电网对称故障时双馈感应发电机不脱网运行的系统仿真研究

利用经实验验证的时域仿真模型对一典型的2MW双馈感应风力发电系统在电网对称故障时的控制和响应进行仿真研究。与在电网故障时将转子端部直接短接的保护方案相比较,采用所提出的电网故障励磁控制与正常运行时的风能跟踪控制相结合,可以保证发电机迅速恢复有功输出,从而提高整个电力系统在故障切除后的运行稳定性。针对电网对称故障时发电机不脱网运行的可控范围进行仿真计算的结果表明:典型双馈感应风力发电机可在电网故障引起发电机变压器系统侧电压最低下降到30％额定电压时仍可保持不脱网运行。对影响电网故障励磁控制性能的各种因素,包括发电机故障前初始运行点及电机参数进行了研究,发现适当增加发电机漏感或定予侧电阻有助于进一步提高电网故障时励磁控制的效果。     

电网短路故障时交流励磁风力发电机不脱网运行的励磁控制策略

提出一种电网短路故障时保持交流励磁风力发电机不脱网运行的新型励磁控制策略。分析了电网短路故障时交流励磁发电机的暂态物理过程和转子过电流的原因。改进控制方案从限制电网故障时定子工频过电流的角度出发,有效限制了由定子电流工频分量引起的转子电流交流分量,同时利用发电机定子电阻对定子磁链暂态直流分量进行灭磁,实现了故障时避免转子出现过电流的目的。建立了2 MW商用交流励磁风力发电系统仿真模型,在电网对称故障和非对称故障条件下,对"crowbar protection"方案和该文所提方案进行了仿真对比研究。仿真结果验证了该文所提改进方案的有效性,实现了电网故障期间发电机转子励磁变频器的安全运行,提高了交流励磁风力发电系统在电网故障时的不间断运行能力。     

电网对称故障时双馈感应发电机低电压穿越控制

分析电网对称故障时,双馈感应风力发电机定子磁链变化过程、导致定转子过电流的原因、电网故障发生具体时刻及故障程度对双馈感应发电机定转子的影响,提出一种双馈感应风力发电机转子侧变换器低电压穿越控制策略,改善了双馈感应发电机在电网故障时定、转子过电流的情况,实现了双馈感应发电机在电网对称故障时的低电压穿越.在理论分析基础上,建立双馈感应发电机转子侧变换器低电压穿越控制模型和3 kW双馈感应发电机励磁变换器低电压穿越控制实验系统.实验结果表明,所提出的双馈感应发电机低电压穿越控制策略动态响应快、方法行之有效.     

双馈感应发电机空载并网的高阶滑模控制策略

围绕双馈感应发电机(DFIG)空载并网问题,将基于矢量控制的电网电压定向技术应用于双馈风力发电的并网发电上,提出一种基于电网电压定向的高阶滑模控制的空载并网控制策略。从分析DFIG的运行特性入手,研究了空载并网控制原理,基于DFIG的空载数学模型,提出了具有鲁棒性的高阶滑模空载并网控制器。对DFIG并网前后的整个过程进行了仿真研究,仿真结果表明,所提出的策略是一种较理想的空载并网方式。     

双馈感应风力发电机低电压穿越综合分析

在过去10年中发电和电网的稳定性已成为关键问题。大容量风力发电并入电网的快速发展引起了对电力系统动态行为的高度关切和对风能合理利用所需电网规范的迫切需求。在电网故障时双馈风力发电机的低电压穿越能力是其中一个核心问题。该文全面研究与电网连接的双馈风力发电机的低电压穿越问题,通过仿真对低电压穿越原则和并网风力发电机的控制进行详细的理论研究,介绍在电网故障期间风力发电机的瞬态特性和复杂的动态行为,并对并网操作中最具挑战性的问题进行调研。     

双馈感应变速恒频风力发电机控制系统研究

结合双PWM变换器、双馈感应发电机和矢量控制技术的优点,根据双馈感应发电机的数学模型,建立了双馈感应变速恒频风力发电机矢量变换控制系统框图,并对系统进行了实验研究,获得了良好的控制性能,得出该系统能够在变风速的情况下最大程度地获得风能,提高发电质量.     

不对称故障下双馈感应发电机转子电压分析

针对不对称故障引起的电压跌落,求解得出三种不对称故障期间转子感应电动势峰值,结合对转子侧变流器控制能力的分析揭示了转子侧过流的根本原因。以转子侧变流器的最大控制电压为准则,推导出三种不对称故障的低电压穿越域。采用PSCAD搭建带有撬棒保护Crowbar的双馈风电机组暂态模型,仿真结果验证了所提出的低电压穿越域的正确性。     

适用于电网不对称故障的双馈风力发电机虚拟同步控制策略

双馈感应发电机(DFIG)虚拟同步控制策略可使DFIG为电网提供频率与电压支撑,改善其并网特性。现有虚拟同步控制策略的主要目标是模拟同步发电机机电动态特性,未深入探讨电磁暂态过程中如何对DFIG进行控制。分析了电网发生不对称故障时,基于虚拟同步控制的DFIG的故障特性;得出了现有虚拟同步控制策略难以抑制DFIG故障电流与电磁转矩振荡的结论。在此基础上,提出了一种适用于电网不对称故障的DFIG电压补偿虚拟同步控制策略,该策略通过补偿转子电压的故障分量来改善DFIG转子电压的响应速度,抵消或削弱转子反电势故障分量的影响。仿真对比了现有虚拟同步控制策略与所提出策略的控制效果,验证了所提策略能够显著降低DFIG转子故障电流,抑制电磁转矩的暂态冲击与持续振荡,有效提高DFIG不对称故障穿越能力。     

电网对称故障下基于active crowbar双馈发电机控制

随着风力发电规模和风电机组单机容量不断增大,要求大型风电机组具有低电压穿越能力,因此需要研究三相对称故障下双馈风力发电机控制方法.在电网电压突然跌落时,由于双馈发电机中的电磁耦合关系,在定转子中感应出过电压过电流,为保护转子侧变换器,需要通过crowbar来短路双馈发电机的转子.针对传统的passive crowbar的不足,采用active crowbar电路的控制方法.当电网故障造成双馈发电机转子过流时,开启active crowbar电路来旁路转子侧变换器.当转子电流下降到一定程度时断开crowbar,转子侧变换器恢复工作,此时双馈电机可以向电网同时提供有功无功支持.理论分析的基础上进行了仿真研究.仿真结果证实了采用active crowbar可以有效地实现双馈风力发电机的低电压穿越.     

基于三电平变换器励磁的双馈感应发电机低电压穿越性能研究

采用三电平拓扑结构变换器对高压大功率双馈感应发电机进行励磁,研究其低电压穿越性能。在电网电压跌落时,提出用于低电压状态下的基于比例电压的控制方案,同时控制电机侧变换器和网侧变换器。仿真结果表明,采用三电平拓扑结构变换器,可以对高压大功率的双馈感应发电机进行低电压穿越控制,而且提出的基于比例电压的控制策略可以避免变换器电流过流和饱和,同时又能快速向电网中注入无功功率,为电网快速恢复提供支撑。     

电网不对称故障下双馈风力发电机组的LVRT研究

本文在研究了电网电压不对称对双馈风力发电机(DFIG)的影响以及DFIG正、负序数学模型的基础上,分析了电网电压不对称条件下对系统输出有功、无功的构成,提出在转子侧和网侧采用正、负序分量分离控制与传统Crowbar电路结合的控制策略,并对Crowbar阻值和投切时间进行分析。最后通过Matlab对系统进行验证,仿真结果表明在电网不对称故障时,这种控制策略可以消除负序电流对定子侧有功功率、无功功率、电磁转矩和直流侧电压的影响,实现不对称故障穿越。     

基于双矢量模型预测直接功率控制的双馈电机并网及发电

模型预测直接功率控制(MPDPC)以其原理简单、动态响应快和控制目标灵活等优点在并网变换器控制中得到了广泛关注。它利用系统模型来预测下一时刻的有功功率和无功功率,通过枚举比较得到使给定功率和反馈功率之间误差最小的电压矢量,相比传统的基于矢量表的直接功率控制具有更好的动态和稳态性能。为了进一步提高稳态性能并降低采样频率,提出一种基于双矢量的改进模型预测直接功率控制,即把一个控制周期分配给一个非零矢量和一个零矢量,通过优化非零矢量的作用时间来进一步减小功率脉动。通过合理安排矢量作用顺序甚至可以获得比传统MPDPC更低的开关频率而且稳态性能更好。在15 k W双馈风力发电系统上的仿真结果表明,相比传统MPDPC,所提出的双矢量MPDPC能够以更低的采样频率实现快速平滑的并网同步和灵活的有功、无功控制,并且开关频率更低,具有较大的实用价值。     

含主动轴系扭振阻尼的并网双馈风电场惯量控制方法

电网中风电容量的增加,使得电力系统等效惯量减小、频率稳定性下降。为避免此风险,各国电网并网导则要求大规模风电场参与系统调频,并能提供类似同步发电机的惯量响应。本文基于时域仿真并辅以特征值分析,研究了风电场惯量控制对风电机组及电力系统运行特性的影响。传统的风电场惯量控制方法有益于电力系统频率稳定,但仿真结果揭示该控制会减小风电机组轴系扭振的阻尼,严重时将导致机组转速振荡失稳。为解决此问题,提出了含主动轴系扭振阻尼的风电场惯量控制方法,在满足并网导则有关惯量控制要求的同时可有效避免机组发生轴系扭振失稳。仿真结果验证了控制方法的有效性。     

双馈异步风电系统的建模仿真

当电网电压跌落时,风电机组须维持一定时间与电网连接而不解列,并且能提供无功以支持电网电压的恢复,即具有低电压穿越能力,而双馈风电机组低电压穿越能力最弱。分析建立了双馈风力发电机组的模型,通过使用MATLAB/SIMULINK仿真,来研究它的LVRT性能,及影响它LVRT性能的因素,探讨它的改进方案。     

低电压穿越控制策略下双馈风电机组故障电流特性的研究

在电压跌落程度不大的远区非严重故障情况下,低电压穿越控制策略的采用使得双馈风电机组的转子绕组仍由变频器进行励磁。因此,非严重故障情况下双馈风电机组的故障电流特性取决于低电压穿越控制策略下变频器的响应特性。针对此,本文分析了低电压穿越控制策略下转子侧变流器的故障响应特性,得到了转子绕组故障电流的统一计算模型。在此基础上,对非严重故障情况下双馈风电机组的定子绕组故障电流特性进行了研究,建立了定子绕组故障电流的统一解析表达式。数字仿真结果证明了理论分析的正确性。     

双馈变速风电机组频率控制的仿真研究

双馈变速风电机组采用双脉宽调制（PWM）变流器实现电磁与机械的解耦控制,这也使得双馈变速风电机组对系统频率变化的响应降低。文中以双馈变速风电机组模型为基础,根据双馈变速风电机组控制特点和控制过程,在电力系统仿真软件DIgSILENT/PowerFactory中增加了频率控制环节,在系统频率变化时,双馈变速风电机组通过释放或者吸收转子中的一部分动能,相应增加或者减少有功出力,实现了风电机组的频率控制。仿真结果证明了频率控制环节的有效性和实用性,并证明了通过增加附加频率控制环节,风电场能够在一定程度上参与系统频率调整。     

不平衡电网电压下基于串联网侧变换器的DFIG控制策略

电网电压不平衡会导致双馈感应发电机组(DFIG)定、转子电流出现较大不平衡,使发电机功率和电磁转矩发生振荡,从而恶化机组运行状况.分析了串联网侧变换器抑制不平衡电网电压对DFIG系统影响的机理,利用并联网侧变换器的控制及静止坐标系下的比例谐振控制器,提出了基于串联网侧变换器的DFIG在不平衡电网电压条件下的控制策略;在实现DFIG电磁转矩、直流母线电压及系统总输出有功功率无2倍频波动的同时,使DFIG定、转子三相电流平衡.所述方法具有不改变转子侧变换器的控制策略、无需求解复杂高阶矩阵的特点.对一台基于串联网侧变换器的2 MW DFIG系统进行了仿真,验证了所提出控制策略的正确性和有效性.     

基于滑模变结构的双馈风力发电机直接功率控制策略研究

针对传统矢量控制对双馈风力发电机参数的依赖性和传统直接功率控制策略的开关频率不固定问题,提出基于滑模变结构的双馈风力发电机直接功率控制策略,把滑模变结构控制和电压空间矢量脉宽调制技术相结合,并用转子电压直接控制双馈电机的有功功率和无功功率。在PSCAD仿真环境下搭建了其系统模型,实现了双馈风力发电系统最大功率点跟踪以及有功功率和无功功率的解耦控制。系统结果表明：该控制策略具有较好的参数鲁棒性和输出电能质量,验证了该直接功率控制策略的有效性和可行性。     

永磁双馈风力发电机的并网控制策略

基于同步旋转坐标系建立了永磁双馈发电机(permanent magnetic doubly fed induction generator,PMDFIG)的数学模型,分析了PMDFIG在稳态和电压跌落情况下并网运行的控制策略,建立了该电机的稳态与动态的仿真模型。稳态仿真结果表明,与传统双馈发电机相比,PMDFIG能降低励磁变频器容量,降低电网扰动过渡过程中发电机定转子过电流。动态仿真结果验证了所提控制策略在电网电压小幅跌落时的有效性。