直驱永磁风电机组的改进附加惯性控制方法

风电并网容量的增加将导致系统惯性降低,不利于电网安全稳定运行。针对附加惯性控制与最大功率跟踪控制之间存在相互影响的问题,提出改进附加惯性控制方法。该控制方法不仅可以利用附加惯性控制的辅助功率对系统频率提供支撑,还可以根据系统频率变化调节转速,补偿最大功率跟踪控制的有功参考,从而避免了2种控制在动态调节过程中的相互影响,使得机组的输出功率更好地响应系统频率的变化。仿真分析验证了在改进的控制方法下,直驱永磁风电机组不仅减小了负荷扰动初期的频率变化率,还缩短了系统频率调节时间,调频效果得到改善。     

直驱同步风电机组并网动态稳定性仿真研究

以直驱同步风电发电机组为研究对象,在matlab/simulink环境下建立了直驱同步风电机组的动态数学模型,对直驱同步风电机组接入系统的动态稳定性进行了仿真研究,试验结果表明：首先,直驱同步风电机组具有最大功率跟踪功能。其次,在电网发生故障时,直驱同步风电机组能为系统提供无功支撑。有效防止系统电压过多的降落。提高了系统故障运行的稳定性。     

基于VSG的永磁直驱风电机组惯量支撑控制策略

风电并网容量比重不断加大,减弱了系统的调频能力与惯量支撑能力,电网失稳日益严重。针对这些问题提出了基于虚拟同步机（VSG）的永磁直驱风电机组的控制方案。模仿同步机的功频控制特点,使系统具有惯量响应能力。风电机组经PWM变流器并网,在机侧变流器利用直流电压外环和电流内环控制,维持直流母线电压稳定,VSG从网侧变流器接入,通过设计有功频率和无功电压控制方案,对系统进行调频、调压。使用Matlab软件搭建模型,调整仿真参数,仿真结果表明,该控制方案使系统可以模拟同步发电机的惯量响应特性,能够有效地解决由于风速或者电网负荷改变引起的频率震荡问题。     

永磁直驱风电机组故障穿越优化控制策略研究

永磁同步发电机构成的直驱型变速恒频风力发电系统通过全功率变流器与电网连接,当电网发生严重故障时,不仅对HVDC设备造成损害,甚至可能影响风力发电系统的整体安全稳定运行。对系统故障期间直流电压失稳的机理进行了分析,基于永磁同步发电机转子的惯性储能特性以及网侧换流器的无功补偿能力,提出一种适用于提高永磁直驱风电机组故障穿越能力的优化控制策略。在网侧故障期间通过分段式转速控制调整风机侧输入的有功并对网侧无功进行补偿,减小了中间直流系统注入的不平衡功率,抑制了故障期间直流电压的骤升。应用PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真软件建立单机系统模型,仿真结果验证了所提出的控制策略的有效性。     

永磁直驱风电系统中最大功率点跟踪控制优化的仿真研究

分析了风力机特性、永磁直驱电机模型、变换器控制策略及各种功率跟踪控制算法优缺点,并提出一种基于爬山搜索法的最大功率点跟踪(MPPT)控制方法的优化。在MATLAB/Simulink环境下搭建了永磁直驱风力发电系统模型,仿真分析了控制方法对最大功率点的跟踪效果,结果表明当风机起动及风速变化时MPPT控制方法能够使系统快速稳定在新的工作点,捕获得最大功率。由此验证了改进优化后的控制方法及所搭建模型的准确性与有效性。     

直驱永磁同步风电机组在全风速范围内的控制策略研究

为实现直驱式永磁同步风电机组在全风速范围内的高效、稳定运行,提出了一种基于最优转速给定的最大功率点跟踪控制策略与一种变桨距控制策略。当风速波动时,发电机转子转速的参考值将根据风电机组运行状态的不同选择不同的计算方式,使得风力机功率系数最大或稳定在额定转速不超速。而桨距角的大小将根据发电机的输出功率变化,当输出功率小于额定值时保持为0,大于额定值时增大使得输出功率稳定在额定值附近。最大功率点跟踪控制系统及桨距角控制系统都以发电机的输出功率大小作为控制方式的切换条件,无需复杂的切换规则。在Matlab/Simulink仿真平台上全风速范围内的风电机组的运行结果验证了所提出的控制策略的正确性与有效性。     

2MW直驱式风电机组的建模与仿真

一台2 MW直驱式风电机组是一个包含复杂的非线性、强耦合以及不确定性的机电系统,主要由风力机、永磁同步电机以及全功率变频器组成。从风力机的空气动力学分析、永磁同步电机的等效电路以及全功率变频器能量守恒定律入手,建立了风电机组的数学模型;并基于该模型,分别给出了它在Matlab下的开环与闭环仿真结果,仿真结果表明了模型的正确性。     

半直驱风电系统最大功率跟踪和变桨距集成控制

建立了包括风力机、机械传动链、永磁同步发电机和变桨距执行机构在内的半直驱风力发电系统机侧部分数学模型;针对风能随机性及风力机工况切换频繁的特点,给出了实现半直驱风力发电系统优化及可靠运行的集成控制策略.该控制策略以转速控制为基础,以风速滞环判断为条件,实现最大功率跟踪控制和变桨距控制的集成;在MATLAB/Simulink环境下建立了半直驱风力发电系统的仿真模型,仿真结果表明,在渐变风和随机风的作用下,集成控制策略能够实现最大功率跟踪控制和变桨距控制的可靠切换,获得了较为满意的控制效果,验证了该控制策略的正确性和有效性.     

大型直驱风电机组快速响应优化控制策略

针对大容量风电系统风轮的大惯量特性所造成的系统在快速响应控制上的困难,基于风力机特性和永磁同步电机数学模型,建立风电系统的仿射性非线性模型,运用微分几何学原理及反馈线性化理论提出系统转速控制策略。在此基础上引入负载转矩前馈补偿的方法,形成一种易于物理实现的快速响应控制策略。具有较高相较于传统矢量控制策略及电压前馈解耦控制策略,所提控制策略在大容量风电机组快速响应控制问题上具有较高有效性和先进性。     

基于模糊Smith预估的直驱风电机组变桨距控制器研究

在大型直驱风电机组中通常采用变桨距的方法来提高风能利用率,调节发电机组的有功功率。但由于风速变化的随机性和风力发电机组的非线性特点,传统的PID控制算法并不能取得令人满意的效果,为此提出了模糊Smith预估控制方法。在模糊理论和Smith预估控制理论的基础上,分别对模糊控制器和Smith预估控制器进行设计,最后将两者相结合,并在Simulink平台上搭建了模型,进行了仿真。仿真结果表明,所提方法在风速变化超过额定风速的情况下,能够通过控制桨距角使风力机转速稳定在额定值,实现直驱风电机组的恒功率控制。     

基于双馈感应风力发电机虚拟惯量和桨距角联合控制的风光柴微电网动态频率控制

微电网孤岛模式下的频率稳定性是微电网安全稳定运行的重要保证。为提高微电网频率动态特性,通过在双馈感应风电机组(doubly fed induction generator,DFIG)中加入虚拟惯量控制环节,增加微电网惯性,释放转子中储存的部分动能为微电网频率提供动态支持;为解决虚拟惯性控制环节加入后转子转速恢复过程中DFIG的有功功率跌落问题,采用桨距角控制,在频率跌落时释放DFIG备用功率,从而弥补转速恢复过程的功率跌落,并减小电网的稳态频率偏差。结合DFIG虚拟惯量特性和桨距角控制,配合柴油机的一次调频功能,有效抑制了负荷变化引起的微电网频率波动。最后在DIgSILENT PowerFactory仿真软件中建立含柴油发电机、光伏电池、DFIG的微电网控制模型,验证了所提策略的有效性。     

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。     

DFIG风电场在附加变桨控制下的三维综合静态模型研究

当采用双馈感应发电机(doubly-fed induction generator,DFIG)的风电机组加入附加桨距角控制环节后,其将具备一定的功率备用以有效响应系统频率的变化,从而可使DFIG风电场表现出一定的静态特性。以往研究静态特性主要采用单机无穷大系统,系统频率对机组有功输出的影响、系统电压对机组无功输出的影响是单独分析的。实际风电场并网点的电压和频率常常是联动变化的,且实际风电场由数十甚至数百台机组连接而成,风电场的有功、无功输出与系统频率和电压的变化都相关。基于此,通过仿真研究了附加桨距角控制下DFIG风电场的综合静态特性,结果表明其应该描述为有功–电压–频率和无功–电压–频率三维特性。研究还表明,当风电场有功出力不变时,风电场内风速的随机分布不会显著影响风电场的整体静态特性。最后,对比了3种用以描述风电场三维综合静态特性的模型方程,结果表明标准多项式模型更为准确。     

基于变桨距和转矩动态控制的 直驱永磁同步风力发电机功率平滑控制

风能的不确定性以及风轮机自身特性使风力发电机输出有功功率随风速变化而波动,影响风电机组输出电能质量,严重时还会影响电网运行稳定性。在分析变桨变速直驱永磁同步风力发电机运行特性的基础上,提出了在全风速范围内结合风力机变桨控制和发电机变速控制的发电机有功功率平滑控制策略。考虑到风能的随机性及直驱风能发电系统很强的非线性,设计了基于模糊理论的变桨距控制器和发电机转矩动态滑模控制器。对一台采用该控制策略的直驱永磁同步风力发电机的运行行为进行仿真研究。结果表明,提出的模糊变桨距控制能有效控制发电机转速运行范围,动态滑模控制能使发电机输出平滑的有功功率。与传统最大风能跟踪控制策略相比,所提出的控制方案能有效降低直驱永磁同步风力发电机输出有功功率的波动,控制发电机转速运行范围。     

风储联合系统调频控制策略研究

风力发电作为一种可再生能源发电在电网中的渗透率逐年升高,其具有的随机性、波动性和间歇性给电力系统的安全稳定运行带来了不利影响。与此同时,储能技术在近年来得到大力发展,其快速性和大范围吞吐性可以弥补风电机组单独运行时所带来的不利影响。首先对风电和储能系统的输出特性进行分析。其次针对风电并网发电在遇到频率波动时不具备惯性的问题,提出了应用储能补偿系统惯量,利用频率变化率作为反馈输入并调节惯量常数K,使风储联合系统作为一个整体对外提供有功功率参与电网调频,再利用Matlab/Simulink仿真验证了本文所提出控制策略补偿系统惯量的有效性。最后仿真对比风电机组单独参与电网调频与风储联合系统调频控制策略,得出风储联合系统参与电网调频的优越性。     

用于VSC-HVDC互联系统的附加频率控制策略

为使柔性直流输电(VSC-HVDC)系统两侧交流系统在发生事故时具有相互支援的能力,文中提出一种附加频率控制策略。该策略在定有功功率控制器中引入了频率—有功功率和直流电压—有功功率斜率特性,在定直流电压控制器中引入频率—直流电压斜率特性,不需要站间通信就可以实现两端交流系统通过VSC-HVDC参与彼此的频率调整,减轻事故端系统的调频负担,提高故障期间直流系统的安全稳定性。最后,通过仿真软件PSCAD/EMTDC进行仿真验证,结果表明所提策略充分利用了VSC-HVDC互联系统的频率调整能力,提高了VSC-HVDC互联系统的频率稳定性。     

基于虚拟惯量的风电场黑启动频率协同控制策略

在传统黑启动电源匮乏的电网中,采用风电场作为黑启动电源是一种有益的尝试。风电场采用虚拟惯量控制方式可避免风电机组转速与频率解耦导致的频率支撑能力不足问题,从而有效提升风电场作为黑启动电源过程中的系统频率稳定性。通过对风电场黑启动场景下传统虚拟惯量策略的适应性分析,文中提出了一种新的频率协同控制策略。首先,针对实际工程背景提出了一种以柴油发电机作为配套小容量支撑电源的风电场黑启动方法,并分析了风电场黑启动的关键问题及其过程。其次,通过附加功率外环控制和跟踪曲线切换控制在不同启动阶段的柔性切换,且辅以桨距角参与调节的频率响应策略,提出了一种基于虚拟惯量的频率协同控制策略。最后,通过PSCAD仿真验证了所提策略的合理性和先进性。     

结合超速备用和模拟惯性的双馈风机频率控制策略

基于双馈风机的风电场大规模并网将导致电网等效惯量降低、一次调频能力不足。为了使双馈风机同时具备惯性调频和一次调频能力,并解决传统模拟惯性控制方法容易引起的二次频率冲击问题,提出了一种结合超速备用和模拟惯性的双馈风机有功频率控制策略。双馈风机在电网频率正常时运行在超速减载状态,获得一定的调频备用容量并提高转子存储动能;在系统频率变化时,通过检测电网频率偏差、调节参考转速来改变输出功率,参与系统调频。该策略可以使双馈风机具有和常规机组类似的静态调频特性,能有效支持系统的惯性调频,减小静态频率误差,并避免转速恢复对系统频率的二次冲击。最后通过仿真验证了所提控制策略的有效性。     

基于改进频率微分运算的虚拟惯量控制策略

可再生能源通过快速功率变换器接口接入电网受到广泛关注,但往往会引起电网等效惯量减小的频率稳定性问题。文中分析了2种现有解决方案：利用锁相环频率直接进行微分运算的方法,其动态响应速度慢,易引起谐波放大的问题;利用二阶广义积分器-锁频环(SOGI-FLL)评估频率微分信号的方法避免了频率微分运算,但在抑制电网电压扰动方面的能力有限。为此,提出一种基于级联二阶广义积分器-锁频环(CSOGI-FLL)准确评估频率信号的虚拟惯量控制策略,即将基于二阶广义积分器原理的频率自适应滤波器加入SOGI-FLL的控制回路中,增强SOGI-FLL的扰动抑制能力。最后,建立柴储微网系统的仿真模型和实验平台,仿真和实验结果共同验证了所提控制策略的有效性。