大型风电机组限功率运行特性分析及其优化调度

近年来大量风电场的并网给电网安全运行带来困难,为此电网调度部门对所辖风电场提出了严格的限发要求。变速风电机组需要从传统的最大风能利用运行模式向限功率运行模式转变,由于风力机功率特性具有强非线性,运行模式的改变对风电机组以及风电场的控制策略提出了更高的设计要求。提出了一种考虑风电机组限功率运行状态优化的风电场功率调度策略。首先,基于小扰动分析方法分析了限功率运行下风电机组非线性模型的稳定特性;然后,提出了一种限功率运行状态评价指标;接下来,建立了风电场功率调度多目标优化模型,并基于遗传算法设计了求解策略。最后,结合实际算例验证了所提调度策略的有效性。     

变速恒频风电机组运行控制

在PSCAD/EMTDC下建立了双馈型感应变速风电机组动态模型,基于该模型提出一种风电机组功率控制策略,并分析了机组约束条件对控制策略的影响。该策略实现了无风速测量下的最大风能追踪,并可以对风机捕获的功率进行控制,使风电机组在风力限制范围内承担系统功率调节任务。对一台2 MW双馈型感应变速风电机组进行了仿真,仿真结果表明控制方案在风速波动条件下能够准确、有效地对风电机组最大风能追踪,并能对有功、无功功率按计划进行独立调节。     

电网侧换流器无功功率控制改善双馈风电机组稳定性的研究

研究了改善双馈风电机组（DFIG）的并网风电场暂态稳定性的措施。目前现存的大部分双馈型变速风电机组并不具备故障穿越能力。在DIgSILENT/PowerFactory14.0中建立了具有暂态无功调节能力的变速风电机组电网侧换流器控制模型以及故障后桨距角控制模型,通过对并网风电场仿真分析验证了模型的有效性。仿真结果表明：当风电场电网侧发生短路故障情况下,双馈风电机组电网侧换流器能够产生一定的无功功率支持电网电压;桨距角控制能够降低风电机组的机械转矩,防止机组超速以及电压失稳。双馈风电机组的故障穿越能力得以实现。     

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。     

基于可变下垂线的变速风电机组参与微网频率调节控制

随着风电在电网中所占比例的提高,当电网频率变化过大时希望风电机组改变输出功率参与电网频率调节,改善频率的动态特性。为了应用电力系统中广泛采用的有功功率–频率下垂控制策略,依据风电机组输出功率和微网频率为风电机组参与频率调节构筑下垂线,当风速变化引起风电机组输出功率变化时下垂线随之改变。微网频率在正常范围内波动时风电机组采用常规最大功率点跟踪或者限功率模式运行,频率变化过大时风电机组切换至频率支撑控制模式,频率支撑期间风电机组输出功率目标值基于构筑的下垂线根据微网频率计算求得,频率支撑结束后,通过逐渐改变风电机组输出功率使机组恢复至频率支撑前的正常运行模式。采用HAWC2和MATLAB/Simulink搭建包含变速风电机组的集成仿真模型,仿真结果对所提出控制策略的有效性进行验证,并且对执行提出的控制策略对风电机组结构载荷的影响进行分析。     

基于优先顺序法的风电场限出力有功控制策略

随着风电并网容量的增加,风电场应具备有功功率调节能力,能根据电网调度部门指令控制其有功功率输出。结合甘肃酒泉风电基地集群风电有功控制系统的实际需要,以实现最大风能利用、避免风电场频繁起停为目标,基于经典优先顺序法提出了一种应用于变速恒频风电场的限出力有功控制策略。针对风电场限出力控制需要,设计了风电场层有功功率控制框架及限出力控制流程,综合考虑场内风电机组的预测信息、运行状态与控制特性,建立了以风电机组调节性能指标为排序指标的风电场限出力控制序列,进而基于此控制序列,给出了风电场限出力有功分配方法。最后,通过算例验证了所提方法的正确性和有效性。     

含虚拟惯性与阻尼控制的变速风电机组综合PSS控制器

大规模风电场接入电网将削弱系统的惯性和阻尼特性,不利于电网安全运行。本文首先分析变速风电机组的传统功率控制,根据虚拟转动惯量与转速调节及电网频率变化的关系,提出适用于变速风电机组的虚拟惯性控制策略,解决高风电渗透率区域电网惯性不足的问题。其次,通过分析所提虚拟惯性控制对系统阻尼特性的影响,发现该控制方法对功率振荡具有抑制作用,实现了惯性控制与阻尼控制在有功环节上的有机结合。为进一步增强风电机组的阻尼能力,提出无功阻尼控制与虚拟惯性控制相结合的综合控制方案,从而完善风电场对系统的支持能力。最后,通过对含变速风电机组区域电网的仿真分析,验证在所提控制方案下风电机组不仅能够快速对电网提供频率支持,并且具备阻尼系统功率振荡的能力。     

全功率变流器可变速抽水蓄能机组的功率调节特性分析

全功率变流器（full size converter, FSC）可变速抽水蓄能技术是控制电网负荷频率,平衡可再生能源发电波动的有效手段。在介绍三电平FSC可变速抽水蓄能机组整体结构的基础上,给出了机侧变流器和网侧变流器的模型和控制策略。在确定由于电网需求而产生的参考功率的基础上,提出了FSC可变速抽水蓄能机组在发电模式和电动模式时有功功率和无功功率的控制策略。针对所建立的FSC可变速抽水蓄能机组模型,采用冲击响应傅立叶变换法,给出了机组的频谱特性,对照风电波动频谱特性,阐述了全功率机组对可再生能源引起的电网波动控制的有效性。最后对抽水蓄能机组在抑制风电出力波动中的作用进行了仿真验证。     

永磁同步风电机组功率平滑控制策略研究

大型风电机组普遍采用转矩-转速控制实现最大风能跟踪,传统控制策略下风机输出功率随着风速的变化而剧烈波动,影响了电网的稳定运行。在分析永磁同步风电机组运行特性的基础上,提出全风速范围内基于变桨的风电机组功率平滑控制策略,结合变桨和转矩控制实现风机跟踪给定功率,同时控制发电机低转速运行,抑制阵风时风电机组超速。基于MATLAB/Simulink,对一台2.5 MW高速永磁同步风力发电机进行仿真研究。结果表明,提出的控制策略能够有效抑制功率波动。     

基于变速恒频双馈机组风电场功率控制的研究*

文章以变速恒频风电机组为研究对象,依据国家标准(GB/T 19963-2011),在分析双馈风电机组结构基础上,建立了双馈风力发电机组的数学模型和控制模型。为了使风电场获得最优效益,针对有功功率控制,提出了转矩和桨距角联合调控策略,并对转矩和桨距角联合调控能力进行仿真对比;针对无功功率控制,给出了单位功率因数调控最优策略。仿真与实验表明,该策略达到良好的控制效果。     

改善基于双馈感应发电机的并网风电场暂态电压稳定性研究

提出了改善基于双馈感应发电机的并网风电场暂态电压稳定性的措施以实现风电场的低电压穿越(low voltage ride through, LVRT)功能。目前，大部分基于双馈感应发电机的变速风电机组不具有故障情况下的暂态电压支持能力，当电网侧发生严重短路故障时，风电场的暂态电压稳定能力会影响到电网安全稳定。该文在DIgSILENT/PowerFactory中建立了具有暂态电压支持能力的变速风电机组转子侧变频器控制模型及用于故障后稳定控制的桨距角控制模型，通过包含风电场的电力系统仿真计算验证了模型的有效性及其对风电机组和电网暂态电压稳定性的贡献。仿真结果表明，当电网侧发生三相短路故障时，风电机组转子侧变频器暂态电压控制能够控制风电机组发出无功功率支持电网电压；桨距角控制能有效降低变速风电机组机械转矩，避免出现风电机组超速及电压失稳。得出结论：采用变频器暂态电压控制及桨距角控制能够改善基于双馈感应发电机的并网风电场的暂态电压稳定性，确保风电机组低电压穿越(LVRT)功能的实现及电网安全稳定。     

变速恒频双馈风力发电机的最优功率控制

本文针对风力发电机组的不确定性及多干扰的问题,以追踪最大风能作为有功功率控制目标。提出了采用模糊逻辑推理控制的方法得到低风速时发电机的参考转速,利用自适应最优模糊控制与直接转矩控制相结合的方法来控制发电机的电磁转矩的方案,并且使用Matlab软件对该方案应用于1.5MW双馈型风电机组系统进行仿真研究。仿真结果表明了在风速变化时,发电机实际转速可以很快跟踪最佳理论值,转矩平衡,变速恒频风电机组功率输出具有较好的跟踪效果,系统性能稳定,达到了最优功率的目标。     

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。     

双馈风电机组电网背景谐波运行与谐波抑制策略研究

针对电网背景低次谐波引起的双馈风电机组定子电流畸变、功率及电磁转矩脉动,建立了能够反映电网5、7次谐波电压下双馈发电机的特征谐波模型,揭示了电网背景谐波电压对双馈发电机功率与电磁转矩脉动的影响机理。通过双馈发电机控制目标分析,提出了基于比例-积分-谐振(PIR)调节转子电流内环的双馈发电机双闭环控制策略,有效地消除了双馈风力发电机定子输出电流中的5、7次谐波和电磁转矩脉动。在Matlab/Simulink中建立了1.5 MW双馈风电机组仿真模型,实现了风电机组谐波运行与抑制的全过程仿真。利用电网谐波发生模拟装置,进行了双馈机组谐波运行与抑制现场试验,仿真与现场试验证明了理论分析的正确性与谐波抑制策略的有效性。     

双馈风力发电机组及其低电压穿越技术的研究

双馈风力发电机组是风力发电机型中的主流机型,从双馈电机的基本工作原理出发,建立了双馈发电机的数学模型,并对其在风速发生变化时进行仿真.利用其定子磁链定向对其进行矢量控制,分析了双馈电机转矩和功率独立调节的基本原理.研究了双馈风电机组在电网故障时其运行情况,通过硬件方法使双馈风电机组具有更强的低电压穿越能力.就是在电网出...     

含变速恒频风电场的电网频率协调控制策略

为了深入挖掘变速风电机组的调频潜力,提出变速恒频风电机组以改进的超速与变桨协调控制为基础,并配合常规机组进行调频控制的协调控制策略。通过超速与变桨协调控制,变速恒频风电机组减载运行使风电场留有一定的备用功率,可以保证电网在负荷波动时的功率平衡和频率稳定。仿真分析表明,协调控制策略可以有效地发挥风电机组的有功发出能力,并提升电网的频率稳定性。     

大型变速抽水蓄能机组调速系统RTDS仿真及试验研究

可变速抽水蓄能机组对改善电网运行的稳定性和灵活性有着非常重要的作用，已逐渐获得重视。国内的研究主要集中在理论方面，对装置及RTDS试验方面的研究很少。本文通过研制的可变速机组调速器设备，联合励磁、协调控制单元、监控系统设备，在RTDS系统上建立了水泵水轮机、液压执行机构、发电电动机、电力网络等模型，搭建了混合仿真试验平台，给出了变速机组调速器的调节模式和原理框图，研究了变速抽水蓄能机组在发电及抽水工况下，调速器开度模式、功率模式、转速模式下的功率调节和入力调节试验，分析了试验波形并给出了试验结论，为下一步变速机组国产化工程应用提供了可靠借鉴。     

基于转子动能调节的风电输出功率平滑控制策略比较与改进

湍流风况下，基于传统最大功率点跟踪模式控制的风电机组输出功率剧烈波动，会对电能质量及电网稳定造成负面影响，而通过调节风电机组转子惯性动能可平滑快速波动的输出功率。文中从风电机组转子惯性动能控制的关键参数功率参考值出发，通过建立系统传递函数，比较现有文献中提出的两种转子动能控制方法，即一阶滤波法和二阶滤波法，分析功率平滑控制的机理。在此基础上，提出了一种基于模糊控制器的新型变参数二阶滤波器转子动能控制策略。通过模糊控制器在线调整滤波参数，提升了在强湍流风况下的风电输出功率平滑效果，且有效避免了转速越限造成的电磁功率突变。最后，仿真与实验结果表明了所提转子动能控制策略相较于传统方法具有更好的功率平滑能力。     

变速风力发电机组调频控制策略研究

根据变速风力发电机组的运行特点,提出一种调频备用功率控制策略。在正常情况下,调整机组最优功率-转速曲线,使机组运行在次优功率捕获曲线上,减少一部分有功输出,留作调频备用功率;当系统频率变化时,通过调节桨距角和机组有功功率参考值,改变风电机组有功输出,参与系统频率调整。通过一个具体仿真算例分析了风电机组增加惯性响应控制、一次调频控制与备用功率控制等多种控制环节对系统频率的调节作用,并研究了当频率突变时有无AGC控制对风电机组调节特性的影响。     

改进的风电机组转矩控制策略

风电机组的变桨控制和转矩控制均基于转速信号设计，二者在额定转速附近发生耦合，造成转速波动，传统转矩控制将依据转速频繁进行控制逻辑切换，致使转速、功率大幅跌落；且在额定风速以上，传统转矩控制包含恒转矩和恒功率策略，二者在转矩、功率、传动链载荷方面各有优劣。为此，引入与桨距角相关的状态变量对转矩控制在额定转速附近的区域切换逻辑加以限制，并将转矩-转速控制曲线中的功率满发曲线段扩充到发电机额定转速以下的区域，以消除因转矩控制的区域频繁切换引起的转矩和功率跌落；然后，对转矩-转速控制曲线中的功率满发曲线段进行权值规划，兼顾风电机组额定转速附近的功率、转矩波动性能，并对连接最佳叶尖速比曲线段和功率满发曲线段间的过渡曲线进行动态优化。在典型湍流工况下对所提出的方法进行仿真验证，结果表明：改进的转矩控制策略提升了额定风速附近的风能捕获效率，消除了高风速区发电机转矩和功率跌落现象，合理地权值规划能兼顾转矩和功率性能。