一种双馈风电机组频率控制器

双馈风电机组的解耦控制使输出的有功功率无法响应电网频率的变化,其最大功率跟踪控制也无法为电网提供备用功率,使风电机组难以为系统调频提供持续的有功功率支撑。为此,提出一种基于运行工况差异性的减载运行方案,高出力时通过变桨控制、低出力时通过变速和变桨协调控制来实现有功功率备用。引入机组参与因子的概念,并应用于频率控制器的设计中,该控制器以易于准确测量的机组电磁功率、转子转速、桨距角和系统频率为观测对象,实时参与系统的频率控制过程。理论与仿真分析表明,该频率控制器能够保证机组全工况参与调频过程,有效提高了风电并网系统的频率稳定性。     

超速与变桨协调的双馈风电机组频率控制

双馈风电机组的有功功率输出无法响应电网频率的变化,并且由于其通常运行在最大功率点跟踪模式下,亦无备用的有功功率支援电网的频率控制。通过提升发电机转子转速和调节桨距角可实现双馈风电机组的减载运行,从而保留部分有功功率作为备用以提升对电网频率的调节能力,但是超速控制和变桨控制在不同工况下,具有一定的工程局限性。为深入挖掘双馈风电机组的调频潜力,提出了一种超速与变桨相协调的调频控制策略。该控制策略根据不同的风速条件,将调频分为低风速、中风速和高风速3种模式,并详细分析了可辨识这3种模式的判据。仿真结果表明,基于文中提出的控制方法,双馈风电机组可以有效提升系统的频率稳定性。     

基于有功备用的风电机组一次调频能力及调频效果分析

变速风电机组采用超速和变桨调节实现有功备用,通过下垂控制增发有功出力,可参与电网一次调频。基于风机出力对频率变化的增量,定义有无风电调频下的稳态频率偏移之差,以量化风电机组对减小频率偏移的贡献。发现风电调频能力与风电容量比例、风能大小、减载水平有关,调频效果与同步机组频率响应特性和电网负荷增量有关,确定了充分利用风电备用容量的负荷临界增量。稳态和动态仿真结果验证了不同风速下有功备用风电机组对电网频率的调节作用,发现高风速下风机动态过渡过程要比中低风速时快速。     

基于减载功率跟踪曲线切换的风电机组调频策略

变速恒频风电机组通过变流器并网后,机组转速不再与系统频率发生耦合,导致系统总的转动惯量不断下降,严重威胁到了电力系统频率稳定性。根据频率发生变化时减载后的功率跟踪曲线比例系数的变化,提出了一种基于减载功率跟踪曲线切换的风电机组调频策略,并对各风速区间减载控制的具体过程进行了详细的分析,根据给定减载指令和减载策略的不同,对风速区间进行划分,各风速区间采用不同的减载策略（低风速的超速点采用二分法,中风速采用变参考功率的思想,高风速采用牛顿法求解附加桨距角或给定减载功率）。仿真结果表明,所提调频控制策略在保证自身稳定运行的同时,能够提高电力系统的频率稳定性。     

风电参与一次调频下电力系统的动态潮流计算

风电机组参与电网一次调频是风电技术发展的趋势,其一次调频特性不同于常规同步发电机组。动态潮流主要模拟电力系统出现扰动后的一次调频过程,其计算主要由频率计算和常规潮流计算两部分组成。针对含风电一次调频电力系统的动态潮流计算,建立采用超速与变桨协调调频控制策略的变速风电机组一次调频特性;频率计算中提出不平衡功率分段分配方法,并采用一级三步RK法求解系统频率微分方程;常规潮流计算中提出4种新型节点类型,采用传统牛顿拉夫逊法求解节点功率方程组。改造后的IEEE 14节点算例系统动态潮流计算结果验证了所提方法的正确性和有效性,为风电参与一次调频的分析及其控制系统设计提供了一定的依据。     

基于变功率点跟踪和超级电容器储能协调控制的双馈风电机组一次调频策略

通常双馈风电机组运行在最大功率点跟踪模式下,发电机功率输出难以响应电网频率波动,亦无备用有功功率支撑电网频率控制,风电渗透率的提升使得系统的等效时间常数降低,并且系统频率调节压力增大,从而弃风现象严重。传统超速减载控制通过保留部分有功备用参与系统调频,但存在风电机组发电效益降低、转速调节范围减小及桨距角控制起动频繁等问题。为此提出了基于变功率点跟踪和超级电容器储能协调控制的双馈风电机组一次调频策略,为储能装置在新能源机组渗透率逐渐加大的背景下提供了新的应用思路,同时综合考虑储能装置容量优化配置问题,设计出一套最高放电效率下成本最低的超级电容储能装置。相比传统超速减载控制预留备用容量的一次调频方式,通过经济性评估可知,具有较强的经济优势,仿真分析可得到在源荷随机波动场景下,其发电效益接近于最大功率跟踪模式,明显高于超速减载控制模式,同时还具有明显优于传统超速减载控制的一次频率调节能力,且无需进行桨距角调节。有利于延长变桨系统的寿命,提高其运行的安全性和可靠性。     

高风速段次优功率追踪方式的风电调频方法

常用的最优功率输出策略,使得风电机组既对系统频率缺乏支撑作用,又可能对系统频率产生污染。本文针对变速恒频双馈风电机组(DFIG),提出一种风速分段的、以转速和桨距角为控制对象的调频策略。策略只要求DFIG在高风速段参与调频;基于DFIG经济性整定参与调频的高风速段门槛值;让DFIG输出功率追踪于次优功率曲线使其留有一定上调余量,基于电网频率质量要求和DFIG需提供的调频能力整定该余量。仿真表明,实施新策略的DFIG能够有效改善系统频率特性。     

变速风电机组的惯性与一次调频特性分析及综合控制

大规模风电场集中接入电网将导致系统惯性降低,调频能力不足,为解决此问题,提出了变速风电机组的频率综合控制方案。根据变速风电机组调频所需的备用容量,提出风电机组的减载控制方案,并解决惯性与一次调频控制的结合问题。通过分析风电机组的一次调频特性,利用变桨技术,进一步提出可整定风电机组静调差系数的频率控制策略,并与虚拟惯性控制有机结合,实现风电机组对系统频率的综合控制。通过仿真分析验证了在所提控制方案下,变速风电机组利用其可控的调频能力,不仅能够有效支持系统惯性,减小系统扰动初期频率的变化率,并可按照整定的静态频率特性,提高系统的静态频率稳定性。     

改善惯性响应与一次调频的风电全直流系统协调控制策略

针对风电全直流系统并网后给交流电网带来的系统惯量降低、调频能力不足等问题,提出一种改善惯性响应与一次调频的变系数风电全直流系统协调控制策略。在惯量响应方面,网侧换流站采用惯性同步控制,直流升压站采用恒变比控制,实现直流电容对电网的惯量支撑及直流低压侧的直流电压对交流系统频率的感知,在此基础上对直流风电机组(DC wind turbine, DCWT)附加变虚拟惯性系数的虚拟惯量控制,使风电全直流系统在不同频率响应阶段具备不同的等效惯量。在一次调频方面,DCWT采用超速与变桨结合的减载运行方式,通过变下垂控制来改变它的有功出力,充分利用不同风速下的备用容量,从而使风电全直流系统更有效地参与一次调频。最后仿真算例表明,该策略改善了风电全直流系统接入后的电力系统的惯性响应及一次调频。     

基于功率平衡控制原理的双馈风电机组辅助调频方法

高比例的风电并网给电网的功率平衡与频率稳定带来了严峻的挑战,如何充分发挥变速风电机组的有功备用潜力,研究风电场快速可控的调频控制方法成为提高风电消纳能力的关键问题。提出适用于全风速工况的变速变桨距风电机组的改进型有功控制策略,有效地实现了风电场响应电网功率调度指令减载运行并提供旋转备用。考虑风电场分散接入场景,针对机组跳机和负荷脱网等可监测的、大容量的单一扰动/故障事件,基于功率平衡控制原理提出风电场的辅助调频协调控制新方法,在电网功率发生突变时,根据风电场与扰动节点的最短电气距离,合理启动和分配不同风电场的紧急功率控制容量。仿真结果表明,所设计的风电场有功-频率控制方案能从降低暂态频率偏差幅值及减小频率恢复时间两方面,有效地提升系统发生扰动后的频率稳定性。     

基于专家系统的风电机组协调控制策略研究

针对变速变桨风电机组的转矩控制和变桨控制的协调控制策略进行了研究,分析了风电机组的特性,并在此基础上建立专家系统以消除转矩控制与变桨控制之间存在的干扰,提高机组的运行性能。基于Matlab/Simulink软件在2 MW风电机组模型上进行了协调控制策略仿真研究,结果表明该控制策略的控制效果良好。     

提高风电机组发电量的转矩–变桨协调控制策略

变速恒频风电机组由于受到变速范围及变速动态响应时间的限制,无法保持以最佳叶尖速比运行。推导出了最优桨距角随叶尖速比偏离程度变化的规律,并提出一种额定风速以下的转矩–变桨协调控制策略,当机组偏离最佳叶尖速比时,使机组工作在局部最优点上,从而提升发电量。同时,针对桨叶安装角误差对发电量及协调控制的影响问题,提出一种全局最优桨距角自寻优算法;针对有效风速难以直接获取的问题,提出了一种带动态补偿的多模式有效风速观测方法。基于RTDS和Bladed联合仿真平台,验证了转矩–变桨协调控制策略的有效性;并以实测风速进行长时间仿真和评估。结果表明所提出的方法可有效提升机组发电量。     

采用变速恒频机组的风电场并网问题研究综述

随着风电技术以及电力电子技术的不断进步,越来越多采用变速恒频机组的风电场被接入电网.变速恒频机组相对于传统的恒速恒频机组,在电机结构和控制机理上更为先进,能够实现更为灵活的电网接入.虽然变速恒频机组在一定程度上增强了电力系统的稳定性,但一些新问题也随之而来,例如先进的控制器显著增加了系统的复杂性、风机的功率变换器发出谐波电流降低了系统的电能质量等.此外,如何通过给变速恒频机组增加附加控制器,实现其与传输系统及储能系统的协调控制,以改善系统性能,也是当今学术界的一个重要课题.文中对上述这些采用变速恒频机组的风电场并网问题的最新研究成果进行了综述.     

基于变参数减载控制的风电场一次调频策略

变速恒频风机通过电力电子设备实现并网,导致机组转速与系统频率不再有耦合关系,无法主动响应系统频率变化。针对风电大规模并网引发的系统调频安全问题,采用优先减载低风速机组的风电场预留备用策略,并结合桨距角控制,实现满足系统备用需求,同时最大限度地储存旋转动能;然后提出了变调频系数的虚拟惯量控制策略,给出了下垂系数的整定方法,以实现风机减载功率充分释放,为系统提供可靠的调频功率支持。在DIgSILENT中建立了系统仿真模型,结果表明：所提策略能够合理分配风机的减载功率,并有效利用备用容量参与系统调频,提升了风机的频率控制能力。     

风力发电的调频技术研究综述

随着风力发电的规模化开发利用,风电作为未来电网中的重要电源,越来越被认为应该具备类似于传统电源的有功控制和频率调节等辅助服务能力。介绍了一些风力发电发展较快国家或地区对风力发电参与调频或提供有功备用的导则或规定,分析了变速风电机组转子惯性控制、超速控制、变桨控制、组合控制,以及储能与风电机组结合参与系统频率响应或调节的技术特点与研究发展态势,并给出了今后需要重点关注或研究的问题。     

变速与变桨协调的风电机组平滑功率控制

考虑到风电功率秒级波动对电网频率稳定的影响,需要对风电机组输出功率进行平滑控制。现有依靠风电机组实现风电功率平滑控制的方法大都存在频繁变桨的问题。为此提出了协调变速与变桨的平滑功率控制方法。该方法通过分离桨距角的上调和下调动作,将传统的基于变桨调节的恒转速(转速上限)控制转变为转速区间控制,使风轮机能够在任意桨距角下变速运行,从而更大程度地利用风轮机动能来平滑风电功率波动。因此,该方法在保证平滑控制效果的同时,能有效降低变桨动作频率和幅度,并减小变桨伺服机构的疲劳和叶片载荷。最后,基于风电机组模拟器的实验验证了所提方法的有效性。     

变速恒频双馈风电机组控制模式对电网稳定影响及其对策

以实际电网为例,分析以变速恒频双馈风电机组组成的风电场并网运行对系统电压稳定性的影响,并对风电机组不同控制模式下运行状态对系统电压稳定性水平的影响进行比较。仿真结果表明,采用恒电压控制的变速恒频双馈风电机组,因为能够控制机端电压,所以在维持风电场并网后的系统电压稳定方面较恒功率控制方式具有较大的优势。静止无功补偿器(SVC)可为系统提供快速动态无功功率支撑,采用恒功率控制方式的风电机组安装SVC设备后,可以明显提高电网电压的暂态水平。     

永磁直驱风电机组一次调频特性分析

由于采用全功率变流器实现机械和电磁系统的解耦控制,永磁直驱风电机组不能对电网频率变化进行响应。为了使永磁直驱风电机组具备一次调频能力,采用转速和桨距角相结合的协调控制策略,并根据不同的风速条件,制定了低风速、中风速和高风速3种模式。在低风速时,采用减载运行至90%最大功率曲线和下垂控制相结合的控制策略;在中风速时,采用转速和桨距角结合的协调控制策略;在高风速时,采用减载运行至90%最大功率曲线和桨距角相结合的控制策略。以上控制策略可以使永磁直驱风电机组有效参与电网的一次调频。最后通过仿真结果验证了永磁直驱风电机组协调控制策略的有效性。     

1.5MW双馈式变速恒频风电机组控制系统研究

变速恒频风电机组具有风能转换效率高、能吸收阵风能量、可以实现发电机和电力系统的柔性连接、“零冲击”并网、运行噪声小等优点,是国际上现代风力发电的主要发展方向之一。文章针对变速恒频风电机组的变速控制方式进行了研究,且以兆瓦级变速恒频风电机组为模型,对几种变速控制策略进行了仿真。并在对分析仿真结果的基础上,结合大型变速恒频风电机组的整机特点和控制方法的可行性,采用了功率闭环的变速控制策略;最后在自主研发的1．5MW变速恒频风电机组控制系统及变流器样机上,对变速运行的功率控制策略进行了大量实验和长期的现场试运行,验证了变速控制方式的可行性与实用性。     

大型双馈式风力发电机组的运行与控制

可实现最大风能追踪的双馈式变速恒频风力发电技术是当前研究的热点。本文以国家“十一五”科技支撑计划课题“双馈式变速恒频风电机组控制系统及变流器的研制”为背景（2008年6月由我国自行研制的双馈式变速恒频控制系统成功并网发电,并进行了为期半个月的运行考核,各项控制功能均符合风电机组运行要求。这标志着我国已经自主掌握了该领域的控制技术）,在分析风力机运行特性的基础上,对双馈风力发电技术的变桨控制。最大风能追踪控制,解耦控制以及并网控制技术等作了较为详细的分析。并在风力发电现场,对实际控制过程中的最大风能跟踪技术．变桨技术和恒功率控制等技术做了验证。