大型变速双馈风电机组动态稳定性仿真分析

介绍了变速双馈风力发电机组的基本结构,建立了双馈风电机组在dq坐标系下的动态数学模型。应用MAT-LAB/Simulink搭建了系统仿真模块,对大型双馈风力发电机组的动态稳定性做了仿真研究。仿真结果表明了所建模型的正确性,以及在风电系统中利用变速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,并说明了变速双馈风力发电机组具有具有良好的动态特性和低电压穿越功能,为今后大型风电场的建立提供了可靠的理论依据。     

UPFC提高双馈风电机组稳定性的动态仿真分析

提高风电场的低电压穿越能力LVRT（Low Voltage Ride Through）以及维持并网系统暂态稳定具有重大意义。针对双馈风电机组利用自身背靠背变流器控制电磁转矩和无功功率这一方案的不足以及撬棒保护电路（Crowbar）在故障期间频繁投入与退出可能引起电磁转矩波动的问题。分析了UPFC和双馈风电机组的数学模型与控制策略,在DIgSILENT/PowerFactory中建立了含UPFC的风电并网系统仿真模型,通过研究故障前后风电场PCC节点电压,风电场发出功率状况以及风电机组的转速稳定性,验证了UPFC对风电场电压稳定的支撑作用,并能维持风电并网系统的暂态稳定。     

含多种风电机组的风电场仿真建模及其协调控制研究

正风电场接入会对电网的稳定运行带来一定的影响,而且不同类型风电机组运行特性不同,因此需要研究含多种风电机组的风电场建模。研究了双馈风机与改造定速异步风机的模型及其控制策略,基于PSCAD软件建立了包含定速异步风机、改造的定速异步风机和双馈风机的风电场模型,并对其进行了仿真分析。仿真结果表明,改造风机能够解决定速异步风机运行时大量吸收无功的问题,与双馈风机配合甚至还可以向电网发出一定无功。     

并网型异步风电机组的低电压穿越性能分析

为了分析并网型异步风电机组低电压穿越的性能,文中给出了异步风电机组和无功补偿装置(STATCOM)的模型,建立了风电场仿真系统模型,分别仿真了采取改善措施(在汇流母线处加装STATCOM)前后两种并网型异步风电机组低电压穿越的性能并进行了对比分析.得出结论:鼠笼式异步风电机组低电压穿越能力较弱,双馈式异步风电机组低电压穿越性能优越;采取一定改善措施后可以明显提高两种机组的低电压穿越性能,尤其是对鼠笼式异步风电机组改善最为明显.     

基于双馈风电机组的风电场联络线保护方案分析

针对现有联络线大多使用定值保护方案因而容易受风电特性影响而误动的现状,讨论了双馈风机的数学模型和电磁暂态过程。以PSCAD/EMTDC为平台建立了风电场并网运行的仿真模型,研究了故障类型、风电场投入系统容量、风速对风电场侧短路电流的影响,并在此基础上搭建了含距离保护的的风电场仿真模型,对风电场侧和系统侧距离保护的动作特性进行了仿真,得出了目前风电场连联络线距离保护存在的一些问题。     

PI控制参数对双馈风电机组短路电流特性的影响分析

在机端电压跌落程度不深的情况下,双馈风电机组(DFIG)不投入撬棒,而是通过改变转子侧控制策略的方法抑制转子侧过电流,此时定子短路电流中会产生衰减暂态电流分量,而DFIG控制系统的PI参数是影响该衰减暂态电流分量的主要因素。以机端发生对称故障的情况为例,针对机端电压跌落程度不深时撬棒保护未投入的情况,推导了DFIG短路电流的表达式,从理论上分析了PI参数对其短路电流特性的影响,并且辅以PSCAD仿真验证分析了在机端电压跌落轻微的情况下DFIG的短路电流特性。     

一种新型双馈风电机组低电压穿越技术研究

深入分析了双馈风电机组的数学模型并研究了新型低电压穿越(LVRT)硬件设计原理和控制策略,并在不同控制模式下进行仿真,对比分析了风电机组发生电网电压跌落和恢复过程中相关暂态特性,同时在风场进行实际的LVRT测试及相关策略验证测试。这种新型LVRT技术有利于减小风电机组在发生电网电压跌落和恢复过程中相关暂态特性对风电机组的不良影响。     

双馈风电机组超速脱网机理分析及实例

近年来,风电机组大面积脱网事故屡有发生,给所连接电网带来冲击.以往关于风电机组脱网的研究主要集中于风电机组受扰后的电磁暂态过程.事实上,当电网故障扰动导致双馈风电机组Crowbar保护动作后,也打破了风电机组的转矩平衡.如果风电机组在受扰后的机电暂态过程中不能建立新的转矩平衡,将会引起风电机组超速保护动作,致使机组脱网.分析了配有Crowbar保护的双馈风电机组受扰后的机电暂态过程,揭示了双馈风电机组受扰后超速脱网的机理,推导了超速脱网的条件.运用所提出的分析方法,分析了一个风电机组超速脱网的工程实例,结果表明所提出方法是有效的.     

双馈风电机组故障行为及对电力系统暂态稳定性的影响

由于双馈风电机组具有不同于同步发电机的运行特性,且不同型号双馈风电机组在实现故障穿越时采用不同的控制策略,造成大规模风电并网的电力系统暂态稳定性发生变化。文中通过对双馈风电机组控制特点及故障行为的深入研究,指出双馈风电机组的故障行为由故障穿越运行控制策略决定,并给出其等效外特性。基于等面积定则定性分析了双馈风电机组接入单端送电系统后,其故障行为对系统暂态稳定性影响的机理。在理论分析基础上进行了时域仿真验证,仿真结果表明,故障期间减小双馈风电机组有功给定值、增加无功注入控制比例系数有利于系统的暂态功角稳定性,故障清除后有功恢复控制对系统的暂态功角稳定性影响不大,验证了所提理论分析的正确性。     

大型风电机组的模糊增益调度PI控制器设计

当风速超出额定风速时,大型风电机组通常采用变桨距的控制方式,通过调整叶片桨距角,改变气流对叶片的攻角,从而改变风电机组获得的空气动力转矩,实现对额定功率的稳定追踪。结合模糊控制与PI（比例-积分）控制,分别设计了模糊PI与模糊增益调度PI 2种变桨距控制器,并在Simulink软件环境下,利用Fast软件提供的5 MW陆基风力发电机模型进行仿真实验。仿真表明,新的控制器能有效缩短调节时间,减小系统超调量,具有较好的控制效果。     

基于模糊控制的风力发电机组偏航系统研究

针对近年来风电机组大型化对偏航系统稳定性提出的高要求,提出将模糊控制应用于偏航控制系统中。分析了偏航控制系统的工作原理;对偏航系统设计了模糊控制器,并对其控制过程设计了软件流程图;在Matlab/Simulink仿真平台中搭建了该系统的仿真模型,进行了仿真实验,并与传统PID控制方法的控制效果进行了比较分析。结果表明,模糊控制系统能同时满足偏航系统对控制精度和稳定性的要求,其整体性能优于PID控制系统。     

采用模糊PI速度调节器的PMSM DTC系统仿真

为了克服PMSM(永磁同步电机)DTC(直接转矩控制)系统的非线性和不确定因素的影响,引进了模糊PI速度调节器。在Matlab下建立了基于此调节器的PMSMDTC系统,并与常规的PI速度调节器PMSMDTC系统进行对比,仿真结果表明模糊PI速度调节器可以大幅度地提高该系统的响应速度和稳定性。     

变速恒频风力发电系统变桨距自抗扰控制

由于风能的随机性及气动效应的影响，变速恒频风力发电系统具有强非线性，难于实现高精度控制，输出电能质量较差。为了改善系统在恒功率输出运行区域内的动态性能，该文在分析变速恒频风力发电系统变桨距控制研究现状的基础上，基于自抗扰控制理论设计风力发电系统变桨距控制器。建立了风机及变桨距机构模型，以转速为量侧输入设计扩张状态观测器，观测系统状态及风速扰动，利用前馈环节予以补偿；同时，根据状态偏差配置非线性结构，抑制转速偏差。在随机风、阶跃风及阵风作用下对设计的自抗扰控制器进行数字仿真，结果表明基于自抗扰控制理论的变桨距控制器具有良好的动态性能及对风速扰动的鲁捧性，能够有效改善变风力发电系统桨距控制效果，工程实用价值较高。     

变速风力发电系统统一功率控制策略研究

针对变速定桨风力发电机组,提出一种统一的全风速范围功率控制策略。该控制策略首先通过扰动观察最大功率跟踪控制方法找出机组的最佳功率运行关系,然后根据得出的最佳功率关系对机组实施功率反馈最大功率跟踪控制以提高跟踪速度。该方法不需要预知风轮的气动特性曲线,具有统一的最大功率控制性能。此外,针对高风速区限转速和限功率控制难的问题,该控制方法通过在高风速区降低机组的运行转速,迫使机组进入失速区运行,实现了机组恒功率软失速运行。在对所提出控制策略的工作原理进行详细分析后,通过实验室建立的风力机模拟系统,对采用不同参数的风轮构成的风力发电系统进行了实验研究,实验结果验证了本文提出方法的正确性和可行性。     

基于运行数据的风电机组间风速相关性统计分析

统计分析风电机组间的风速相关性对风电场的等值建模、风速/风功率预测及机组集群控制优化均具有指导意义。鉴于风电机组间的风速相关性研究工作开展较少,首先构建基于风电机组输出功率为索引的风电机组实际运行数据清洗方法与流程,然后基于Copula函数理论建立风电机组间风速相关性计算方法,最后基于张北地区某风电场风电机组运行数据进行案例应用分析。案例分析结果表明,提出的数据清洗整定方法可有效消除异常数据,提高风速相关性分析基础数据的质量;不同的时间尺度、风速、风向下的相同风电机组间的风速相关系数差异较大,案例中相同两台风电机组不同条件下风速运行数据相关性最大可达0.96,最小则降为0.55,风电机组间的风速相关系数表现出的时变性和差异性对基于风速相关性的风电场等值建模、风速/风功率预测精度影响较大。     

基于模糊自整定PI控制的SSSC潮流控制器研究

在介绍静止同步串联补偿器(SSSC)的模型及控制结构的基础上,提出了一种模糊自整定PI控制的SSSC潮流控制器,设计了控制器的结构,建立了模糊控制规则表,进行了数字仿真.该控制器在动态过程中,利用模糊逻辑对SSSC的有功控制器和无功控制器的PI调节参数进行在线调整,提高了控制器的自适应能力和鲁棒性.仿真结果表明,该控制器具有比常规PI控制器更快的潮流调节速度.     

基于模糊PI参数自整定的永磁同步电动机矢量控制系统

将一种基于模糊推理的参数自整定 PI 控制器引入到永磁同步电动机(PMSM)矢 量控制系统中,该控制器可以根据控制量给定值和反馈值的偏差 E 和偏差变化率 EC 按照模糊控 制规则实时自整定 PI 控制器的两个参数。仿真结果表明,运用该控制方法的系统响应快、超调 小、鲁棒性好,较常规 PI 控制具有更好的动静态性能。     

变速风力发电机组的模糊-单神经元PID控制

对风力发电机组的数学模型及常规PID控制器进行了分析设计,由于变速风力发电机组的转速变化范围很宽,表现出高度的非线性性和时变性,常规的PID控制器难以在全范围内得到理想的控制性能。为此,提出采用单神经元智能控制器来替代常规的PID控制器,以改善机组控制性能。在分析单神经元控制器的结构和控制原理基础上,为了进一步提高单神经元控制器的动静态性能,引入了模糊控技术,实现了单神经元控制器输出增益的参数自整定。在仿真基础上,建立了一套完整的实验系统,对几种控制方法进行了实验研究。仿真和实验结果表明,基于模糊自整定的单神经元控制器可有效地改善风力发电机组的控制性能,具有较强的自适应能力和鲁棒性。     

基于最优权重和隶属云的风电机组状态模糊综合评估

针对风电机组状态模糊综合评估存在评估指标权重和隶属度确定主观性强的问题,提出了一种基于最优权重和隶属云的风电机组状态模糊综合评估方法。首先,采用层次分析法（AHP）构建状态评估指标体系,引入相对劣化度对状态评估指标进行归一化处理和状态等级划分;其次,采用熵权法和AHP分别确定状态评估指标的客观和主观权重,并通过非线性规划最优化解法确定状态评估指标的最优权重;然后,利用正态隶属云的概念及生成算法,确定状态评估指标对各状态等级的隶属度,构成评估矩阵;最后,通过实例仿真,并与其他评估方法进行比较,验证该方法是更加有效的和合理的。