同步耦合双馈风机的虚拟惯量优化控制技术

双馈风电机组在同步并网时虚拟出的可控惯性将显著影响电网的动态特性,仍须通过优化控制减少其附加运行风险,充分发挥其控制潜力。该文首先建立引入虚拟同步控制后的双馈风电机组的动态模型,并分析双馈风机与同步发电机之间建立的虚拟同步耦合关系。在此基础上,构建双馈风机同步并网系统的能量函数,基于同步并网耦合关系提出双馈风电机组的变惯量优化控制策略,并借助控制参数对系统稳定性的影响分析,设置虚拟惯量参数范围。最后,搭建双馈风机同步并网系统进行仿真验证,双馈风机的虚拟惯量需要在合理范围内通过变惯量优化才能为并网系统提供可靠的动态稳定支撑。     

随机风载荷对双馈风电机组轴系扭振响应分析

考虑到风电机组柔性传动链在风速持续扰动中易产生机组扭振,研究随机风载荷作用下双馈风电机组扭振响应、扭振传递规律及关键部件的影响程度。首先,考虑叶片、齿轮箱和发电机等关键部件,采用集中质量法,建立双馈风电机组传动链等效3质量块模型。其次,基于小信号分析法对柔性传动链的扭振模态、扭振频率及参与因子进行分析,获取其模态振型图。最后,基于Simulink软件平台,建立考虑随机风载荷作用和传动链柔性的双馈风电机组时域仿真模型,仿真分析在亚同步、超同步工况下的机组轴系扭振响应,并与理想风载荷作用效果进行比较。结果表明:与理想风载荷相比,随机风载荷作用对机组传动链轴系扭振响应影响明显,且在超同步或亚同步运行时,影响扭振的关键部件为发电机转子。     

5 MW双馈风电机组低电压穿越的仿真分析

针对海上风力发电机组安全可靠运行要求的发展趋势,本文在阐述双馈风电机组控制原理的基础上,建立了双馈发电机及其变流器的控制模型。其次,在分析电力系统对并网风电机组低电压穿越原理基础上,比较分析了双馈风电机组低电压穿越的各种控制技术方案。最后,结合海上用5.0 MW双馈风力发电机组电气参数,对2种典型低电压穿越的转子电路保护措施进行了仿真比较。分析结果表明,采用二极管整流桥加IGBT和保护电阻构成斩波器的措施具有较好的暂态控制效果。     

改进的双馈风电机组故障穿越控制策略研究

基于传统矢量控制技术,该文提出一种改进的矢量控制技术来抑制双馈感应电机故障期间的转子过电流,以提高双馈风电机组故障穿越能力。从分析传统矢量控制技术入手,提出一种改进的矢量控制技术,其主要特点是反映定子电压瞬态对转子电流的影响,但并未增加控制的复杂程度。从理论的角度对所提方案能提高双馈风电机组故障穿越能力的机理进行深入分析。最后,对基于PSCAD/EMTDC软件环境下搭建的2 MW双馈风电机组模型进行仿真研究。仿真结果表明所提方案能有效抑制双馈感应电机故障期间的转子过电流,从而提高双馈风电机组的故障穿越能力。     

双馈风机的次同步振荡特性与基于虚拟电阻的抑制策略研究

文章建立了双馈风力发电机经串补线路接入无穷大系统的模型。考虑了转子侧变换器的影响,对双馈型风电机组次同步频率下的等值电路进行新的推导和分析,得到了风速、串补度对次同步振荡的频率及系统阻尼的影响特性,从机理上得到了DFIG转子侧变流器比例系数对系统稳定性的影响特性。文章对不同工况的时域进行仿真验证,最后基于机理分析提出了转子侧引入虚拟电阻抑制次同步振荡的策略,该策略可以增大次同步频率下系统的阻尼,能起到抑制次同步振荡的作用。     

双馈感应风力发电系统电流控制策略研究

由双馈发电机q-d坐标系下基本数学模型,推导出双馈发电机的转子电流和转子电压、磁链之间的关系模型。文章研究了双馈风力发电系统转子侧电流控制策略框图,计算选择PI控制器参数。利用MATLAB/SIMULINK平台自行建立了1.5 MW风力发电系统整体仿真模型。运行该系统模型,得到了双馈发电机转子电流、电压,滤波器输出电流及定子电压等信号波形曲线。仿真结果验证模型及控制器的正确性,证明PI控制器能够满足双馈风力发电系统的稳、准、快等性能指标。     

双馈风电机组动态虚拟惯量和阻尼模糊自适应控制策略研究

针对传统双馈风电机组虚拟同步控制（VSG）中因负载突变导致电网频率、输出有功功率波动较大和暂态调节时间过长的问题，提出一种基于模糊自适应控制策略的变参数风电机组虚拟同步发电机控制策略。首先，在机组转子侧变流器中引入VSG算法使得风电对电网频率具有主动支撑能力，并建立DFIG-VSG有功功率小信号模型分析惯量和阻尼系数对系统稳定性的影响；然后，通过分析系统暂态过程中的功频变化原理并结合不受线性量化约束的模糊算法，将虚拟惯量和阻尼的范围作为模糊自适应环节的输出论域，进而实时调整惯量和阻尼系数以降低功率超调和频率偏移。最后，在Matlab/Simulink中基于DFIG-VSG机组的仿真结果验证了所提模糊自适应VSG控制策略的可行性、有效性及优势。     

双馈风力发电机的频率控制策略研究

提出了双馈风电机组参加频率控制的2种控制策略,惯性控制策略和下降速率控制策略,建立了2种控制策略下的双馈机组的控制器模型.为充分发挥双馈发电机和常规发电机的快速功率调节能力,下降速率控制策略采用冲失滤波器提取频率变化的高频信号做为双馈发电机的频率输入信号,并对双馈机组的控制参数提出了基于ISE优化设计方法.建立了含风电机组的两区域AGC控制系统模式,进行了负荷扰动仿真,对2种控制策略下的系统动态性能进行了比较.仿真结果表明,基于下降速率的控制策略可以使双馈风电机组在频率调节中充分发挥有功调节作用.     

双馈变速风电机组低电压穿越控制

当系统中风电装机容量比例较大时,系统故障导致电压跌落后,风电场切除会严重影响系统运行的稳定性,这就要求风电机组具有低电压穿越（Low Voltage Ride Through,LVRT）能力,保证系统发生故障后风电机组不间断并网运行。分析了双馈风电机组LVRT原理和基于转子撬棒保护（crow-bar protection）的LVRT控制策略,在电力系统仿真分析软件DIgSILENT/Power Factory中建立了双馈风电机组模型及其LVRT控制模型,以某地区风电系统为例进行仿真计算,分析转子撬棒投入与切除策略及动作时间对实现机组LVRT的影响。     

基于虚拟惯性的双馈异步风力发电机控制方法及其稳定性分析

针对传统的同步发电机缓慢运行可能会影响微网系统稳定的问题,研究虚拟惯性控制方法在双馈异步电机风力发电机中的应用。首先详细介绍引入虚拟惯性的2种控制方法及其数学模型,然后通过构建小信号模型研究所提出的控制方法对于孤岛模式下微网系统稳定性的影响,比较使用双馈风电机组旋转质量或超级电容器作为虚拟惯性源的优缺点以及风速变化的对于系统稳定性的影响。最后,基于Matlab/Simulink建立仿真模型,仿真结果证明,引入虚拟惯性可显著增加系统稳定性,但基于旋转质量虚拟惯性控制效果受风力发电机转速影响较大,基于超级电容器的虚拟惯性控制效果最佳。     

双馈风电机组并网运行改进控制策略研究

针对国内广泛采用基于定子磁链定矢量的控制方案,提出了双馈感应发电机并网运行的改进策略,以实现规定扰动下双馈风电机组的不间断运行稳定运行能力的提高,构建了DFIG机组的数学模型,分析了并网能量转换过程及扰动下的转矩不平衡与转子过电流的改进控制方案.仿真计算结果验证了该控制方案提高并网风电机组稳定性策略的有效性.     

不同风电机组的频率响应特性仿真分析

研究分析了恒速异步风力发电机、双馈感应风力发电机和直驱永磁同步风力发电机组成的风电场的频率响应特性;利用DIgSILENT/PowerFactory建立了风电场的动态模型;通过仿真显示:由于采用解耦控制方式,基于双馈感应电机、直驱永磁同步电机的变速风电机组不能对系统频率变化做出快速有效响应,而基于异步感应电机的恒速风电机组能快速地对系统频率变化做出正确响应,能有效地提高系统的频率稳定性。     

ALA转子无刷双馈风力发电机的参数计算方法与转子制造工艺探讨

在大型变速恒频风电系统中采用新型无刷双馈发电机，既运行可靠又可降低所需控制系统的容量和成本。该文介绍了该种风电系统的组成和新型无刷双馈发电机结构；提出了各向异性轴向叠片（ALA）转子无刷双馈发电机电感参数的准确计算方法；研究了主要设计尺寸对电机耦合能力的影响；对该种电机转子的制造工艺进行了探讨。研究表明，该文提出的电感参数叠加法较好的解决了该种发电机的参数计算问题；在无刷双馈发电机的设计中，应兼顾考虑主要设计尺寸的综合影响，以得到最佳的设计方案。     

变速恒频双馈型风电机组在风电场调度控制中的应用研究

本文针对变速恒频双馈型(DFIG)风电机组,建立了基于双馈风电机组自身运行特性的简化模型。在此模型的基础上对双馈异步风电机组有功功率和无功功率的调控能力进行了研究,构建了面向电力系统的动态功率控制方案,充分发挥双馈异步风电机组的灵活调控能力。     

基于模糊控制的双馈风电机组次同步振荡自适应抑制策略

双馈感应发电机与输电线路串联电容补偿之间的次同步控制相互作用(SSCI)是引发双馈风电交流并网系统次同步振荡(SSO)的主要原因。该文通过建立双馈风电交流并网系统的阻抗模型,分析风电机组不同控制参数对系统SSO的影响程度,提出一种可等效电流环控制参数调整且兼顾基频控制性能的附加阻尼控制方法。为提升对振荡模态迁徙的适应性和鲁棒性,进一步将实时测频与模糊控制相结合,形成一种可根据振荡频率自动调整附加阻尼控制参数的SSO自适应抑制策略。最后,基于Matlab/Simulink仿真平台,验证该文所提出的SSO自适应抑制策略的正确性与有效性。     

电压跌落时带有Crowbar电路的双馈感应发电机的瞬态分析

为了研究双馈感应发电机对电网电压跌落的适应能力,以及其实现低电压穿越的功能,文章通过将由向量法求出的瞬态电流与由等效电路法求出的稳态电流进行叠加而得出的定子、转子故障电流的近似解析式,来分析在定子端三相对称电压跌落、转子侧变换器断开、投入Crowbar电路情况下的双馈感应发电机内部的电磁关系变化过程。此外,在理论分析的基础上,文中建立了2　MW双馈感应发电机的PSCAD模型,且在7.5 kW双馈风力发电测试平台上进行了实验验证。仿真和实验结果表明,这种通过瞬态电流和稳态电流进行叠加的方法而求得的双馈感应发电机故障电流的近似解析表达式可以准确地反映出双馈感应发电机磁链和电流的瞬态变化。     

双馈风电机组Crowbar保护电阻阻值优化整定

电网发生故障导致双馈感应发电机转子绕组经Crowbar保护电阻Rcb短接后,将引发风电机组后续的暂态过程。在后续的暂态过程中,如果Rcb阻值不当,一方面将危及转子侧变流器运行安全,另一方面将导致风电机组电磁转矩和机械转矩不能达到新的平衡,引起转子加速,可能触发超速保护动作,致使风电机组发生超速脱网。仅考虑保障转子侧变流器运行安全整定Rcb阻值,将使风电机组存在超速脱网风险。分析Rcb阻值对Crowbar保护动作后双馈风电机组转矩平衡关系的影响,推导双馈风电机组发生超速脱网的边界条件。在此基础上,提出综合考虑保障转子侧变流器运行安全和降低超速脱网风险的Rcb阻值优化整定方法。仿真结果表明方法的有效性。     

风电机组可靠性建模和动态过程分析

在重点分析双馈感应发电机工作特性的基础上,建立了风电机组可靠性模型,同时对风电机组整个动态过程进行了分析.仿真结果表明风电机组获得最优能量的同时在低风速、额定风速、高风速都具有很好的工作性能.     

双馈变速恒频风电系统矢量控制分析

变速恒频风力发电机成为并网风电机组发展的趋势 ,采用双馈发电机实现的变速恒频变频器容量小 ,具有一定的优势 ,本文针对双馈发电机数学模型 ,运用定子磁链定向的矢量控制规则 ,实现转子电流与磁链的解耦 ,达到控制定子侧恒频恒压输出的目的 ,并简要介绍了控制部分的数字化的实现     

三种风力发电机组的建模与仿真

建立了包括异步感应式发电机、双馈感应式发电机和永磁同步发电机在内的3种不同的风电机组数学模型,针对不同的机组类型提出了相应的风力机模型和变频器控制策略.以建立的数学模型为基础确立了接入无穷大系统的风电场模型.模拟风力机风速变化情况,对各个风机模型在风速扰动下的响应特性进行了仿真分析研究,并将仿真波形进行了简单的比较.结果验证了所建模型的正确性,并且表明变速恒频发电机组与异步发电机比较而言具有更好的动态特性.