提高双馈风电机组动态无功协调控制能力的实验研究

随着风电场规模不断增加,风电机组并网对电网的影响逐渐增大,故充分挖掘风电机组的无功电压调节能力和提高机组的无功响应速度对增强电力系统的电压稳定性具有重要作用。定量分析了蒙西电网某风电场单台双馈感应风力发电机(Doubly Fed Induction Generator, DFIG)的无功电压调节能力及限制因素,根据其单台机组的无功调节机理制定动态无功补偿协调控制策略。若系统无功需求超过DFIG无功出力极限时,在保证机组最大发电效益的基础上,提出基于无功差值的双馈感应风力发电机组有功附加控制。并且通过改进的遗传控制算法辨识得到附加控制器参数,该控制在降低机组最小出力的同时确保提高机组无功出力极限,进而满足系统无功需求。最后通过实验验证了所提出的双馈风电机组动态无功协调控制的可行性和准确性,增强了机组的电压稳定能力。     

含风电场的电力系统频率特性动态仿真分析

针对风电接入电力系统后对其稳定性的影响问题,阐述了含风电的电力系统动态仿真模型(风电机组模型包括恒速异步风电机组和双馈变速风电机组),仿真分析了电网侧发生扰动及风电场侧发生扰动情况下风电系统的频率响应过程,以及风电并网运行对系统频率的时空分布特性的影响。仿真结果表明,电网侧发生扰动及风电场侧发生扰动情况下,两种不同风电机组对系统频率的作用及影响不同,风电并网运行对频率的时空分布特性产生了重要影响。     

变速风电机组的惯性与一次调频特性分析及综合控制

大规模风电场集中接入电网将导致系统惯性降低,调频能力不足,为解决此问题,提出了变速风电机组的频率综合控制方案。根据变速风电机组调频所需的备用容量,提出风电机组的减载控制方案,并解决惯性与一次调频控制的结合问题。通过分析风电机组的一次调频特性,利用变桨技术,进一步提出可整定风电机组静调差系数的频率控制策略,并与虚拟惯性控制有机结合,实现风电机组对系统频率的综合控制。通过仿真分析验证了在所提控制方案下,变速风电机组利用其可控的调频能力,不仅能够有效支持系统惯性,减小系统扰动初期频率的变化率,并可按照整定的静态频率特性,提高系统的静态频率稳定性。     

基于不同工况下双馈风机响应控制的电力系统频率控制方法

风电大规模并网虽然会降低电力系统对传统化石能源的依赖,但双馈风电机组自身的解耦控制会降低电力系统惯性和频率响应能力。针对该问题,将风电机组纳入系统频率调节体系,提出基于不同工况下双馈风机响应控制的孤岛电力系统频率控制方法。首先,研究了不同风况下双馈风电机组的有功频率控制模式及不同风况下的协调控制方案;然后,在深入分析双馈风电机组参与频率控制机理的基础上,提出风电机组频率控制启动判据以及风电卸载容量计算方法,该方法可降低风电备用储能,避免过多降低风电正常情况下的消纳水平;最后,仿真结果验证所提频率控制策略可在不同风速工况下有效参与系统频率控制,显著增强高渗透率风电接入电力系统的频率稳定水平。     

大规模风电接入电力系统的AGC控制参数修正

自动发电控制(automatic generation control,AGC)控制参数包括频率响应系数和AGC控制器参数,其数值设定主要取决于电力系统单位调节功率和惯性时间常数。大规模风电接入,取代部分常规机组,降低了电力系统单位调节功率和惯性时间常数。提出了大规模风电接入对电力系统单位调节功率和惯性时间常数影响的数学模型。在此基础上,建立了大规模风电接入电力系统AGC控制参数修正的数学模型。基于IEEE 39节点系统进行仿真计算,验证了大规模风电接入电力系统修正AGC控制参数对频率控制的有效性。     

变速恒频风力发电机组动态模型及并网研究

分析了风力发电系统的特点,着重介绍了变速恒频(Variable Speed Constant Frequency ,VSCF)风力发电机组运行的基本原理,在此基础上,探讨了风力发电机组各部分的仿真建模,并分析了目前适用于不同条件下的双馈感应式异步发电机（Double-Fed Induction Generator, DFIG）变速恒频（AC-Exited Variable Speed Constant Frequency, AEVSCF）风力发电机的数学模型。对含变速恒频风机电网系统的故障扰动过程进行仿真分析,结果验证了建模的正确性。在故障扰动的最后对未来风电机组建模的研究重点提出了一些建议。     

基于鲁棒无源控制的增强风电接入下电力系统稳定性研究

大规模风电的接入对电力系统稳定性带来了巨大挑战。双馈感应发电机(Doubly-Fed Induction Generator,DFIG)受风速强随机、建模不确定性的影响,经典比例-积分-微分(Proportional-Integral-Derivative, PID)控制难以获得令人满意的控制效果。提出了一种新型鲁棒无源控制(Robust Passive Control, RPC)以提高接入DFIG的电力系统稳定性。首先将发电机非线性、参数不确定性、未建模动态和风速随机性等效聚合为一个扰动,并由非线性扩展状态观测器(Extended State Observer, ESO)进行实时快速估计。随后,通过RPC对扰动估计进行在线完全补偿。同时,通过输出反馈对闭环系统能量进行重塑,从而注入较大的系统阻尼来改善DFIG在电力系统各种运行条件下的控制性能与暂态响应特性。最后,基于阶跃风速、机端电压跌落、区域间振荡以及发电机参数不确定性四个算例进行了仿真研究。仿真结果验证了RPC在各种工况下的有效性和鲁棒性。     

适合风电接入的直流输电辅助频率控制策略

针对含规模化风电接入的交直流电力系统的频率稳定问题,以抑制风电出力大幅度随机扰动引起的频率波动为目的,提出了高压直流输电(high voltage direct current transmission,HVDC)附加频率控制(frequency control,AFC)和自动发电控制(automatic generation control,AGC)配合的辅助频率控制策略。该策略在风电出力发生大幅度随机扰动时,AFC利用HVDC功率快速调制和短时过载能力快速平衡风电出力扰动中变化较快的分量,控制器基于TLS-ESPRIT算法和改进射影控制理论设计,阶数低,易于工程实现;基于传统PI控制的AGC自动跟踪电网功率波动,调整调频机组出力平衡变化较慢的有功功率扰动分量,维持系统有功功率平衡,保持电力系统频率稳定。最后,利用PSCAD/EMTDC在改造的四机两区域模型中进行了仿真分析,结果表明所提策略充分利用了交直流电力系统的频率调节能力,能较好地抑制风电出力引起的频率波动。     

基于协同控制的独立电力系统频率响应优化控制策略

以传统小火电机组为主的独立电力系统由于系统低惯性和火电机组存在固有延时,导致系统动态频率稳定性差。针对此问题,提出含辅助频率优化控制器的机组协调调频方案。首先借鉴风电机组利用转子动能快速调频的思想,将独立电力系统内的部分机组改造为变速恒频机组。然后在分析变速恒频机组惯量控制调频的基础上,以控制流形动态收敛为目标,基于协同控制理论,推导了惯量控制中附加功率的控制律。最后通过配合机组惯量控制利用变速恒频机组转子动能,实现对系统频率变化的快速响应。以某工业园区的独立电力系统为例进行仿真,对比分析所提方法和其他方法下的系统频率指标,仿真结果表明：所提控制策略能快速响应系统频率波动,改善了系统频率响应特性。     

适合风电接入的直流输电自抗扰控制策略研究

针对含规模化风电接入的交直流电力系统的频率稳定问题,以抑制风电出力大幅度随机扰动引起的频率波动为目的,研究高压直流输电(HVDC)自抗扰控制(ADRC)算法策略。该策略在风电出力发生大幅度随机扰动时,HVDC附加频率控制(AFC)作为电力系统一次调频控制;基于自抗扰控制算法的自动发电控制(AGC)作为电力系统二次调频控制;基于风力发电调频技术惯性响应控制为电力系统提供合适的等效惯量,快速响应系统频率的暂态变化。最后,利用Matlab/Simulnk在改造的四机两区域模型中进行了仿真分析,结果表明所研究策略充分利用了交直流电力系统的频率调节能力,能较好地抑制风电出力引起的频率波动。     

基于模型预测控制的风电场故障穿越有功无功优化控制策略

电网故障易造成并网风电场内风力发电机端电压骤变进而导致风力发电机跳闸,威胁风电场的安全运行.提出一种基于模型预测控制(Model Predictive Control,MPC)的风电场故障穿越有功无功优化控制策略.首先,基于下垂控制,根据并网点(Point of Common Coupling,PCC)电压得出故障下的...     

双馈风力发电机组惯量阻尼特性与改进附加频率控制策略

大规模风电场集中并网并经高压输电线输送到负荷中心,当输电线路发生短路故障时,送端会出现短时功率过剩,当故障解除线路恢复正常运行后,系统对送端功率需求又瞬时增大.研究发现已有的双馈风力发电机组(DFIG)基于虚拟惯性控制和下垂控制的附加频率控制策略,对负荷突变引起的频率波动控制效果显著,但对于输电线路短路故障发生到解除全...     

基于最大转子储能的风电场风机变利用率的 有功功率分配策略优化

风机采用最大功率追踪控制时无功率备用量,当系统供需发生变化时,易对系统稳定性造成较大影响。提出了一种风场变利用率的有功功率分配策略,在满足系统调度命令的同时,减少风能的损失,提高风能利用率。考虑到风场的尾流效应,所提方案通过改变每台风力机的利用率来控制风机的有功功率输出。其中,每台风力机的利用率根据其自身转速而自适应调整。当风机转速较高时,风力机的利用率则较高。当风机转速较低时,则降低风力机的利用率,这样风电场可存储更多的旋转动能,可在系统需要时释放回系统。通过在基于双馈风机的风电场中对所提变利用率策略进行研究,结果表明,在满足调度需求的同时,所提控制策略比传统的等利用率方案更加节能。     

面向新型电力系统的双馈风力发电机并网控制策略研究

双馈感应风力发电机是一种具有三相励磁绕组结构的异步电机,其运行具有变速恒频的特点,因而在新型电力系统中的风力发电领域有着重要的应用价值。利用Park变换,构建了dq坐标系下的数学模型,实现了电机的有功、无功功率的解耦控制。并且利用电压定向矢量控制的方法,实现双馈感应风力发电机的变速恒频运行。之后搭建一套完整的双馈感应风力发电机及其控制系统的模型,并对所提控制策略的效果进行了验证。仿真结果表明,该控制策略对功率指令值具有良好的跟踪效果,并可以在变化的风速下实现稳定的变速恒频运行。     

大型风电机组机组层AGC控制策略研究

针对传统控制策略下的风电机组输出波动性大、随机性强,需其他设备协调风电场出力的缺点,提出一种机组层WT-AGC控制策略,并对该控制策略的工作原理进行了详细的分析。在考虑风电机组运行状态及风电场调度要求的基础上,将WT-AGC策略下机组运行方式分为2种:调度指令高于机组最大出力能力的常规运行和调度指令低于机组最大出力能力的限功率运行。通过风电机组转速调节和变桨距机构动作配合,实现风电机组输出稳定,满足风电场调度要求,并对某实际双馈风电机组进行了仿真。结果表明该控制策略不但可以实现风电机组的可调度输出,而且提高风电机组并网后的功率稳定性,验证了所提策略的正确性。     

以并网点电压和机端电压平稳性为目标的风电场无功电压协调控制

现有的风电场无功电压控制方法均没有同时以风电场并网点和各机端电压为控制目标,因而不能完备地解决机端电压因扰动而发生偏移越界的问题。提出一种适用于变速恒频风电机组风电场的多目标无功电压控制方法。该方法通过调节风电机组及风电场内快速无功补偿装置优化风电场并网点及场内机组端电压,降低机组因电压越限而导致的脱网事故。以实际双馈风电机组的大型风电场为例,在RT-Lab实时仿真平台上验证了所提控制方法的有效性。     

含阻尼环节的电流源型风电虚拟同步发电机控制与分析

针对高比例风电电力系统频率/电压稳定性问题,介绍了虚拟同步控制的理论基础,对比分析了双馈风电机组与传统同步机数学模型。基于模型相似性推导了风电机组虚拟同步发电机的内电势、功角及功率传输方程,并揭示了其变化规律。研究了一种含阻尼环节的电流源型风电机组虚拟同步控制策略,并进行了虚拟同步控制外环和电流控制内环设计。在Matlab/Simulink中建立了双馈风电机组虚拟同步发电机仿真模型,实现了虚拟同步发电机惯量、阻尼、一次调频和无功调压特性的全过程模拟。仿真结果证实了理论分析的正确性与控制策略的有效性。     

双馈感应电机最大功率跟踪鲁棒滑模控制设计

变速恒频风力发电技术已广泛用于实际风机中,其中一个经典问题即最大功率跟踪(Maximum Power Point Tracking,MPPT)。针对双馈感应电机(Doubly-Fed Induction Generator,DFIG)设计了一款基于扰动观测器的滑模控制(Perturbation Observer Based Sliding-Mode Control,POSMC)来实现MPPT。所提控制器将扰动观测器和滑模控制(Sliding-Mode Control,SMC)相结合,从而大幅提高了DFIG的鲁棒性。首先,应用扰动观测器对系统扰动(发电机非线性、参数不确定和随机风速)进行在线估计。随后,通过SMC对该扰动估计进行实时完全补偿,从而实现不同工况下的控制全局一致性以及各类不确定环境下的鲁棒控制。最后,POSMC无需精确的DFIG系统模型,仅需测量转子角速度和定子无功功率,易于实现。进行了三个算例研究,即阶跃风速、随机风速和发电机参数不确定性。仿真结果表明,与矢量控制(Vector Control,VC)、反馈线性控制(Feedback Linearization Control,FLC)和SMC相比,POSMC在各类工况下均可捕获最大的风能并具有最强的鲁棒性。     

永磁同步发电机自适应分数阶PID控制设计

设计了一款新型自适应分数阶比例-积分-微分(AdaptiveFractional-Order Proportional-Integral-Derivative,AFOPID)控制,以实现永磁同步发电机(Permanent Magnetic Synchronous Generator,PMSG)的最大功率追踪(Maximum Power Point Tracking, MPPT)。首先,将发电机非线性、参数不确定性、未建模动态以及随机风速聚合成一个扰动,并通过高增益状态-扰动观测器(High-Gain State and Perturbation Observer, HGSPO)对其在线估计。随后,采用分数阶PID(Fractional-Order Proportional-Integral-Derivative, FOPID)控制对该扰动估计进行完全补偿,以实现不同工况下全局一致的鲁棒控制性能。AFOPID控制较传统PID控制而言具有更出色的MPPT性能,且其无需精确的PMSG模型,仅需测量d轴电流和机械转速,易于实现。通过阶跃风速和随机风速两个算例,对AFOPID的控制性能与PID控制、FOPID控制和反馈线性化控制(Feedback Linearization Control, FLC)进行了对比。仿真结果验证了AFOPID控制的有效性和鲁棒性。     

计及ROCOF与转子动能的风电机组自适应下垂控制策略

风电机组参与调频可提高风电并网系统的频率稳定性,但现有下垂控制难以兼顾频率响应特性和风机自身运行状态。提出了一种计及频率变化率(rate of change of frequency, ROCOF)与转子动能的自适应下垂控制策略,充分利用转子动能参与调频,确保风机稳定运行。根据系统频率情况,将ROCOF划分区间,通过分段函数构建下垂系数与ROCOF的耦合函数,确保风电机组在扰动初期释放更多能量,减缓频率跌落速度,提高风机对频率的支撑能力。同时,引入转速影响因子,根据风机自身运行状态调整下垂系数,防止风机转子失速,避免频率二次跌落。最后,在MATLAB/Simulink平台上,搭建了风火联合系统仿真模型,仿真验证了所提控制策略在改善调频效果、保证风机转速稳定方面的有效性。