双馈风力发电机空载并网控制策略研究

根据变速恒频双馈风力发电系统的运行原理,基于定子磁链定向的矢量控制技术和网侧变换器电网电压定向的矢量控制技术,设计了双馈风力发电机空载并网控制系统,实现了双馈风力发电机的柔性并网和有功功率与无功功率的解耦控制及最大风能追踪.基于Matlab/Simulink仿真平台,对双馈风力发电机空载并网模型进行了仿真,并利用试验设备对双馈风力发电机空载并网进行试验验证.通过对仿真和试验结果的对比分析,验证了所提控制方法的正确性和有效性.     

双馈型风力发电机有功无功解耦控制仿真

根据变速恒频双馈风力发电理论,设计了一套基于DSP的双PWM风力发电实验系统.该实验系统采用双DSP控制核,保证了风力发电控制系统的快速性.基于双馈发电机数学模型和定子磁场定向的矢量控制,建立了有功功率、无功功率解耦的控制策略和Matlab/Simulink仿真模型.实验结果表明：该控制系统能有效地实现双馈发电机有功、无功功率的解耦,为大型变速恒频双馈风力发电机组励磁变频器提供了理论基础.     

双馈风力发电系统转子侧功率控制策略研究

在电网电压稳定和降落时,要求双馈风力发电系统能够根据系统的需求及时的调整功率的输出.分析了双馈风力发电机的数学模型,在电网电压稳定时采用传统基于电网电压定向的矢量控制,在电压降落时采用计及定子电压波动的改进控制策略.利用Matlab/Simulink搭建系统仿真模型,仿真结果表明:在电网电压稳定和电网电压降落时有效实现有功功率和无功功率的解耦.电网电压降落时,双馈风力发电机能够实现无功调压.采用PI控制器,系统响应快、超调小,验证了控制策略的准确定性.     

双馈风力发电机组的动态模型仿真

为满足在电网发生故障时风电机组需保持与电网连接并向系统不间断供电的要求,提出了双馈风力发电机的动态模型、变流器模型、变流器保护及电网模型,以研究双馈风力发电机的暂态特性.以1.5.MW SUT1500双馈风力发电机为原型,由一个无穷大电源等效电网模型,变流器模型采用定子磁链的定向电流矢量控制方法,利用PSCAD软件对双馈电机的暂态特性进行仿真.仿真结果表明,矢量控制能够实现双馈电机的有功、无功解耦,并可改善系统的低压穿越能力.     

双馈异步风力发电机矢量控制研究

根据交流励磁变速恒频风力发电系统的运行特性,将矢量控制技术应用于双馈异步风力发电机的控制.机侧变流器采用定子磁链定向矢量控制,网侧变流器采用电网电压定向矢量控制,2个控制器共同作用,其工作状态根据双馈异步风力发电机的运行状态自由切换.试验结果表明:本控制方法能实现功率的双向流动,保证了双馈异步风力发电机稳定的并网运行.     

考虑尾流效应的双馈风力发电机组并网频率控制策略

双馈风力发电机组并网时转子与电网频率解耦,导致其无法响应电力系统频率的波动。风力发电机受到尾流效应的影响,同一风电场内的风力发电机运行状态不尽相同。因此,在考虑尾流效应的基础上,采用转速与变桨距协同频率控制策略,通过控制双馈风力发电机转子转速和桨距角,使其保留一定的有功功率参与电力系统调频。     

基于MRAC风电系统的MPPT控制策略

针对风力发电机组复杂多变量非线性系统的不确定性和多干扰等特点,提出了一种新的最大功率点跟踪(MPPT)控制策略,采用模型参考自适应(MRAC)方法对变速风力发电机在风速变化条件下进行控制,使风力机获得最大风能,实施最大功率点跟踪控制.设计了一套基于TMS320LF2407A和TMS320VC33双DSP的风力发电系统.实验结果表明,这种控制策略比传统PID控制器能更有效地减少振荡,较快地达到稳态,提高了风能转换系统的效率和质量,很好地实现了变速恒频双馈风力发电机最大功率点跟踪控制.     

基于最大功率追踪的双馈风力发电机直接转矩控制

根据风力涡轮机的工作原理及风电控制系统的特点,构建了以双馈感应电机为对象的变速恒频风力发电系统,为克服大风扰动对风电机组有功功率的影响,提出了采用融合最大功率追踪算法和直接转矩控制算法的控制策略,以提高功率控制的平稳性.以某风场1.5 MW双馈式风力发电机为参照,搭建机组的Matlab仿真模型,对不同风速扰动下的机组功率控制进行仿真,仿真结果验证了控制策略的可行性和有效性.     

不平衡电压下双馈发电机陷波滤波改进型矢量控制

通过建立双馈风力发电机在电网电压不平衡条件下的数学模型,对电压不平衡时双馈电机的功率、转子及网侧变频器电流瞬时值进行了分析,得出发电机在不平衡电压下定、转子及网侧电流会出现脉动,且风力发电机电流谐波分量较大,传统的矢量控制方法无法有效地抑制这些脉动和谐波.在风力发电机普遍不具备负序控制能力的前提下,提出了陷波滤波改进型矢量控制策略,并进行了仿真验证.结果表明,该陷波滤波改进型矢量控制策略能有效抑制电网电压不平衡引起的直流母线电压与转子电流的脉动,且有效降低了双馈风力发电机在不平衡电压下的谐波含量,提高了双馈风力机在系统电压不平衡时的稳定运行能力.     

风力发电技术与系统仿真

阐述了国内外风力发电的发展现状,及风电机组大型化、变桨变速功率调节、直驱永磁发电机、海上风电等风力发电技术的研究现状,并以双馈风力发电机系统为研究对象,利用MATALAB/Simulink,建立了双馈风力发电系统仿真模型.仿真结果显示,风力发电系统的电压、电流及有功功率输出波形完全符合电力设计规范要求.     

DFIG在微电网中的电压频率协调控制策略

为了抑制双馈异步风力发电机(DFIG)因自身有功输出波动导致的微电网电压频率波动,提高其对微电网孤岛运行下电压频率支撑的能力,研究分析了DFIG有功虚拟惯量控制以及定子侧无功功率极限,提出了一种基于f-P和V-Q下垂控制的DFIG电压频率协调控制策略.在DFIG V-Q下垂控制中引入逻辑积分环节,在不额外使用补偿装置下有效抑制电压频率的持续波动,并且在微电网电压频率跌落时,能够与其他采用下垂控制的分布式电源(DG)构成对等控制策略,共同为微电网提供电压频率支撑.最后在DIgSILENT仿真软件中搭建了微电网模型,仿真结果验证了控制策略的有效性.     

基于双馈风机变桨与变速协调的频率控制

为了改善大规模风电并网给电网频率带来的不利影响,基于双馈风电机组的控制特性,结合转子动能与备用功率控制的特点,提出一种频率分段控制的备用功率与转子动能相协调的多层次、多周期、多环节的联合调频控制方法.电网频率发生偏移时,风机既能快速释放或吸收转子动能,又能调节桨距角,实现风电机组的频率控制.在电力系统仿真软件中搭建供电网络模型,并结合实际电网运行情况进行仿真,仿真结果表明,该方法使得风电机组对频率变化具有快速响应能力,可有效改善电网的频率特性,为双馈风电机组安全稳定并网提供了可借鉴的依据.     

双馈感应风力发电系统的无源性控制方法研究

从能量平衡关系出发,利用非线性控制理论,提出了新型的双馈感应风力发电机自适应控制方法.该方法从能量角度分析了双馈感应风力发电系统,不必抵消“无功力”,就可实现负载转矩时变未知情形下磁链、转速的渐近跟踪控制,具有形式简单、无奇异点、鲁棒性好的特点.基于dSPACE的实验结果证明了该控制策略的有效性.     

基于双馈风力发电机的次同步振荡及其抑制策略

双馈感应发电机(DFIG)也称双馈风力发电机,其变速恒频的优点在风电场中得到了广泛应用。随着大量风电能源并网,远距离高压输电使用串补电容技术容易引起电网发生次同步振荡(SSO)。DFIG的定子绕组直连电网,因此在运行过程中极易受到电网SSO的影响。针对DFIG的SSO及抑制策略进行研究。首先,建立了DFIG系统数学模型,分析DFIG系统的控制策略;接着,针对SSO采用一种改进的基于2阶广义积分器(SOGI)的锁相控制技术;然后,在转子侧变流器(RSC)采用准谐振控制器(QRC)抑制SSO对于定子输出的影响;最后,通过MATLAB/Simulink软件仿真,验证了控制方案的正确性和有效性。     

变速恒频双馈风力发电系统的速度模式控制

基于变速恒频双馈风力发电系统能实现最大风能追踪,首先建立了双馈感应发电机的三阶数学模型,在基于定子磁链定向的转子励磁控制策略基础上,提出在最大风能追踪的过程中,采用速度模式控制的系统动态特性优于采用电流模式控制的动态特性,并给出了状态空间解释.最后给出了仿真波形,仿真结果验证了分析的正确性.     

双馈电机风电场电压协调控制策略

为增强并网风电场的电压稳定性,提出了一种变速恒频双馈风机组与风电场无功补偿装置——静止同步补偿器的协调控制策略.该策略充分利用了DFIG网侧换流器、定子侧的无功发生能力,有效提高了风电并网点电压的暂态水平,并加速了电压的恢复过程.在DIg SILENT/Power Factory建立了仿真模型,仿真结果验证了该控制策略的有效性.     

风电场无功电压控制研究

目的研究双馈感应发电机的无功发生极限,采用一种风场控制策略实现接入点电压达到控制的目标值,以实现风场内的协调控制.方法双馈感应风机机组作为主要无功源,以双馈风机风电系统的功率关系为基础,把并网点电压调节作为目标同时考虑到各机组机端电压的协调控制策略.按照机端电压近似相等的原则来整定各台机组的无功出力,针对所采用的策略应用PSAT仿真软件搭建风场模型并进行了仿真.结果优先控制风电机组进行无功功率调节,降低风电功率波动,仿真结果验证了策略的正确性和有效性.结论充分发挥双馈风机作为风电场的元素组成部分的调压能力,提高风电机组对系统正常电压波动的适应性,并且减少了无功补偿设备的无功输出,实现了快速调节.     

双馈式感应风力发电机组建模及其控制研究

以双馈式感应风力发电机组(DFIG)为对象,分析了DFIG的建模和控制问题。该模型包括风力机模型、传动系统模型和发电机模型。提出了风力机的桨距角控制策略和发电机的转速控制策略。发电机转速控制采用dq同步旋转坐标下的矢量控制。用MATLAB/Simulink软件建立了DFIG模型,并且根据所提出的控制策略对风速随机变化以及系统电压突变时机组的运行情况进行了仿真。仿真结果验证了模型的合理性及控制策略的科学性和可行性。     

采用网侧TCVR的双馈风机低电压穿越控制策略研究

随着风电并网容量的快速增加以及海上风电的发展,风电机组在故障期间的并网运行特性更加受到关注。采用了一种比较简单的双馈型风力发电机组的低电压过渡方案。在风电场变电站的低压侧安装晶闸管控制电压调节器(TCVR),当电网电压跌落时,根据电网电压下降的幅度对网侧电压进行合理补偿,提高双馈电机定子侧电压。在PSCAD/EMTDC中建立了5 MW双馈风电系统的模型,应用所提的控制方法,对风电机组在严重对称故障下的运行特性进行仿真,验证了所提方法的有效性。     

变速恒频风力发电机组输出特性分析

以变速恒频风力发电系统为研究对象,依据发电机数学模型和交流电机矢量变换控制原理,设计了交流励磁变速恒频(VSCF)发电机定子磁链定向的矢量变换控制系统,对转子侧变换器建立了外环定功率控制内环定电流控制的双闭环控制结构,实现双馈发电机定子有功P和无功Q的解耦控制,从而获得最大风能捕获的高效发电运行。并在PSCAD/EMTDC仿真环境下建立了变速恒频风力发电机组的整体动态数学模型。以渐变风和阵风为例,对由5台单机容量为2 MVA双馈感应电机(DFIG)组成的风电场并网前后的运行特性进行仿真研究,通过仿真分析,揭示了风电场并网运行的动态特性,并验证了数学模型和控制策略的正确性和有效性。