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。     

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。     

双馈风力发电机并网控制策略研究

研究限制风力发电机在并网时的瞬变电流,避免对电网造成过大的冲击。通过建立DFIG空载数学模型,应用定子磁链定向的DFIG空载并网控制策略,并对一台2MW的DFIG空载并网进行了仿真验证,仿真结果表明,调节DFIG的定子电压与电网电压在幅值、相位、频率上高度吻合。     

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.     

双馈异步风力发电机组电网故障穿越技术研究

针对风力发电机在电网故障后持续并网运行与调控能力亟待加强的问题,本文对双馈异步风力发电机组电网故障穿越技术进行研究。在建立双馈异步风力发电机(double fed induction generator,DFIG)转矩补充虚拟惯量控制的基础上,引入设定初始值的桨距角控制,建立DFIG的复合频率控制策略,实现频率穿越,在转子侧添加主动式Crowbar电路实现低电压穿越,从而提升DFIG的电网故障穿越能力,并通过DIgSILENT/PowerFactory实验平台进行仿真分析。仿真结果表明,通过补充转矩增加DFIG的虚拟惯量,设置初始桨距角增加备用有功,两者共同作用的复合频率策略在提升跌落度与稳态值两方面改善DFIG的调频能力;主动式Crowbar电路投切速度迅速,将其模块引入Protection策略后,在电网故障消除后可立即向电网输送有功,并在故障期间可向电网输送无功。该研究有利于电力系统安全稳定运行。     

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。     

大型风力发电机在电网电压扰动下的特性

风力发电机并网后常常受到弱电网电压扰动的影响,甚至造成风机脱网使电网震荡加剧.为了避免此种情况的发生,通过分析在电网电压扰动情况下的变速恒频（VSCF）双馈感应（DFIG）风力发电机组运行特点,建立了风力发电机组模型,将一种改进的基于发电机定子磁链的定向矢量控制策略移植到风力发电机不间断运行控制中,对风力发电机组转子侧PWM输出电流和直流母线电压进行控制,从而达到风机稳定运行的目的利用Matlab/Simulink软件进行仿真,结果表明,该系统在电网波动时能够较好地抑制电网电压对转子电流和直流母线电压的影响.     

双馈风力发电机功率解耦模糊控制器的设计

从风力机和双馈感应电机（DFIG）的基本原理入手,建立了风力机的数学模型,并建立了基于定子磁链定向的双馈风力发电机动态数学模型;针对DFIG双闭环控制系统功率外环PI调节器自适应能力较差的缺点,提出了用Fuzzy-PI控制器代替功率外环PI调节器.与传统PI控制器相比,Fuzzy-PI控制策略对有功功率跟踪速度快、超调量小,仿真结果也表明了Fuzzy-PI控制器具有优良的动、静态性能,并验证了控制策略的可行性.     

双馈风力发电机功率解耦模糊控制器的设计

从风力机和双馈感应电机(DFIG)的基本原理入手,建立了风力机的数学模型,并建立了基于定子磁链定向的双馈风力发电机动态数学模型;针对DFIG双闭环控制系统功率外环PI调节器自适应能力较差的缺点,提出了用Fuzzy-PI控制器代替功率外环PI调节器.与传统PI控制器相比,Fuzzy-PI控制策略对有功功率跟踪速度快、超调量小,仿真结果也表明了Fuzzy-PI控制器具有优良的动、静态性能,并验证了控制策略的可行性.     

微网下双馈风力发电系统并网运行研究

提出一种基于旋转坐标系下双馈异步发电机(DFIG)数学模型,利用新的定子磁链定向方式推导出空载、负载并网控制与DFIG矢量控制策略,解决交流励磁风力发电机并入微电网冲击较大及功率控制不佳的现状.以Matlab/Simulink为仿真平台分析搭建整体交流励磁发电系统模型,对仿真所得电压、电流波形进行分析后对相关参数不断调整,可行性评估后表明该方案最大程度减小了对主网的冲击,验证了该方案的有效性.     

兆瓦级双馈风力发电机静态磁场有限元仿真

利用Ansoft软件中的Maxwell 2D模块建立了兆瓦级双馈风力发电机（DFIG）的仿真模型．通过对DFIG模型进行静态仿真,得到它的磁力线、磁密分布图,以及气隙磁密分布曲线．仿真结果表明,基本上达到了设计要求,为双馈风力发电机的进一步优化设计提供了理论依据．     

双馈风力发电机空载并网控制策略对比分析

以双馈式风力发电机空载数学模型为基础,分析现有双馈风力发电机并网控制策略原理,并从响应速度、控制精度及控制稳定性等方面对其进行综合对比。然后基于PSCAD/EMTDC仿真,对理论分析结果进行验证.仿真表明基于滞环比较电压开环控制,响应速度快,但精度较差;SPWM电压开环控制策略,精度较好;电压闭环控制策略稳定性好,响应速度较慢;滞环比较电压闭环控制在保持精度的基础上响应速度更快,与分析结果一致。最后通过不同初始运行转速的双馈风力发电机自动并网仿真,证明在超同步、亚同步以及同步状态下,以上4种控制策略均能实现双馈风机的顺利并网,且基本没有冲击电流.     

基于Crowbar保护动作分群的风电场无功控制策略

针对双馈感应发电机(doubly-fed Induction generator,DFIG)组成的风电场,提出一种基于Crowbar动作分群的风电场无功控制策略。通过分析Crowbar保护动作期间DFIG的低电压穿越(low voltage ride-through,LVRT)特性,改进了DFIG网侧变流器的控制,并仿真验证该控制策略的有效性。在充分考虑Crowbar保护动作对风电场LVRT能力影响的基础上,采用一种基于电压跌落临界值的方法,对Crowbar保护动作情况进行预判断并同调分群,并针对不同机群的不同运行特性,分别采用低电压穿越控制和基于Crowbar保护动作分群的无功控制策略,仿真验证了该控制策略能有效提高风电场的LVRT能力。     

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.     

并网变速恒频风力发电系统动态仿真建模及控制

数字仿真是研究风力发电机组动态特性及其与电网相互作用的重要手段,控制策略对变速恒频风力发电系统的特性起决定性的作用．然而,目前对于并网风电机组的动态建模还没有公认的统一模型．针对基于双馈感应发电机和永磁同步发电机的2种常见风力发电系统,从大量文献中整理出一套适用于动态仿真研究的简明模型,包括风轮机、DFIG和PMSG的模型及其控制策略,并以风电机组低电压穿越和惯性控制为例简述模型的应用方法．在实际使用该模型时,可以根据具体研究需要,对模型各环节进行进一步简化或细化．     

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.     

提高DFIG低电压穿越能力的改进控制策略

双馈感应发电机(doubly fed induction generator, DFIG)并网处发生短路故障时,基于传统crowbar技术的DFIG低电压穿越能力较低,须从电网吸收大量的无功功率,机端电压难以恢复。针对这一技术弊端,提出一种改进的综合控制策略:首先在原有crowbar技术的基础上引入直流卸荷电路(DC-chopper),在故障时能够抑制直流母线过电压和转子侧过电流;其次在转子侧变换器引入一个定子励磁电流的微分补偿项控制,以提升机组系统轴系机械应力。当电网发生严重故障时,改进的网侧变换器控制策略可将正常运行模式切换到无功支撑模式,从而补偿系统所需无功并为电网提供部分的无功功率。在PSCAD/EMTDC平台搭建DFIG并网的仿真模型,其仿真结果表明,在不同电压跌落程度下,提出的控制策略均能提高DFIG的低电压穿越能力。     

基于Buck电路的矩阵变换器风机直接转矩控制

针对恒速恒频风力发电机控制困难和易受电网谐波影响的问题,提出了一种基于Buck电路的矩阵变换器的风机直接转矩控制方法.利用Buck电路简化传统的三相-三相矩阵变换器控制策略来构造三相-单相矩阵变换器,将该矩阵变换器应用到永磁直驱风力发电机的直接转矩控制系统中,并使用反馈线性化法来简化系统的控制策略.利用Matlab软件的仿真测试结果表明,所设计的矩阵式变换器能显著提高系统的动态响应性能,且提出的控制策略具有良好的稳定性和鲁棒性.     

永磁直驱风机最大功率跟踪模糊控制的仿真研究

对永磁直驱风力发电机的数学模型进行了推导,通过坐标变换得到了其在旋转坐标系下的数学模型,对机侧实现最大功率跟踪的控制策略进行了论述.由于风速的随机性、不确定性,若采用传统的PI控制,仅一组固定的参数在不同风速下难以达到较好的控制效果.为了提高风力发电机的动态性能,通过分析风力发电系统各参数之间的关系,设计了模糊自适应PID控制器,以叶尖速比的偏差及其变化为输入对象,以交轴电流为输出对象,使风力机能够实现最大功率跟踪,其控制效果优于传统的PI控制策略.     

永磁同步风力发电机侧变流器控制策略

在传统风力发电机变流器控制中采用风速传感器测定风速作为控制的调节信号,这使成本过高,且风速测定具有一定的延后性,影响电机控制的反应速度。为此,提出一种新的针对永磁同步风力发电机侧变流器的控制策略。将爬山搜索算法与同步电机的解耦矢量控制相结合,实现最大风能捕捉与变速恒频控制。在Simulink平台上搭建了风机模型及同步发电机模型。仿真结果表明,该控制方法快速可行。该控制策略能准确快速地达到控制目标,且较传统控制策略省略了风速测定传感器,从而降低了成本。