电网不平衡状态下风电机组运行控制中电压同步信号的检测

大型风电机组所联电网并不理想,时有故障发生,给并网风电机组运行控制提出更高要求.为了增强风电机组可靠运行能力,必须对各种故障下电网的频率、相角和幅值进行准确、快速地检测,以便控制系统及时采取应对措施.作为风电机组不对称运行的前期研究,本文在充分研究现有锁相环(PLL)技术的基础上,提出了一种能够同时跟踪电网电压正、负序分量的新型双dq PLL方法,并通过仿真和实验验证了其优越的性能.该方法对电网不对称状态具有较强的检测能力,能为电网不对称故障下风电机组运行控制提供实施依据.     

电网电压故障下直驱型风力发电机组运行特性仿真分析

为保障风电大规模接入条件下电力系统的高效稳定运行,电网故障对风力发电机组的影响及相应故障穿越控制策略的研究逐步成为国内外研究热点。在研究直驱型永磁同步风力发电机组数学解析算法的基础上,运用PSCAD仿真平台建立了直驱型永磁风力发电机组仿真模型,并对直驱型风力发电机组在电网电压跌落和骤升工况下的暂态特性进行了仿真研究。     

基于构网型风电机组和二极管整流单元的海上风电场黑启动策略

基于构网型风电机组和二极管整流单元(diode rectifier unit,DRU)的中远距离海上风电送出方案具有技术经济性优势。由于DRU必须在交流电压支撑下才能工作，并且其功率传输具有单向性，因此DRU或陆上电网均无法启动海上风电场。在这种情况下，构网型风电机组可以作为海上风电场的黑启动电源。首先，介绍了2种构网型海上风电经DRU送出系统的拓扑。接着，阐明了构网型风电机组的结构和控制策略，分析了风电机组并网启动时的自同步过程。然后，研究了海上交流系统的无功功率平衡，提出了避免风电机组启动时无功功率过载的措施，在此基础上提出了海上风电场黑启动策略。最后，在PSCAD/EMTDC中搭建了中频构网型海上风电直流送出系统和低频构网型海上风电交流送出系统的电磁暂态仿真模型，对海上风电场黑启动过程进行仿真，风电场平稳启动的仿真结果验证了所提基于构网型风电机组的黑启动策略的有效性。     

双馈风电机组高电压穿越控制策略研究

风电机组的电网电压故障穿越能力是风机重要的并网性能评价指标。随着风机低电压穿越能力的深入研究,电网电压骤升成了威胁风机安全运行的因素。为了研究双馈风电机组在电网电压骤升下的特性及不脱网运行控制策略,分析了电网电压骤升时双馈感应发电机的电磁暂态过渡过程。结合现场运行风电机组的实际特性,提出一种易于工程实现的双馈风电机组高电压穿越控制策略。该控制策略不需更改原风机一次回路结构,只对双馈风机的发电机侧控制逻辑进行修改,即可实现双馈风电机组在电网电压骤升时不脱网运行,保障机组安全与电网稳定。最后通过仿真验证了控制策略的可行性。     

电磁耦合调速风力发电机组模拟实验研究

电磁耦合调速风力发电机组实现了同步发电机直接并网运行,可有效地改善风电机组的暂态过载、故障穿越和电网电压支撑能力,提高风电机组与电力系统的兼容性。利用变频调速电磁耦合装置将齿轮箱输出轴功率以非接触方式传递到同步发电机,增加了功率传动的灵活性,避免了发电机故障冲击转矩对齿轮箱的破坏。为了研究该类机组的运行控制方法和功率传输效率等问题,该文设计并搭建一套30 kW电磁耦合调速风电机组模拟实验平台,通过实验验证了所提出电磁耦合调速风电机组的启动、并网、不同风况下稳态运行、脱网及停机等各阶段控制策略的有效性。测量了电磁耦合调速装置在不同运行工况下的功率传输效率。     

大型双馈风电机组电网故障穿越过程载荷特性分析

目前,针对大型双馈风电机组电网故障穿越过程载荷特性的研究不足。首先,基于弹簧-阻尼-质量建模方法,建立了双馈风电机组传动链轴系载荷响应模型及塔架左右方向运动响应模型,获得系统固有谐振频率及阻尼系数解析表达式,理论分析结果表明,电网故障穿越过程可能引起传动链扭振和塔架左右晃动。其次,建立GH Bladed-MATLAB联合仿真模型,并基于此研究了电网对称与不对称故障对传动链轴系及塔架左右载荷特性的影响,仿真结果验证了理论分析的正确性。最后,进一步研究了不同有功恢复策略对机组载荷的影响,结果表明,有功功率恢复速率过快会导致机组载荷大幅增加,并得出了"机械友好型"风电机组故障电压穿越控制原则。     

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。     

风电接入对地区电网影响及控制策略研究

以未来大容量风电不断接入地区电网为背景,研究风电接入对地区电网的影响及相应的调度控制策略。首先以潮流分析为核心,提出一种基于随机潮流计算的风电仿真方法;其次针对电网典型运行方式、不同风电机组模型,通过仿真计算检验区域电网在不同风电接入水平下的变化特性,进而分析风电接入对电网稳定的量化影响;最后提出适用于地区电网现状的调度控制策略。     

直驱永磁风电机组高电压穿越协调控制策略

提出直驱永磁风电机组高电压故障穿越控制策略。分析直驱永磁风电机组暂态运行特性,研究变流器运行不同区域的电压向量关系,分析直流电容电压跃升机理。设计直驱永磁风电机组上层控制策略,实现机网侧变流器执行层的dq功率参考值由不同机端电压跃升度决定。PSCAD/EMTDC中的仿真结果表明:机端电压跃升幅度较小时,该控制策略不仅可确保直驱永磁风电机组直流电容电压稳定在安全值以内,且在不影响风电机组向电网注入有功功率的同时,还可向故障点注入一定感性无功功率,支撑母线故障电压恢复;机端电压跃升幅度较大时,该控制策略通过网侧变流器向电网注入容性无功功率防止直流电容电压越限,在满足变流器容量约束条件的前提下,向电网注入有功功率。     

接入LCC-HVDC的双馈风电场孤岛启动与并网控制策略

接入常规高压直流输电(LCC-HVDC)的双馈风电场系统,在直流送端无电压支撑的条件下无法孤岛启动,在传统并网控制方法下也无法稳定运行。为实现系统的孤岛启动及并网后的稳定运行,提出了一种接入LCC-HVDC的双馈风电场孤岛启动与并网控制策略,包括基于分布式储能的电路拓扑、孤岛启动的时序以及启动时序中每阶段系统的控制方法。在电路拓扑中,由配置于若干双馈风电机组变流器直流母线的储能为系统启动提供能量。基于此,风电机组采用空载启动方式,并网后风电机组采用基于无功功率的频率控制,直流系统采用基于有功功率的电压控制,两者共同维持送端交流母线电压及频率稳定。基于PSCAD/EMTDC的仿真结果表明,系统不仅能够顺利完成孤岛启动,而且在正常工况下电压和频率能够维持稳定,从而验证了所提孤岛启动与并网控制策略的有效性。     

适用于弱电网的双馈风电机组新型故障穿越控制方法

弱电网下系统的电压稳定裕度较低,而风电场的故障穿越性能对系统的暂态电压稳定性有显著影响。传统的双馈风电机组故障穿越控制方法都是基于适用于强电网的定功率控制,不利于维持弱电网下的电压稳定性。提出一种适用于弱电网中双馈风电机组的新型故障穿越控制方法。这种新型控制方法基于同步控制,通过有功电流和无功电流下垂控制风电机组出口电压的角度和幅值,使双馈风电机组以可控电压源的外特性运行。该控制方法能使双馈风电机组在弱电网的对称故障和不对称故障中均提供无功和有功电流,并且能在故障清除后的重励磁暂态过程中提高系统的电压稳定性。该方法同样适用于需要在联网和孤网运行之间进行无缝切换的双馈风电机组。最后,通过双馈风电机组接入无穷大电网实际电网、孤网的仿真算例验证了该故障穿越控制方法的有效性及优越性。     

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).     

电网不对称故障时全功率变流器风电机组控制策略

电网导则要求并网风电机组在电网电压在一定范围内瞬间跌落时不脱网运行.为满足这一要求,研究了全功率变流器风电机组在电网故障时的运行特性.建立了不对称电网故障下网侧变流器的数学模型,分析了正、负序双电流控制策略存在问题的原因,提出了一种直流侧采样电压带变频陷波函数的双电流控制策略,并针对电网频率波动的情况加入锁相环对陷波器...     

基于区间划分的风电齿轮箱在线故障预警方法

针对大型风电机组运行工况复杂多变,依靠恒定的润滑油温度值作为齿轮箱故障预警值容易不报的问题,提出了基于运行区间划分的风电机组齿轮箱在线故障预警方法。该方法通过划分不同的运行区间,对不同运行区间根据高斯模型分别设定阈值。将实时数据代入相应运行区间判定是否异常,再利用移动窗口计算异常率作为触发齿轮箱故障预警的指标。该方法用于某1.5 MW风电机组齿轮箱故障的分析,结果表明,该方法能够准确地反映故障的发展趋势,可实现齿轮箱故障的早期预警,避免故障向更严重的方向发展,降低风电机组运行和维修成本。     

双馈风力发电机组并网控制策略及性能分析

为了实现双馈风力发电机组无冲击电流并网,基于电网电压定向矢量控制技术,提出了一种考虑转子电流动态调节特性的双馈风力发电机组空载并网控制策略。基于Matlab/Simulink仿真平台,建立了双馈风力发电机系统及其并网控制的数学模型,并对不同初始运行转速的双馈风力发电机组的自动并网运行特性进行了仿真。仿真实验结果证明无论初始转速为同步转速,还是超、亚同步转速,利用提出的并网控制策略,双馈风力发电机组能很好快速地建立定子电压,并网过渡过程定子电流基本没有冲击。     

大容量风电场接入后电网电压稳定性的计算分析与控制策略

由于风电场容量较大,并位于电网末端,可能会对电网的电压稳定性产生较大的影响。为保证风电场投入后的安全,按大干扰下风功率的转换特性及异步发电机的运行特性建立了风电场与相关电网的数学模型,计算了风电场与相关电网发生短路故障后的电压稳定性。通过数值仿真计算,揭示了风电场接入导致电网电压稳定性被破坏的机理,指出机组转速是影响风力机和异步发电机这两个能量转换器工作特性的关键参数,控制风电场内风机的速度增量是保持大容量风电场接入后电压稳定性的关键,靠近故障点的风电单元容量、故障点位置和故障持续时间是影响短路后电压稳定性的主要因素,并提出了大容量风电场接入后保证电网电压稳定性的策略与措施。     

电网故障下双馈风电机组暂态电流评估及分析

为了便于分析并网双馈风力发电机组低电压穿越(LVRT)运行的承受能力,有必要对电网故障下双馈风电机组的暂态电流进行评估.本文利用双馈发电机定、转子磁链的暂态变化机理,推导并提出了双馈风电机组在机端短路故障和电网电压不同跌落程度时的定、转子暂态电流评估的解析表达式,并通过考虑风力机传动链柔性的机组暂态仿真结果验证了推导表达式的正确性.在此基础上,应用推导的表达式对双馈风电机组在不同初始输出有功功率、无功功率以及电网电压不同跌落程度时的定、转子暂态电流最大值进行了计算,并得到了不同运行工况对机组暂态性能的影响规律.     

基于虚拟惯量的风电场黑启动频率协同控制策略

在传统黑启动电源匮乏的电网中,采用风电场作为黑启动电源是一种有益的尝试。风电场采用虚拟惯量控制方式可避免风电机组转速与频率解耦导致的频率支撑能力不足问题,从而有效提升风电场作为黑启动电源过程中的系统频率稳定性。通过对风电场黑启动场景下传统虚拟惯量策略的适应性分析,文中提出了一种新的频率协同控制策略。首先,针对实际工程背景提出了一种以柴油发电机作为配套小容量支撑电源的风电场黑启动方法,并分析了风电场黑启动的关键问题及其过程。其次,通过附加功率外环控制和跟踪曲线切换控制在不同启动阶段的柔性切换,且辅以桨距角参与调节的频率响应策略,提出了一种基于虚拟惯量的频率协同控制策略。最后,通过PSCAD仿真验证了所提策略的合理性和先进性。     

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。     

电力系统接入风电场后的暂态稳定分析

为了深入研究风电场接入电网后的暂态稳定特性,结合风力发电机组自身的暂态特性,提出以线路临界故障清除时间、故障时风力发电机接入母线电压为指标,研究了发生外部三相短路故障时对电力系统本身和风力发电机组的影响;对比分析了在同一接入点分别接入不同容量的风电场时系统对应的稳定特性和对风电场母线电压的冲击,以及风机接入不同的节点时对这二者的不同影响程度;讨论了风电场与系统接入点发生故障后对各母线电压的影响;在充分考虑了电网的静态安全约束以及受到大扰动情况下动态安全的要求,为确定风电场最佳接入系统容量提供了依据。