含飞轮储能的直驱风电系统功率平滑控制策略研究

在分析永磁直驱风电系统的运行特性和控制方式的基础上,提出了一种在无需测量风速的条件下,利用飞轮储能系统来平滑永磁直驱风电系统输出功率的控制系统和相关控制策略,该方法不仅能有效减小风力发电接入电网的功率波动,同时也有利于发电机变流器直流侧电压的稳定。通过对全风况下含飞轮储能单元的永磁直驱风电系统进行仿真分析,表明所提的控制策略在最大程度利用风能的同时,也能较好地实现输出有功功率的平滑控制,进而改善电网电能质量。     

含飞轮储能单元的直驱永磁风力发电系统有功功率平滑控制

在分析传统直驱永磁风力发电系统运行特性和飞轮储能系统控制的基础上,研究并提出了适用于该发电系统的功率平滑控制策略,所提控制策略无需测量风速.建立了控制系统小信号模型,分析表明所提控制系统在小扰动条件下可保持稳定运行.对含飞轮储能单元的永磁同步风力发电机控制系统进行了仿真计算,仿真结果表明所提控制策略在保证最优风能捕获的前提下可实现良好的系统输出功率平滑控制.     

含飞轮储能单元的永磁直驱风电系统低电压穿越控制策略

在分析电网对称故障下含飞轮储能单元的永磁直驱风力发电系统运行行为的基础上,提出适于该类型风力发电系统的低电压穿越运行控制策略。所提出的控制策略通过协调控制电机侧变换器、电网侧变换器及飞轮电机变换器,在实现故障时系统直流链电压稳定控制的同时,可满足发电系统向电网注入一定无功功率的运行要求,有效增强了发电系统的低电压穿越运行性能。通过仿真计算,验证了所述控制策略的有效性。进一步分析了影响发电系统低电压穿越运行性能的因素,并对发电系统的低电压穿越能力进行了评估。     

永磁直驱风电机组低电压穿越时的有功和无功协调控制

为提高基于全功率变流器并网的永磁直驱风电机组低电压穿越能力,在深入研究该风电机组运行特性和控制策略的基础上,分析了电网电压跌落过程中引起全功率变流器直流侧电压波动的原因,提出了一种采用机侧变流器控制直流电压稳定,网侧变流器实现最大功率跟踪和有功无功协调的新型控制策略。在低电压穿越过程中,该控制策略根据变流器直流侧电压的变化,通过机侧变流器调节风力发电机的电磁功率,使电网故障期间风电机组的功率波动由发电机转子承担,消除全功率变流器两端的功率不平衡,稳定直流侧电压。并根据电网电压幅值,通过网侧变流器实现对风电机组输出有功和无功的协调控制,抑制电网电压扰动。仿真结果表明本文所提控制策略在电网电压扰动时能有效抑制直流侧电压波动,使永磁直驱风电机组的低电压穿越能力得到显著提高,并能有效实现对电网电压的支持。     

含飞轮储能单元的永磁直驱风电机组频率调节研究

在分析风力发电接入对电力系统频率特性影响的基础上,提出利用飞轮储能单元进行辅助频率调节的控制策略。该控制策略通过对飞轮储能单元输出功率的灵活控制增大系统等效惯量和阻尼,进而改善风电接入电力系统的频率特性。通过对含飞轮储能单元的永磁直驱风电系统在全工况下的仿真对比研究表明,在实现最大风能跟踪控制的前提下,所提控制策略下的系统频率特性可得到有效改善,有助于提高风电接入电网的频率稳定性。     

永磁直驱风电机组改善系统阻尼的控制技术

永磁直驱风力发电机组抑制系统功率振荡的阻尼作用,有利于提高风电渗透率较高的区域电网的稳定性.本文在分析永磁直驱风电机组运行特性和控制策略的基础上,研究具备故障穿越能力的永磁直驱风电机组的无功调制与系统功率振荡的关系,提出了永磁直驱风电机组的无功附加阻尼控制策略.利用MATLAB/Simulink仿真软件对含永磁直驱风电机组的区域电网进行仿真分析,验证了在所提控制策略下,永磁直驱风电机组能够利用其无功功率的调节能力,抑制故障后系统持续振荡的功率,从而提高了基于永磁直驱风电机组的大规模风电场接入电网后的电力系统的阻尼特性.     

直驱永磁风力发电系统非线性控制策略

针对风电系统并网的多种控制要求,基于永磁同步发电机的损耗模型,建立了直驱永磁风力发电系统的非线性数学模型,并运用反馈线性化理论提出了多目标非线性控制策略。利用该策略在机侧实现了低于额定风速情况以下的最大风能捕获,并且调节有功直轴电流使其系统损耗最小;同时在网侧稳定直流母线电压和调节无功电流,满足了系统在正常状况下以单位功率因数并网运行的要求;而在电压跌落期间,能迅速提供无功电流,有利于电网电压稳定与恢复,具备一定的低电压穿越能力。仿真结果表明,所提出控制策略是有效而实用的,不仅兼顾了风电系统并网的实际运行要求,而且提高了系统的效率。     

电网故障时永磁直驱风电机组的低电压穿越控制策略

为提高永磁直驱风电机组所并电网的运行稳定性,研究电网故障下永磁直驱风电机组的运行特性以及提高其低电压穿越运行能力,文中提出一种适用于采用双脉宽调制变换器并网的永磁直驱风电机组的低电压穿越运行控制方案。通过在电网故障时限制发电机的电磁功率来限制输入至直流侧电容和电网侧变换器的功率,通过在电网故障时采用考虑发电机功率信息的网侧变换器电流闭环控制来实现直流链电压稳定控制,从而有效实现发电系统的低电压穿越运行。系统仿真结果表明,所提出的控制方案无需增加硬件保护装置,在电网对称及非对称故障下均可有效实现永磁直驱风电机组的低电压穿越运行。     

电网电压不平衡时永磁直驱风电机组的控制策略

详细分析了电网电压不平衡条件下永磁直驱风电机组的运行情况,根据电网电压不平衡条件下风力发电机组不同的运行要求,提出基于三种可选控制目标的网侧变换器控制方案,同时采用正序电网电压定向方式简化得到网侧变换器的正、负序电流参考量。所提方案可实现在不平衡电压条件下抑制并网有功功率/直流链电压二倍频波动,抑制并网无功功率二倍频波动或抑制网侧负序电流的控制目标,进一步提高了电网电压不平衡下永磁直驱风电系统运行的稳定性和可靠性。通过对电网电压不平衡下永磁直驱风电系统运行行为进行仿真计算和对比分析,验证了所提控制策略的正确性和有效性。     

电网不对称故障下含飞轮储能单元的永磁直驱风电系统增强运行控制策略

分析了电网不对称故障下含飞轮储能单元的永磁直驱风电系统直流母线电压波动机理,在此基础上,研究了适用于该类型风电系统低电压穿越增强运行控制策略。所提控制策略在实现电网不对称故障下发电系统向电网提供暂态无功支持的同时,亦可提供3种可选的独立运行模式。所提控制方案突破传统控制模式下网侧变换器抑制直流链电压波动能力的局限,将比例积分谐振控制器(proportional integralresonant,PIR)引入飞轮电机电流闭环控制,利用飞轮储能单元吸收直流电容2倍工频脉动功率,从而有效实现故障过程中直流链电压的稳定无波动控制,进一步增强系统不对称故障穿越运行能力。通过仿真计算验证了所提控制策略的正确性和有效性。     

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。     

直驱永磁同步风力发电机侧系统建模及仿真

为深入研究直驱永磁同步风力发电机组的高性能控制,研究了直驱永磁同步发电机侧系统构成、原理及建模方法,分析了风力机与永磁同步发电机、电压空间矢量(SVPWM)整流原理及其建模,基于双闭环PI控制搭建了机侧系统仿真模型。通过仿真与分析,证明了双闭环PI控制策略在4种不同风速下实现最大功率追踪的可行性。该系统模型的建立为机组高性能控制的研究打下基础,对于深入理解直驱永磁同步风力发电系统运行原理及推广应用具有重要意义。     

平滑永磁同步风电系统功率波动的改进最佳转矩控制策略

由于风速的易变性,在采用传统控制方法控制风力发电系统时,往往使得风力发电系统的输出功率产生巨大波动.随着风力发电的电网穿透率的增加,风力发电系统的输出功率波动会对整个电网的稳定运行造成较大影响.为了抑制风力发电系统输出功率的波动,在分析了传统风力发电系统最佳转矩控制策略的基础上,提出了一种带低通滤波器的最佳转矩控制策略.在分析了引入的低通滤波器对系统的影响后,给出该低通滤波器应有的幅频特性,提出了采用零极点配置的方法来设计此种低通滤波器.最后,建立了一个额定功率为1.6 MW的永磁同步风力发电系统仿真模型,对传统最佳转矩控制和所述控制策略进行了仿真对比研究,仿真结果验证了所提出的控制策略具有更好的平滑功率波动的能力.     

永磁直驱风力发电在煤矿蓄水系统中的应用

本文研究一种直驱风力发电在煤矿蓄水系统中的应用,基于背靠背双三电平拓扑结构,分析永磁直驱风力发电系统的运行特性,并给出永磁同步发电机(PMSG)数学模型及其具体的矢量控制策略,分析一种简化的三电平电压空间矢量调制算法。基于MATLAB仿真,验证了系统在风速变化时能够实现追踪最大功率,充分利用风能进行抽水蓄能。     

飞轮储能风力发电系统的功率快速平滑控制策略研究

飞轮储能风力发电系统可充分利用风能资源,抑制风电系统功率波动。但是飞轮储能系统的并网逆变器输出功率的高频扰动将降低电网吸纳风能的能力。且增加飞轮储能系统后,风力发电系统的软硬件成本较高。文中通过分析并网逆变器输出功率的高频扰动风量,计算飞轮储能系统功率参考值,实现快速功率平滑控制,减少并网功率波动,增加电网吸纳能力。通过采用定频滞环控制策略,克服了开关频率不固定、输出电流谐波含量高的缺点,其响应速度快,软硬件资源要求低,可减少PI控制器,减少锁相环等环节,降低软件开发成本。为验证采用定频滞环控制的快速功率平滑控制策略的性能,设计了仿真模型,并进行实验验证。仿真和实验结果表明：该控制策略可快速降低网侧有功功率波动,减小网侧电流谐波且软硬件成本低。     

Smoothing of Wind Power Fluctuations for Permanent Magnet Synchronous Generator-Based Wind Energy Conversion System and Fault Ride-through Consideration

Due to the increment of penetration level of wind power generation, output power fluctuation is one of the most important issue's that can destabilize the power system operation. This article mainly deals with the smoothing of the output power fluctuations of a wind energy conversion system based permanent magnet synchronous generator and fault ride-through enhancement during a grid fault. The concerned wind energy conversion system based permanent magnet synchronous generator adopts an AC-DC-AC converter system. The proposed control method limits the wind energy conversion system output power by adjusting the pitch angle of the wind turbine blades when wind speed is above the rated wind speed. In the grid-side converter, a fuzzy logic controller is used to determine the torque reference for which the kinetic energy stored by the inertia of wind turbine can smooth the output power fluctuations of the permanent magnet synchronous generator. Also, the DC-link voltage, controlled by the grid-side inverter, is adjusted in accordance with the output power fluctuations of the permanent magnet synchronous generator using a voltage smoothing index. Moreover, in this aticle, the proposed method ensures that the wind turbine stays operational during grid faults and provides fast restoration once the fault is cleared. To show the effectiveness of the proposed method, simulations under different conditions have been performed by using MATLAB/Simulink® (The Math Works, Natick, MA, USA).     

基于PSCAD的直驱式风电机组运行特性仿真

在分析直驱式永磁同步风电机组的基本构成、数学模型基础上,研究了变流器的控制策略.利用PSCAD/EMTDC仿真平台构建了直驱式永磁同步风电机组的仿真模型,仿真分析了阶跃风速下直驱式风电机组稳态运行特性,并仿真研究了额定风速下直驱式风电机组的暂态特性.研究结果表明并网运行的直驱式风电机组具有良好的运行特性,电网故障时直驱式风电机组能够调节无功功率输出,对电网电压的恢复有积极的作用,能提高电网的稳定性.     

永磁同步风力发电系统的分数阶比例积分控制算法研究

将分数阶比例积分(PIλ)控制器应用于直驱型永磁同步风力发电系统,来达到实现系统高性能控制的目的。重点研究了永磁同步风力发电系统的分数阶PIλ控制器参数设计方法。通过分数阶PIλ控制器系统的仿真研究与试验分析,结果表明:采用分数阶PIλ控制器的系统具有较快的响应速度和较高的功率输出性能,具有一定的发展潜力和实用价值。