全功率变流器永磁直驱风电系统低电压穿越特性研究

随着风电机组安装容量的不断上升，风电系统在电网故障情况下的运行变得尤为重要，电网导则要求风电机组在电网电压瞬间跌落一定范围内不脱网运行。针对使用背靠背全功率变流器的永磁直驱风电系统，提出一种在电网电压瞬间跌落情况下不脱网运行的方法。电网发生电压瞬间跌落时，网侧变流器运行在静止无功补偿（STATCOM）模式，依据电网电压跌落的深度决定发出无功电流的大小，通过快速提供无功电流来稳定电网电压，实现直驱型风电系统的低电压穿越功能。仿真和实验结果表明电网电压故障时使直驱风电系统运行在STATCOM模式可以有效提高低电压穿越能力。     

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。     

直驱永磁同步风电机组的建模与仿真分析

根据风力机运行特性及最大风能跟踪原理，基于PSCAD／EMTDC设计了一套由永磁式同步电机与AC—DDAc脉宽调制（PWM）变流器组成的风电机组软件仿真平台。文中建立了机组各部分模型，并介绍了具体功能的实现。整流侧控制定子q轴电流调节电磁转矩，实现最大风能跟踪；逆变侧实现了对有功、无功的独立控制。通过仿真风电机组在电网低压及不平衡故障下的工作特性，给出了电网异常状况下机组持续运行能力对咬流器装置的要求。仿真结果表明，该风电机组不但可以优化风能吸收特性，而且具有良好的低电压穿越特性，在电网不平衡故障下可保持运行，并在故障消除后迅速返回正常工作状态。     

电网不对称故障下直驱风电机组低电压穿越技术

分析了直驱风电变流器在电网不对称情况下的表现,提出一种适用于该情况的网侧变流器控制策略,并将其与直流侧Crowbar电路配合,实现电网不对称故障下的低电压穿越。直驱风电机组与电网间的功率交换完全通过变流器实现,电网不对称故障引起的有功功率波动在变流器上表现为直流侧电压大幅波动。控制策略以稳定输出有功功率为目标,基于同步旋转坐标系和正负序分解得出控制模型,并综合考虑电流安全限值、系统复杂程度等问题,给出额定功率附近运行时发生不对称故障的穿越方案。使用MATLAB建立仿真模型,给出不对称故障下的仿真结果,证明方案可行性。     

永磁直驱风电机组的双PWM变换器协调控制策略

永磁直驱风力发电系统中可采用全功率双脉宽调制（PWM）变换器作为永磁同步发电机（PMSG）的并网电路，当风速变化时，双PWM变换器的直流链电压会随着PMSG输出功率的改变而出现大幅度波动，这将不利于变换器功率器件的安全运行及整个发电系统的稳定运行。结合永磁直驱同步风力发电系统的运行特点，提出一种适用于永磁直驱风电机组的双PWM变换器协调控制策略。系统仿真和实验结果验证了所提出的控制策略的正确性，该方案可显著提高风速变化时双PWM变换器的直流链电压的稳定性，有助于提高发电系统的安全稳定运行能力。     

直驱永磁同步平流水发电机控制系统设计及试验研究

为适应乡村小水电的绿色环保发展,在研究网侧及机侧控制算法模型的基础上,设计一种基于永磁同步电机的水力发电机控制系统,能够适应平流水发电水流变化、转速不稳定等外部环境的变化,提高发电机组的效率。通过设计一套37 kW的实验用发电机组及控制系统,在现场对相关功能进行了实验测试,验证了控制系统能够实现发电机宽转速、高效率的并网发电,满足平流水发电的现场实际控制要求。     

不同异步风力发电机组的低电压穿越能力研究

为了对比不同异步风力发电机组的低电压穿越能力,给出了包括风速模型、风力机模型和异步风力发电机模型在内的风电机组模型和无功补偿装置(SVC)模型。建立了仿真风电场模型,分别仿真了两种典型异步风力发电机组未加装SVC和加装SVC时发生短路故障后的低电压穿越能力;针对仿真前后电压、有功功率、无功功率和转速的变化情况对两种异步风力发电机组的低电压穿越能力进行了对比分析。     

直驱式风电机组建模及最大功率跟踪控制

针对新疆达板城风电场直驱式风力发电机组,采用高效大功率变流电路的拓扑结构,建立了直驱式风电机组数学模型和最大功率跟踪控制模型,应用基于BP算法的神经网络控制策略对风力机桨距角进行控制,达到了既能满足电网电能质量要求又能实现最大功率跟踪的目的。     

含直驱机组风电场的电力系统暂态电压稳定分析

利用线路故障临界切除时间来表征电力系统暂态电压稳定性的量化指标,采取动态时域仿真法对WSCC3机9节点算例系统与基于直驱机组并网风电场接入该算例系统的暂态电压特性进行了仿真分析,研究结果表明,接入直驱机组风电场后算例系统的线路故障临界切除时间要比原算例系统的线路故障临界切除时间要长,因此,基于直驱机组风电场的接入算例系统能较好地改善原系统的暂态电压稳定性.     

风电场大容量风电机组永磁直驱发电机稳态运行参数动态优化

针对目前的风力发电机关键参数优化方法优化效果不佳的问题，提出了一种风电场大容量风电机组永磁直驱发电机(PMDDG)稳态运行参数动态优化方法。抓取PMDDG关键动态参数，利用PID控制使电磁转矩波动在整个控制周期达到理想值。引入目标函数，对影响电压波动的动态电压带宽参数自适应调节，实现电压平稳输出。采用人工蚁群算法将经过的节点在记忆中储存，通过释放外激素实现信息传递，扩大解空间搜索范围，利用正反馈原理在最优路径上快速收敛，实现了PMDDG稳态运行参数的全局动态优化。通过实验验证可知，提出的PMDDG稳态运行参数动态优化策略，能够使电压的输出值始终保持在1(p.u.),优化后的转矩波形与标准转矩波形相比最大误差为0.2 kN·m,具有较强稳态运行可靠性。     

风力发电机无速度传感器网侧功率直接控制

采用不可控整流和可控逆变的交直交结构作为直驱式永磁同步风力发电机的并网电路。从发电机转速、功率和直流母线电压之间的相互关系出发，提出利用直流母线电压进行转速观测实现无速度传感器。根据风力机特性和并网电路的功率模型，提出网侧功率直接控制实现最大风能跟踪。实现了有功/无功功率的解耦控制，并给出有功/无功的参考值选取范围。最后采用电流滞环方法进行逆变器控制。仿真结果验证了所提出的控制策略简单有效、具有良好的稳态精度和动态性能。     

变速恒频双馈风电机组频率控制策略

传统的变速双馈风电机组解耦控制策略对于系统频率支撑作用微乎其微。文中在分析变速双馈风电机组参与系统频率控制特性的基础上,在传统变速双馈风电机组解耦控制中附加风电机组频率控制单元。控制系统包含频率控制、转速延时恢复、转速保护系统和与常规机组配合等4个功能模块。仿真结果表明,该控制策略不仅对暂态频率偏差具有快速的响应能力,而且能够使转子转速以更快的速度恢复到最佳运行状态,证明了基于变速双馈机组的风电场能够在一定程度上参与系统的频率控制。     

变速恒频双馈电机风电场电压控制策略

提出了一种基于变速恒频双馈电机的风电场电压控制策略,该策略以风电场出口升压变压器高压侧电压为控制目标。介绍了该控制策略的总体结构,阐述了风电场高压侧电压控制的原理,并考虑风电场无功功率极限,研究了无功功率控制、分配和故障情况下紧急电压控制方案。针对风速扰动和电压骤降2种情况进行了仿真。仿真结果表明,所提出的控制方案与功率因数控制和传统的电压控制策略相比可以明显地提升风电场电压水平,且无需高压侧信号、经济有效。     

风电典型机型的闪变严重度分析

风力发电机组的并网运行对当地电网的电能质量有不良影响。为此．根据定速机型、变速机型引起电压波动和闪变的原理及并网风电机组电能质量的国际电工标准IEC61400—21,讨论了测量风电机组输出闪变的方法,给出了两种典型机型的短时闪变严重度与风速的关系实验曲线,并对不同风速段的闪变成因进行了分析。结果表明,变速风电机组在高风速区域综合应用桨叶节距角和变流器控制实现输出功率的稳定能够减小短时闪变严重度,在低风速区域追求最佳风能利用系数将使闪变严重度值增高。     

双馈风力发电矢量控制电流环参数特性分析

基于dq坐标系模型的矢量控制是双馈风力发电中应用较广的控制策略，但一般都按照并网前和并网后2种模式进行研究。文中建立了并网前后的双馈电机统一数学模型，并将控制器与双馈电机转子方程统一为一个4阶模型。详细分析了转子电流环控制参数对系统控制性能的影响，提出了控制参数的设计原则和方法，最后通过仿真验证了这种方法的有效性和实用性。     

双馈风电机组的小信号分析及其控制系统的参数优化

为了更好地研究及优化并网型双馈风电机组的动态特性,建立了其工作在额定风速以上时的总体模型,并对该模型进行线性化;通过小信号分析,获得了风电机组并入系统后的特征根。使用相关因子的对比分析方法,对特征根进行了分类;然后利用控制器参数对系统特征根灵敏度,提出了以灵敏度加权平方和最小为目标的控制系统参数优化模型及求解算法,协调优化双馈风电机组的励磁及桨距控制器的参数。最后利用频域分析及时域仿真,验证了该优化算法的有效性。     

定桨距风力发电机组的主动失速控制

定桨距风力发电机组叶片与轮毂直接刚性相联,具有结构简单、可靠性高等优点,尤其适合于海上风电场。文中重新对定桨距机组进行了探讨,采用主动失速控制方法,限制机组在高风速时的气动功率。在介绍主动失速控制工作原理的基础上,分析了切出风速对机组年发电量的影响,指出针对不同平均风速的风电场,需要对机组的切出风速进行优化设计。随后,从主动失速控制的效果出发,对风力机的气动特性设计提出了要求,对定桨距风力机的优化设计有一定的指导意义。最后,建立了一台额定功率为1.5 MW的定桨距永磁直驱风力发电机组的仿真模型,仿真结果验证了主动失速控制的可行性。