和双馈感应电机无功容量限制等约束条件,提出一种基于双馈感应电机与传统无功调节设备协调控制的分时段分层无功优化策略。首先,该策略采用谱系聚类算法对预测等效负荷曲线进行分段;其次,在每个时段采用分层调控策略进行无功优化,建立以网损和平均电压偏离度之和为目标函数的无功优化模型,上层利用改进粒子群算法计算出包括双馈感应机组在内的各种无功调节设备的优化运行状态,并预先对变压器、电容器动作;在此基础上,下层利用双馈感应机组的无功调节能力对上层优化得出的并网点电压进行自动跟踪控制,由此实现了每个时段内接入点电压控制和全局无功优化相结合,最后以IEEE33节点配电系统为算例来验证上述策略的有效性。