双馈感应发电机的线性化动态模型及运行特性分析

对建立在定子旋转磁场坐标系中,以转子绕组励磁电压为控制变量的双馈感应发电机的3阶动态模型进行了线性化处理,得到了适用于小干扰稳定分析的双馈感应发电机状态方程和相应的传递函数.进而利用开环传递函数和根轨迹方法分析了发电机运行点与发电机动态品质的关系,并利用MATLAB软件对双馈感应发电机的控制变量在发生幅值不同的扰动变化时的动态响应做了对比仿真.该仿真分析将有利于了解双馈感应发电机的运行特性及掌握它的控制特性.文中提出的双馈感应发电机线性化模型适用于变速恒频双馈风力发电系统的相关研究.     

适应频率变化的双馈风电机组稳定分析改进模型

为分析变速恒频风电机组在不同电网频率下的稳定性,提出了考虑适应电网频率变化的双馈风电机组小干扰稳定性的电磁暂态模型。首先,分析了双馈感应发电机现有常规电磁暂态模型不含电网频率导数项,不能反映电网频率变化的问题,提出了双馈感应发电机改进转子暂态电动势的表达式,并建立了含变流器控制系统在内的双馈风电机组小信号改进模型。其次,采用特征值方法,对不同电网频率运行下采用改进及常规双馈感应发电机电磁暂态模型时的系统特征值进行计算与稳定性分析。最后,建立考虑电网频率变化的双馈风电系统时域仿真模型,分别对不同电网频率及不同负荷扰动下的风电机组有功功率和转速特性进行仿真。理论分析及仿真结果表明,相对常规电磁暂态模型,所提出的双馈风电机组改进模型对电网频率变化更为敏感,可适应频率变化的双馈风电机组小干扰稳定分析。     

级联式无刷双馈感应电机稳定性及其控制系统的研究

在分析级联式无刷双馈感应电机的数学模型的基础上 ,以小信号线性化增量模型为手段 ,根据李雅普诺夫稳定判据得出其稳定性的条件 ;而后对级联式无刷双馈感应电机矢量控制系统进行了仿真研究 ;最后分析了控制系统在典型工况下的动、静态品质。实验结果证明了其完全可以达到与直流电机控制系统的性能以及仿真分析的正确性。在国内首次研制成功该类电机矢量控制系统样机。为级联式无刷双馈感应电机进一步广泛应用于风力、水力变速恒频发电等领域 ,奠定了一定的理论和实践基础     

考虑风速分区的双馈风机并网小干扰稳定分析

双馈风机并网对电网小干扰稳定性的影响,双馈风机低于额定风速运行时,根据功率特性和机械特性将其分为最大功率跟踪区和恒转速区2个分区。针对双馈风机-无穷大系统,采用李雅普诺夫线性化方法,分别建立最大功率跟踪区和恒转速区13阶小信号模型,采用特征根分析法,对比分析了各分区变换器控制器参数和风速对双馈风机-无穷大系统小干扰稳定性的影响。算例结果表明：2个分区内系统小干扰稳定的参数可行域不同,系统小干扰稳定特性不同,低于额定风速下进行分区研究可以更加精确地评估风机并网的小干扰稳定特性。     

多馈入高压直流输电系统电压稳定性的小扰动分析法

提出一种分析多馈入高压直流输电系统电压稳定性的小扰动分析法(特征结构分析法),并提出了电压稳定性相关比概念.为了研究多馈入高压直流输电系统的电压稳定性,建立了一个双馈入的小测试系统.详细的高压直流输电系统动态模型包括高压直流系统控制模型、交流网络模型、发电机模型及感应电动机负荷模型.研究结果表明,电压稳定性相关比(VSCR)可有效识别出多馈入高压直流输电系统中与电压稳定性相关的关键因素。     

适用于电力系统动态分析的双馈式感应风机模型

随着风电接入电网容量的不断增加,风机对系统稳定性的影响不容忽视。构建了适用于电力系统动态分析的双馈式感应风机模型。首先阐述双馈风机的结构原理、控制系统以及数学模型,给出了双馈风机单机无穷大系统小干扰稳定分析建模的一般方法。基于所建模型,通过对所建立的双馈风机小扰动特征值分析,重点考察了双馈风机系统参数、运行状态以及网络强度对系统运行模式的影响。模态分析的结果可为双馈风机的制造和控制系统设计提供有效帮助。     

多运行方式下含风电场电力系统的小干扰概率稳定性研究

为了考虑系统的多运行方式,采用概率方法对风电场接入对系统小干扰稳定性的影响进行研究。首先采用插入式建模技术(plug-in modeling technique,PMT)建立适合小干扰稳定分析的完整的双馈感应风力发电机组(doubly-fed induction generator,DFIG)线性化模型;然后进行概率潮流计算,得到系统状态变量的概率描述,形成系统状态矩阵;最后应用概率特征根方法对系统进行求解分析,得到系统小干扰概率稳定性。以2个系统为例对风电场接入后的电力系统小干扰概率稳定性进行仿真分析,结果表明：风电场的加入使机电振荡模态特征值实部的概率分布变得相对分散;系统本地振荡模态稳定概率大幅下降,区间振荡模态稳定概率略有上升;通过加装电力系统稳定器(power system stabilizer,PSS),可提高系统小干扰概率稳定性。     

多馈入高压直流输电系统电压稳定性的小扰动分析法

提出一种分析多馈入高压直流输电系统电压稳定性的小扰动分析法(特征结构分析法),并提出了电压稳定性相关比概念。为了研究多馈入高压直流输电系统的电压稳定性,建立了一个双馈入的小测试系统。详细的高压直流输电系统动态模型包括高压直流系统控制模型、交流网络模型、发电机模型及感应电动机负荷模型。研究结果表明,电压稳定性相关比(VSCR)可有效识别出多馈入高压直流输电系统中与电压稳定性相关的关键因素。     

大型风电场对电力系统暂态稳定性的影响

对大型风电场接入后的电力系统暂态稳定性进行了研究.从理论上分析了基于双馈感应电机的风电机组的暂态稳定机理;基于双馈风电机组的动态数学模型,通过仿真计算研究了大型风电场并网对电力系统暂态稳定性的影响,分析比较了在同一接入点接入双馈风电机组与接入同步发电机组对电力系统稳定性的影响,仿真计算进一步验证了理论分析的结果;最后得出结论:基于双馈风电机组的风电场对电力系统暂态稳定性的影响要好于在同一接入点接入相同容量的同步发电机组.     

基于相似性的双馈风机小干扰稳定性分析及锁相环的影响

借鉴同步机功角及其小干扰稳定的基本理论,从电压空间矢量关系和小干扰分析模型的角度对双馈风机的小干扰稳定性进行了分析。首先,根据内电势、端电压等电压空间矢量关系,定义了双馈风机功角。然后,通过风机锁相环动态方程,建立了双馈风机的小干扰稳定分析模型,并分析了其与同步机小干扰稳定分析模型的相似性。在此基础上,利用模态分析法研究了锁相环对双馈风机小干扰稳定性的影响。研究表明,锁相环参数是决定双馈风机小干扰稳定的关键因素,其参数配置不当可能导致风机小干扰失稳。最后,通过时域仿真和模态分析验证了锁相环参数对双馈风机功角变化及其小干扰稳定的影响。     

大规模双馈型风电场并网的系统暂态稳定仿真

探讨了大规模双馈型风电场并网后对电力系统暂态稳定性的影响。在双馈型风力发电机组动态建模中,考虑了两质量块轴系模型,并采用一种综合考虑发电机组及换流器联合动态行为的简化模型。在换流器建模方面,网络侧换流器直流母线电压假定恒定不变,转子侧换流器实现有功和无功功率的解耦控制。通过仿真分析,研究比较了电网中同一点接入双馈型风电场和同步发电机组的系统暂态稳定特性,同时考虑了同步发电机组各种动态模型及负荷模型对系统稳定性的影响。最后得出一些初步有意义的结论。     

双馈感应风力发电机组动态模型的分析与比较

在大型风力发电厂中双馈感应风力发电机组将被广泛应用，深入了解双馈感应风力发电机组动态特性非常必要。文中给出了双馈机组的8阶、5阶和3阶模型。8阶模型包括完整的传动系统模型、定子模型和转子模型；5阶模型包括定子、转子模型和简化的传动系统模型；忽略定子的暂态过程后，3阶模型包括转子模型和简化的传动系统模型。在MATLAB／Simulink软件上实现了3种模型建模。完成了对2种情况的仿真，仿真结果验证了上述3种模型的正确性，并比较了各自的响应特性。仿真结果表明：8阶模型具有最精确完整的响应，但仿真时间最长；3阶模型采用最大程度的近似，但仿真时间最短；5阶模型适合大多数既要求较快仿真速度又要求较高精度的研究。     

基于两级轨迹灵敏度分析的DFIG动态全过程仿真简化建模方法

双馈感应发电机(DFIG)的简化建模对系统稳定性分析至关重要,现有建模方法往往只适用于单一时间尺度下某一具体问题的分析,缺乏对动态全过程仿真建模的研究。提出一种适用于动态全过程仿真的DFIG简化建模方法。根据多时间尺度模型简化原理建立DFIG各控制的动态模型和简化模型;从控制参数入手,提出两级轨迹灵敏度分析方法,研究在动态全过程仿真中主导DFIG输出特性的关键控制;提出一种模型切换控制策略,根据两级轨迹灵敏度分析结果,通过设置阈值建立可调节的模型切换判据,在动态全过程仿真中分时调用各控制的动态模型和简化模型,在保证模型精度的同时实现模型的降阶和简化。最后,通过仿真对比验证所提建模方法的有效性。     

基于实测数据的双馈风电机组外特性研究及简化建模

基于机理建模的双馈风电机组模型复杂,且未考虑电压跌落期间变流器控制策略的改变,难以分析双馈机组电压跌落对系统暂态稳定的影响。双馈风电机组机端电压跌落过程持续时间较短,机组的输出主要受变流器控制策略的影响,不同双馈机组的外特性存在较大差异。由于变流器在电压跌落期间的控制策略为企业机密,一般难以获取,给机理建模带来较大的障碍。非机理建模根据输出的外特性构建简化双馈机组的暂态模型,避免了双馈机组建模的复杂性。对比两种1.5 MW双馈机组电压跌落的实测数据,分析机组的输出特性,并据此构建了双馈机组在电压跌落和恢复过程的简化等值模型。在PSASP软件中利用自定义建模,构建简化模型,进行仿真对比,和测试机组的实际输出具有较高的符合度。基于风电机组外特性的简化模型降低了模型的复杂度,适用于分析双馈风电机组电压跌落对系统暂态稳定的影响。     

双馈风电机组运行方式对系统电压稳定性的影响

双馈风电机组运行方式的选择对并网系统电压稳定性有着重要影响,目前有恒功率因数和恒电压运行2种方式,其本质区别是无功调度和电压控制策略的不同。在建立双馈风力发电机的简化动态模型基础上,提出与2种运行方式相对应的控制策略,并运用静态连续潮流法、准静态时域仿真法以及时域仿真法分别研究不同并网方式下风电机组输出功率的变化对系统电压稳定性的影响。仿真结果表明,2种运行方式下系统电压均可维持在限定范围内,而恒电压控制方式由于充分发挥了双馈风电机组的无功调节功能,在改善系统电压稳定性方面比恒功率因数运行方式具有更大的优越性。     

适用于继电保护整定计算的双馈风电机组等效模型

随着双馈风电机组并网容量的不断增加,风电机组的接入对电网继电保护的影响逐渐增强,研究适用于继电保护整定计算的双馈风电机组短路电流计算方法尤为重要。为了解决这一问题,并考虑到继电保护整定计算的实用性,建立了一种适用于继电保护整定计算的双馈风电机组等效模型。通过对双馈风电机组基本关系式的推导,得到了双馈风电机组的简化等效电路。通过对简化等效电路以及双馈风电机组发生短路故障时的暂态过程进行研究,推导出等效电动势的表达式,并进一步推导出了双馈风电机组的短路电流计算公式。最后通过仿真验证了等效电路和短路电流计算公式的准确性,为双馈风电机组的继电保护整定计算提供了一种新的等效模型。     

双馈风机调频特性对系统暂态功角稳定性的影响

计及双馈风机(DFIG)调频特性,建立适用于暂态功角稳定性分析的DFIG等值阻抗模型。在含DFIG的扩展双机系统中,将其等值为含DFIG的扩展单机无穷大系统,基于等面积定则推导出极限切除角关于风电比例和调频控制中下垂系数的表达式,进而理论分析系统极限切除角随DFIG的风电比例和下垂系数的变化趋势,并结合功角特性曲线揭示其变化的内在机理。充分考虑DFIG低电压穿越特性和调频控制特性,在PSD-BPA中对DFIG进行详细建模,搭建了含详细风电模型的扩展两机系统和云南电网仿真模型,对理论分析结果进行仿真验证。理论分析与仿真结果均表明,DFIG参与调频对系统暂态功角稳定性具有一定的改善作用。     

含风电扩展单机无穷大系统不对称故障下的暂态稳定性分析

针对含双馈风力发电机(double-fed induction generator,DFIG)的扩展单机无穷大系统,分析不对称故障下,DFIG接入对系统暂态功角稳定性的影响。基于DFIG阻抗等值模型,依据等面积定则推导不对称故障下含双馈风电系统极限切除角的详细表达式,同时考虑风电比例、风机并网位置两种影响因素对含双馈风电系统极限切除角的影响,从而得到两种影响因素对系统暂态功角稳定性的影响,并分析该影响规律对不同双馈风机模型的适用性。在PSD-BPA中建立含DFIG的扩展单机无穷大系统的仿真模型,对理论分析的正确性进行了仿真验证。     

双馈风力发电机组快速电磁暂态仿真模型

双馈风电机组含变换器等电力电子设备,电磁暂态仿真步长小、速度慢。为实现双馈风电机组的快速电磁暂态仿真,利用开关函数平均化的思想,建立了考虑Crowbar保护电路投切、变换器闭锁暂态过程的受控源型变换器统一简化等效模型,并提出一种预测校正的调制量计算方法,基于该等效模型构建了完整的双馈风电机组快速电磁暂态仿真模型。最后,以1.5 MW双馈风力发电机组为例,基于PSCAD/EMTDC仿真软件搭建模型,从正确性、仿真步长适应性和仿真速度三方面对快速电磁暂态仿真模型进行验证。通过仿真结果比对分析,证明了该快速电磁暂态仿真模型不同应用场合的适用性。     

基于PSCAD的双馈风电机组暂态等值模型研究

随着接入电网的风电场规模日益增大,电力系统暂态过程研究对风电场准确简洁建模的需求愈发迫切。本文研究了一种基于PSCAD仿真平台的降阶双馈风电机组等值模型。该等值模型保留了原双馈风电机组(DFIG)详细模型中的风力机模型、轴系模型以及发电机模型,同时采用两组独立可控电流源及其对应配套控制策略,替代了由电力电子装置构成、仿真计算资源需求大、精度要求高的背靠背PWM变流器组及配套控制系统。基于PSCAD的仿真分析对所搭建的双馈风电机组等值模型的基础控制特性、暂态响应特性,以及仿真计算效率进行了验证,证明了该模型既可以有效保持双馈风电机组的暂态响应特性,同时又大幅度提高了仿真计算效率。