可调速双馈水轮发电机组控制系统的稳定性分析

为了研究可调速双馈水轮发电系统静态稳定性和控制器反馈系数之间的关系，该文针对变速恒频双馈发电机运行特点和水轮机导叶开度调节结构，首先推导了具有刚性水锤效应的可调速双馈水轮发电机组的数学模型。其次，结合基于动态同步轴系下的双馈发电机双通道励磁控制策略以及有功功率参与反馈控制的水轮机调节系统模型，建立了以有功、无功和转差率为系统调节变量的闭环控制系统的状态方程。最后，利用李雅普诺夫函数概念和方法得到了闭环控制系统具有大域渐近稳定性的充分条件。分析结果表明，可调速双馈水轮发电机组的静态稳定性与控制器的反馈系数密切相关。     

双馈水轮发电机工作机理分析

介绍了一种新型的双馈水轮发电机的系统构架。重点阐述了双馈水轮发电机的基本运行原理和工作特点。为双馈水轮发电机的系统研究和实践设计奠定了理论基础。     

双馈水轮发电机励磁系统设计

通过对双馈水轮发电机励磁系统主电路和控制电路的研究,设计了一个以双PWM作为励磁电源、DSP为硬件核心的励磁系统,系统电路简单,结构紧凑,仿真结果表明设计效果良好。     

基于CMAC的双馈水轮发电机系统控制策略研究

针对可调速双馈水轮发电机系统的不确定性、非线性和参数时变的特点，提出了一种采用小脑模型(CMAC)神经网络的自适应控制策略。该控制策略以系统动态误差和给定信号量作为CMAC的激励信号，并与自适应神经网络控制器相结合构成系统的复合控制。该文对双馈水轮发电机系统的稳态调节和暂态特性进行了数字仿真研究，并与常规的PID控制进行比较。结果表明，基于CMAC的自适应控制策略对系统模型结构和参数变化、负荷扰动都具有很好的适应性和鲁棒性，控制品质优良，是一种适于在线学习控制的双馈水轮发电机系统控制方法。     

大型水轮发电机组的振动稳定性问题

讨论刚度、水力稳定性随机组尺寸变化的规律，并据此论述了大型和巨型水轮发电机组振动稳定性问题及其产生的特点，掌握这些特点，将有助于预防或减少大型机组稳定性问题的产生。     

基于群灰狼优化算法的双馈感应电机最优控制

设计了一种新颖的群灰狼优化算法(Gathered Grey Wolf Optimizer, GGWO),用于整定双馈感应电机(Doubly-fed Induction Generator, DFIG)的比例-积分控制器(Proportional-integral, PI)最优参数,从而实现变风速下的最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking, MPPT)并提高系统的故障穿越能力(Fault Ride-through, FRT)。GGWO在原始灰狼优化算法(Grey Wolf Optimizer, GWO)的基础上引入分组机制,将灰狼分为相互独立的合作狩猎组和随机侦察组。其中,随机侦察组中的灰狼负责进行广泛的全局搜索,而合作狩猎组的灰狼实现深度的局部探索。同时,设计狼群间的角色互换机制,可根据当前适应度函数,在下次迭代中对不同分工的狼进行角色互换,进而平衡全局搜索和局部探索的矛盾。通过阶跃风速、随机风速和电网电压跌落三个算例对GGWO的优化性能进行了研究。仿真结果表明,与遗传算法、粒子群算法、飞蛾扑火算法和GWO相比,所提算法具有更好的全局收敛性、MPPT精确性和FRT能力。     

交流励磁双馈风力发电机组的稳定性仿真分析

介绍了交流励磁变速恒频双馈风力发电机组的工作原理,在坐标变换的技术下,建立了交流励磁发电机在d-q-0坐标系下的数学模型。在Matlab中搭建了系统仿真模块,对交流励磁风力发电机组的稳定性做了仿真分析。仿真结果表明了所建模型的正确性,以及在风力发电系统中利用变速恒频技术后可以大大提高风能的利用率,改善了电力系统稳定性,并且转子转速也可以改变,使其具有独立的无功调节能力。研究结果表明了变速恒频双馈风力发电机组具有良好的动态特性,并为风力发电系统的进一步应用研究提供了可靠的理论依据。     

双馈风力发电机最优控制方法研究

大型并网风力发电机运行中要求发电机功率输出能快速跟踪给定值且电功率波动最小。本文在双馈感应发电机矢量控制动态模型基础上进行扩展,设计了最优输出调节器,并与常规PID控制及普通最优输出控制进行了比较。仿真结果表明,控制效果明显好于前两者,并且对大功率负载投切甚至线路终端故障引起的母线电压扰动有很好的抑制作用。     

水轮发电机组的振动评价

本文首先提出了有关国家向IEC提出的水轮发电机组振动规程提案,然后分别介绍了美、日、苏等国和它们的公司和制造厂家的振动规程,并做了一定的分析。最后结合我国的振动规程进行了讨论,提出了今后制定规程的想法。     

含双馈风电机组风水电联合系统的稳定性分析

介绍了风电场接入电网运行后对电力系统稳定性的影响。结合三门峡地区电网的实际情况,在具体算例数据的基础上建立相关系统元件的数学模型,采用模型仿真与数据分析相结合的方法对含双馈风电机组风水电联合系统的稳定性进行了研究。结果表明双馈风电机组的接入降低了系统原有的阻尼,为系统引入了相关的振荡模态,分析研究成果对三门峡地区电网调度运行具有指导意义。     

提高双馈风电机组LVRT能力的改进直接功率控制

双馈风力发电系统采用传统直接功率控制时,在发生低电压穿越(LVRT)后转子电流振荡较大,易引起Crowbar再动作。建立传统直接功率控制下双馈风力发电系统的模型,对矢量控制和直接功率控制抑制LVRT的效果进行分析,在此基础上提出一种改进型直接功率控制方法。引入谐振调节器消除定子磁链动态分量对转子磁链的作用,抑制Crowbar切除后转子电流的动态分量,从而改善双馈风电机组LVRT特性。仿真比较验证了所提控制方法应用于双馈风力发电系统的可行性,该控制方法比矢量控制使系统更快恢复稳定,且比传统直接功率控制对转子电流振荡抑制效果更明显。     

Grid-fault ride-through analysis and control of wind turbines with doubly fed induction generators

This paper deals with the low voltage ride-through (LVRT) control of wind turbines with doubly fed induction generators (DFIGs) under symmetrical voltage dips. The investigation first develops a mathematical formula for the rotor current and rotor voltage when DFIG is subjected to a symmetrical voltage dip. From the analysis, the reasons of rotor inrush current and factors influencing it are inferred. Then, a control scheme enhancing the wind turbine LVRT capability is designed and simulated. The proposed control scheme consists of a nonlinear control strategy applied to the rotor-side converter and a dc-link voltage control applied to the grid-side converter. It improves the damping of DFIG transient response and minimizes oscillations of rotor current, electromagnetic torque and dc-link voltage during the generator voltage dip. It also limits the peak value of these quantities. At the end, results of theoretical analyses are verified by time domain simulations.     

双馈感应发电机的直接功率控制策略

建立了单机与无穷大系统相连的双馈感应发电机(DFIG)数学模型,并以定子电压综合矢量恒定为控制约束,提出了一种双馈感应发电机的励磁控制策略。该控制策略仅需测量定子侧电压、电流信号,简化了控制系统。利用该策略对并网双馈感应发电机有功、无功稳态调节特性及机端三相对地突然短路的过渡过程进行了仿真研究。结果表明,该方法能够实现有功和无功的独立控制,且具有良好的动态性能。     

基于变结构控制的变速恒频双馈风力发电机并网控制

将矢量控制技术、逆系统方法、变结构控制技术相结合,提出了一种新的变速恒频双馈风力发电机空载并网控制策略.双馈异步发电机的数学模型在m一t坐标系下是一个非线性耦合系统.采用逆系统方法将转子电压方程线性化解耦,构造出伪线性系统;然后,设计伪线性系统的变结构控制律;利用Matlab软件搭建了变速恒频双馈风力发电系统的仿真模型,进行仿真分析.仿真结果表明,所采用的控制策略能够完成发电机平滑接入电网,并网运行效果理想,实现了定予输出有功与无功功率的独立调节.与PI控制方案相比,变结构控制方案具有更好的动态响应性能.     

基于双馈风电机组的分布式动态无功支撑系统

充分挖掘风电机组的无功电压调节能力对改善电力系统的电压稳定性有重要意义。首先定量分析了实际商用双馈风电机组的无功调节能力及限制因素,指出双馈风电机组具备较强的无功功率输出和吸收能力。继而提出了一种利用双馈风电机组的电力系统分布式动态无功支撑系统的构想及其实现方案。该系统可充分发挥双馈风电机组的动态无功调节能力,有效提高电力系统的动态无功储备,并显著改善双馈风电机组接入电网的电压稳定性。实际浙江电网的仿真结果验证了该技术的可行性和有效性。     

计及撬棒保护的双馈风电机组不对称短路电流特性分析

电网故障时,双馈式感应风电机组(DFIG)在机端电压深度跌落过程中表现出的电磁暂态特性十分复杂。计及撬棒保护的DFIG不对称短路特性研究较少,为了准确描述机端电压深度跌落过程中DFIG不对称短路电流变化特性,基于空间矢量和序分量法,建立了双馈感应电机的正、负序数学模型。在考虑双馈风电机组不同初始运行功率的情况下,通过数学解析的方法推导了撬棒保护电路投入后定转子正、负序磁链的计算表达式,在此基础上得到了定、转子电流的解析表达式。该方法同样适用于对称性故障时DFIG短路电流的解析计算。最后,通过Matlab/Simulink仿真软件验证了双馈风电机组机端发生对称和不对称电压跌落时定子电流解析计算表达式的准确性。     

Multiple models decentralized coordinated control of doubly fed induction generator

In this paper, a multiple model optimal tracking control (MOTC) design method for the double fed induction generator (DFIG) using correlative measured technique is proposed. The DFIG is represented by a third-order model, where electro-magnetic transients of stator are neglected. By using the correlative measured technique, the correlative measured matrix (CMM) of wind power system is obtained firstly. Then, a nonstandard state space equation of DFIG is obtained with the correlative measured vectors (CMVs), which reflect interactions between the DFIGs and grid. In order to cope with nonlinearities and continuous variation in the operating points, a multiple model design method is proposed in the discrete domain. The obtained control law, synthesized by using Bayesian probability, only depends on the local measured parameters. Hence, the MOTC can be regarded as a decentralized coordinated control, which can simplify the control structure and improve the transient stability of DFIG. To illustrate the effectiveness of the proposed MOTC strategy, simulations on a hybrid wind thermal power (HWTP) system are performed. The results show that the proposed MOTC strategy can provide acceptable performance throughout the whole operating region. Comparing to the conventional PID control, transient stability, damping, and fault ride-through capability of DFIG with the proposed MOTC design method have been improved effectively.     

双馈风机三相短路电流特性分析

双馈风机(DFIG)短路电流特性与传统电机相比存在显著差异。根据机端电压的跌落程度,分析了计及Crowbar保护动作和计及RSC控制两种情况下DFIG的短路电流特性。针对撬棒(Crowbar)保护动作后转子磁链的频率含量以及定、转子电流的解析表达式并未完全统一的问题,建立了DFIG数学模型,分析Crowbar保护动作后DFIG定、转子磁链的暂态过程。在此基础上采用拉氏和反拉氏变换法推导了转子磁链的表达式,通过数学解析的方法得到了计及Crowbar保护动作的DFIG定、转子电流计算表达式。同时根据DFIG数学模型和转子侧变流器(RSC)控制模型,采用解微分方程法详细地推导了计及RSC控制的双馈风机定、转子短路电流的表达式。最后在Matlab/Simulink平台上建立DFIG电磁暂态仿真模型。仿真验证计及Crowbar保护和计及RSC控制两种情况下DFIG短路电流表达式的正确性,进而分析了电压跌落程度、Crowbar阻值以及PI控制参数对短路电流的影响。     

双馈感应风力发电机故障穿越特性及其控制

风电场低电压穿越能力对接入系统的暂态稳定性有着重要影响。分析双馈感应风力发电机的励磁控制原理,在此基础上研究风电机组基于电流解耦的矢量控制策略以及故障期间转子侧变流器Crowbar(撬棒)滞环保护方案和网侧变流器的电压支撑技术。运用PSCAD/EMTDC仿真工具研究常规同步发电机和双馈风力发电机2种类型机组在短时间和长时间短路故障时的暂态响应特性,并探讨变流器参数对风电机组性能的影响。结果表明:变流器紧急应对措施可以使风机迅速恢复控制能力,从而通过灵活地调节其转子磁链矢量的幅值和相角使电压快速重建;此外,选择合适的直流侧电容容量将增强不对称故障情况下网侧变流器抵抗负序电流的能力。     

三相电压对称跌落双馈风电机组转子电压特性分析

针对电网故障产生的三相电压对称跌落,通过对电压跌落期间双馈风电机组（Doubly fed induction generator,DFIG）磁链和转子电压动态过程的详细论述,揭示了转子侧变换器在电压跌落期间不能提供足够的控制电压是造成转子侧过流的根本原因.以一台商用风电机组为例,得出电网电压不同程度跌落时,转子电压最大幅值-转差率特性,并计算出转子侧变换器所能输出的最大理论幅值.最后提出增强双馈风电系统在电压跌落期间运行能力的控制对策和保护措施.