变速恒频风力发电系统及其控制技术研究

为了最大限度地利用风能,风力发电系统应采用变速恒频控制策略。分析了鼠笼异步发电系统、双馈发电系统、无刷双馈发电等变速恒频风力发电系统的原理、性能及特点,通过对比各种风力发电机和各种控制方法的优缺点,对未来风力发电机和风力发电控制技术的发展趋势做了展望: 风力发电机大型化;采用变桨距和变速恒频技术;风力发电机采用直接驱动;采用智能化控制等。     

风力发电机及风力发电控制技术综述

介绍了各种类型风力发电机及其风力发电系统的特点,论述了风力发电机组的定桨距失速控制、变桨距控制及变速控制等控制方式,阐述了具有鲁棒性的非线性智能控制技术在风力发电中的应用研究.通过对比各种风力发电机和各种控制方法的优缺点,对未来风力发电机和风力发电控制技术的发展趋势做了展望.     

风力发电系统的暂态仿真模型研究

详细归纳了不同类型风力发电系统的暂态仿真模型,研究了包括空气动力系统、风机轴系系统、桨距控制系统和变频器在内的动态仿真模型,以双馈风力发电机为例,研究了变桨距恒频/变速风力发电系统的控制系统模型。最后,在电力系统分析软件DigSILENT PowerFactory上分别对异步风力发电机、双馈风力发电机和全换相同步风力发电机进行建模,模拟变风速条件下不同类型风力发电机的动态特性。仿真结果进一步验证了所研究模型的正确性。     

风力发电控制系统仿真软件研究与开发

风力发电控制系统仿真平台设计是风力发电机及其控制系统设计制造的关键技术之一,是研制开发各种新型风力发电机的核心技术和重要工具。本文在对风力发电仿真系统的概要设计介绍的基础上,着重讨论了系统的各个模块的数学模型构成及系统开发实现中的关键问题。     

基于磁链追踪的双馈风力发电系统低电压穿越控制

根据当今世界对风能转换系统提出的必须具有低电压穿越能力的要求,研究了电网跌落对双馈风力发电机的影响。在电网跌落时双馈风力发电机运行特点的基础上,分析并提出了一种基于磁链追踪的双馈风力发电系统低电压穿越控制策略,有效地抑制了双馈风力发电机定、转子过电流,保证了变流器的安全运行,实现了双馈风力发电机在电网跌落时的低电压穿越。依据理论分析,建立了双馈风力发电机磁链追踪控制模型,并通过MATLAB/SIMULINK平台进行仿真研究,仿真结果证实了所提控制策略的可行性和有效性。     

双馈型风力发电机低电压穿越的分析研究

风力发电机的低电压穿越现场实际实验较难实现,为了准确地分析双馈型风力发电机低电压穿越的特性,有必要通过仿真的方式进行分析研究。针对风力发电系统中双馈型风力发电机的基本原理,构建了机组的动态数学模型,利用Matlab/Simulink的仿真平台,建立了双馈感应发电机以及控制系统的仿真模型,对其在电压跌落50%的故障下开展了仿真和研究,分析了电网跌落时对双馈风力发电机的影响。研究结果表明：电网电压跌落时和电压恢复时风力发电机会受到电网电压故障的强烈影响。     

直驱风力发电机通用模型仿真研究

本文研究对象为永磁直驱风力发电机,提出直驱风力发电机通用模型。该通用模型包含通用风力机模型、同步发电机模型和直驱风力机传动模型。模型中风力发电机采用变桨距技术,通过改变叶尖速比实现在不同的风速下实现最大风速追踪,实现风能利用最大化。基于Matlab/Simulink平台建立模型,当输入为变化风速信号时,分析模型输出结果,发现结果符合风力发电机特性。由于在研究风力发电中,风力发电机模型必不可少,文中所建立的风力发电机模型简单可靠具有较强的通用性,具有较强实用性。     

变速恒频风力发电系统控制方案综述

为满足风力发电机组并网运行的要求,风力发电系统应采用变速恒频控制策略。通过与恒速恒频控制策略进行比较,分析了变速恒频控制策略的优点。详细阐述了国内外主要的变速恒频风力发电系统方案:笼型异步发电机、交流励磁双馈发电机、无刷双馈发电机、直驱式永磁同步发电机。最后对风力发电机的发展趋势进行了展望。     

风力发电机发展现状及研究进展

风力发电机是实现风能转换为电能的核心部件之一.自上世纪70年代末以来,涌现了多种风力发电机拓扑结构及发电系统.针对现有国内外主要类型风力发电机的技术特点进行评述,分析比较不同类型风力发电机的经济技术性能,讨论风力发电机的最新发展趋势与研究进展,为我国风力发电研发工作提供参考.     

双转子永磁同步风力发电机的最大功率跟踪控制

转速控制是永磁同步风力发电系统的最大功率跟踪控制的方法之一,该文在分析了双转子永磁同步风力发电机的数学模型、特性和搭建了双转子永磁同步风力发电机的仿真模型的基础上,将转速控制方法应用到管道式双转子永磁同步风力发电系统中。仿真结果表明:前后风力机设计合适的叶片,转速控制可应用到新型的双转子永磁同步风力发电机,前后风力机可能都实现最大风能跟踪,具有一定的理论意义。     

单机计算法修正风电场发电量计算

风速频率分布不符合weibull分布时,利用软件计算电量存在较大误差。利用单机计算和软件计算的两种方法对测风塔位置的风机进行发电量计算,通过两种发电量比较计算得出weibull分布模型修正折减系数,将此系数考虑到风电场电量折减计算中,得出比较真实可靠的发电量。     

一种开关磁阻风力发电机最大风能跟踪方法

对开关磁阻风力发电机的运行原理和风轮机的功率输出特性进行了介绍,提出了一种不依赖风轮机运行参数即可实现最大风能自动跟踪的变步长控制方法.使用Matlab/Simulink构建了整个系统的模型,进行了仿真,使用直流电动机模拟风力机对提出的最大风能跟踪控制方法进行了测试,系统仿真和试验结果证明该方法是可行的.     

基于LabVIEW的风力机模拟装置上位机监控系统设计

风力机模拟装置,由上位机和下位机共同构成,能够控制异步电动机按照上位机给定的转矩运行,从而可在实验室模拟风力机对发电机的作用。采用LabVIEW语言建立了上位机监控系统,通过内部建立的风力机数学模型,完成了风速输入到转矩输出的转换,并利用串口实时向下位机发送转矩指令值;同时监控系统能够实时采集异步电动机运行参数,监视各模块的运行状态。实验室测试表明,上位机监控系统功能正常,达到了设计要求。     

风电场GM-WEIBULL风速分布组合模型出力预测

针对风电出力的随机性及间歇性,采用灰色理论建立灰色预测-威布尔风速分布组合模型,并对威布尔风速分布参数进行了求解,根据实际地形下风电场风速数据准确预测了风电场的风速分布及有效风电出力密度,进而求得了风电场风机出力功率及发电量等重要数据.     

基于双馈式风力发电系统并网变频器转子侧VSC短路棒保护的分析

变速/恒频风力发电系统也成为风电发电的主流,双馈式风力发电系统就是一种变速/恒频系统。风电并网运行时,变频器可能会因为一些故障出现闭锁现象,将会导致风电脱网造成严重后果。本文详细介绍了变频器的转子侧VSC的闭锁原因,并阐述了转子侧VSC短路棒保护的重启动过程,最后给出了选取短路棒电阻应注意的问题。该保护可使双馈式风力发电系统并网运行具有良好的故障穿越能力,具有一定的工程应用价值。     

Power smoothing and MPPT for grid‐connected wind power generation with doubly fed induction generator

Recently, doubly fed induction generators (DFIG) and synchronous generators have been applied mostly to wind power generation, and variable speed control and power factor control have been implemented for high efficiency of wind energy capture and for high quality of power system voltage. In variable speed control, the wind speed or generator speed is used for maximum power point tracking. However, the properties of wind generation power fluctuations due to wind speed variation have not yet been investigated for those forms of control. The authors discuss power smoothing by these forms of control for DFIG interconnected to a 6.6‐kV distribution line. The performance is verified by means of the power PSCAD/EMTDC system simulation software for actual wind speed data and is investigated by using an approximate equation for wind generation power fluctuations as a result of wind speed variation. © 2011 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 177(2): 10–18, 2011; Published online in Wiley Online Library ( wileyonlinelibrary.com ). DOI 10.1002/eej.20958     

Simulation of variable‐speed wind generation system using boost converter of permanent magnet synchronous generator

This paper proposes a variable‐speed wind generation system using the boost converter. The proposed system has three speed control modes for the wind velocity. The control mode of low wind velocity regulates the armature current of the generator with the boost converter to control the speed of wind turbine. The control mode of middle wind velocity regulates the DC link voltage with the vector controlled inverter to control the speed of wind turbine. The control mode of high wind velocity regulates the pitch angle of the wind turbine with the pitch angle control system to control the speed of the wind turbine. The hybrid combination of three control modes extends the variable‐speed range. The proposed system simplifies maintenance, improves reliability, and reduces the costs compared with the variable‐speed wind generation system using a PWM converter. This paper describes the control strategy and modeling for a simulation of the proposed system using Simulink of Matlab. It also describes the control strategy and modeling of a variable‐speed wind generation system using a PWM converter. The steady state and transient responses for wind velocity changes are simulated using Matlab Simulink. This paper verifies the fundamental performance of the system using a boost converter by discussing the simulation results of both systems. © 2009 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 169(4): 37–54, 2009; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20902     

风电系统的空气动力PSS/E自定义模型

为了研究风速为扰动源时风电系统的电网动态特性,借助PSS/E自定义功能建立了风电系统的空气动力学模型,及3种不同类型的风速模型。将这些自定义模型应用于基于双馈异步风力发电机(DFIG)的变速恒频(VSCF)风力发电机系统,验证了这些模型的有效性和正确性。这些模型的建立克服了现有PSS/E软件只有线性空气动力模型和缺少风速模型的弱点,有利于研究风力发电对电力系统运行及稳定的影响。     

基于风光互补供电的监测设备供电电源

提出了一种太阳能供电和风能供电相结合的供电方案,平时供电以太阳能和蓄电池为主,风能发电作补偿。采用垂直轴结构的叶轮和泄流电路解决了风能发电转速不稳定的缺点。电路能自动调整供电状态及电池充放电状态,保证在线监测设备的长期稳定地工作。     

嵌入式风力发电监控系统的研究与设计

针对大型风电场中风电机组数量多、分布面积广和需要远程监控的特点,把风力发电监控系统和嵌入式系统有机地结合起来,提出了一种基于嵌入式的风力发电监测控制系统。该系统采用无线通信方式进行信号的传输,从而使系统具有了监测、控制方式灵活,性能稳定等特点。