基于VisSim的SCIG风力发电机组动态模型建模与研究

给出了基于鼠笼型感应发电机(SClG)的风力发电机组的五阶与三阶动态模型,其中五阶模型包括定子、转子模型及简化的传动系统模型;忽略定子暂态过程后,得到包括转子模型及简化的传动系统模型的三阶模型.在VisSim仿真软件上实现了上述两种模型的建模,并针对各自的响应特征进行了仿真比较.仿真结果验证基于VisSim的SCIG风力发电机组建模的正确性,同时也为风力发电机组的仿真研究提供了一个新的途径.     

双馈感应风力发电机组动态模型的分析与比较

在大型风力发电厂中双馈感应风力发电机组将被广泛应用，深入了解双馈感应风力发电机组动态特性非常必要。文中给出了双馈机组的8阶、5阶和3阶模型。8阶模型包括完整的传动系统模型、定子模型和转子模型；5阶模型包括定子、转子模型和简化的传动系统模型；忽略定子的暂态过程后，3阶模型包括转子模型和简化的传动系统模型。在MATLAB／Simulink软件上实现了3种模型建模。完成了对2种情况的仿真，仿真结果验证了上述3种模型的正确性，并比较了各自的响应特性。仿真结果表明：8阶模型具有最精确完整的响应，但仿真时间最长；3阶模型采用最大程度的近似，但仿真时间最短；5阶模型适合大多数既要求较快仿真速度又要求较高精度的研究。     

大规模双馈型风电场并网的系统暂态稳定仿真

探讨了大规模双馈型风电场并网后对电力系统暂态稳定性的影响。在双馈型风力发电机组动态建模中,考虑了两质量块轴系模型,并采用一种综合考虑发电机组及换流器联合动态行为的简化模型。在换流器建模方面,网络侧换流器直流母线电压假定恒定不变,转子侧换流器实现有功和无功功率的解耦控制。通过仿真分析,研究比较了电网中同一点接入双馈型风电场和同步发电机组的系统暂态稳定特性,同时考虑了同步发电机组各种动态模型及负荷模型对系统稳定性的影响。最后得出一些初步有意义的结论。     

在动态仿真中风电场模型的简化

分别针对异步风力发电机组风电场和双馈风力发电机组风电场,研究在动态仿真中风电场模型的简化.以风力机和发电机具有相同或相近运行点为风电场动态模型简化原则,依据尾流效应影响对风电场进行区域划分,将风力发电机组合并简化,建立风电场整体简化模型.针对风力发电机组类型和风速变化、电力系统短路的动态过程,通过仿真对比详细模型和不同程度的简化模型,验证各种简化模型的适用性,提出在动态仿真中风电场简化模型的应用建议.     

发电机轴系特性动态模拟的可行性探讨

在超高压远距离输电系统中采用串联电容补偿技术后,在某种运行方式或补偿度的情况下,很可能在机械与电气系统之间发生次同步谐振,造成发电机组轴系的破坏。分析了发电机组轴系结构及扭振特点,并对用于扭振研究的两种发电机轴系模型进行比较。基于对国内外发电机轴系仿真研究现状的广泛调研,从轴系扭振特性分析与研究、外接设备试验测试、结合工程应用研究次同步谐振问题三类应用需求分析了现阶段建立发电机轴系物理模拟系统的研究意义和技术方向。关于轴系模型的普适性。考虑了主力机组容量、轴系结构和扭振特性三方面的适用性需求,得出很难通过建立一个轴系模型实现对多种机组轴系扭振特性的“一对多”模拟要求的结论。探索性提出国家电网仿真中心动模实验室实现发电机轴系特性动态模拟的实施方案。     

大规模风电场的建模及其在内蒙古电网安全稳定运行的研究

以风力发电机组轴系为重点研究对象,从有名值方程出发,经推导得出以旋转元件角度和角速度为状态变量的风电机组双质量块标幺值动态仿真模型,明确了模型中各参数的定义、单位和计算方法,考虑了风力发电机组齿轮箱升速比和极对数的影响,并对传统模型存在的问题进行讨论。应用该模型对2009年大规模风电场接入内蒙古电网运行的静态和动态安全特性进行了全面分析,考虑了风电机组电压和频率保护特性,指出大规模风电场并入内蒙古电网运行时对网架结构、系统电压、无功补偿、暂态和动态稳定特性的影响以及控制要求,可用于指导大规模风电场在内蒙古电网的调度运行和规划设计。     

考虑风速特性的动态电压崩溃指标

基于四分法划分的风速模型和简化风力发电系统传输线路模型,考虑3阶双馈异步风力发电机的转差率和风电机注入系统功率的随机性,推导出电压崩溃指标.根据指标测量值与临界值之间的距离判定系统接近电压崩溃的程度;投入SVC补偿可提高该指标,即提高系统电压崩溃的预防能力.最后以配电网系统中接入单台风力发电机为例,基于MATLAB的Simulink对风速、滑差和动态电压崩溃指标进行仿真,仿真结果验证了该指标的有效性和实用性.     

适用多机系统分析的异步化同步发电机动态模型

通过对异步化同步发电机(asynchronized generator，ASG)基本方程进行不同程度的简化，在转子dq轴系下导出适用于仿真分析多机环境下ASG动态行为的实用模型。该实用模型包含2阶恒定磁链模型、不计阻尼绕组的4阶模型和计及阻尼绕组的6阶模型。基于牛顿法和隐式梯形积分法设计实现了上述实用动态模型的时域仿真程序，并用单机无穷大系统和含2台异步化同步发电机的新英格兰混合10机39节点系统验证了模型的正确性及其对多机系统动态仿真的适应性。该文是进一步分析复杂多机系统中ASG动态行为以及应用ASG改善大电网动态性能等相关工作的研究基础。     

风力发电机组轴系扭矩测试与分析

介绍了风力发电机组轴系扭矩测试系统的硬件和软件设计,阐述了扭矩测试的原理和方法.在自然风况下对风力发电机轴系扭矩信号进行采集,利用虚拟仪器技术,实现了风力发电机组轴系扭矩和转速的测量.     

改进的双馈风力发电系统小干扰模型

基于双馈风力发电机转子运动方程,对双馈风力发电机组接入无穷大系统引发的负阻尼型低频振荡进行机理分析,寻找产生负阻尼的系统运行条件,以及影响系统阻尼的各个运行参数。基于李亚普诺夫原理,建立了改进的双馈风力发电机组小干扰稳定性模型,相比传统的双馈风力发电机组小干扰稳定性模型。该模型将风机的机械特性、轴系传动特性、发电机电磁特性以及定、转子侧的控制特性全部反映到风机的状态方程里,可以更加准确地反映风机接入系统后的振荡模态。仿真结果验证了上述模型的有效性,并对比了双馈风电机组处于不同运行模式不同控制方法下的系统模态。     

Dynamic stability study of an isolated wind-diesel hybrid power system with wind power generation using IG,PMIG and PMSG: A comparison

This paper presents a comparative study of reactive power control for isolated wind-diesel hybrid power system in three different cases with wind power generation by induction generator (IG), permanent-magnet induction generator (PMIG) and permanent-magnet synchronous generator. The synchronous generator (SG) is used with diesel engine set. A mathematical model of the system based on small signal analysis, is developed considering reactive power flow balance equations. The variable reactive power needed by the system is provided by a static synchronous compensator (STATCOM) when wind power generation is done by IG and PMIG. When permanent-magnet synchronous generator (PMSG) is used for wind power generation, the variable reactive power demand is fulfilled by a voltage source converter (VSC) which is on the load side. A new mathematical approximation model for VSC connected with PMSG is proposed such that the voltage source converter fulfills the increased reactive power requirement of load and also increases its active power equal to the increased input wind power. Proportional and integral (PI) gains of the STATCOM and VSC controllers are optimized using integral square error criterion (ISE). The dynamic responses of the system for small (1%) step increase in load reactive power with and without 1% step increase in input wind power are shown. The paper also shows the dynamic responses of the system for random step change in load reactive power plus random step change in input wind power. The MATLAB/SIMULINK environment is used for simulation.     

双馈风机的动态稳定分析

本文探讨了双馈型风电场并网后对地区电网动态稳定性的影响。建立了风电机组的空气动力学模型、轴系模型及桨距角控制系统模型;并在此基础上推导了风电场接入后的地区电网动态稳定特征值分析的状态矩阵。对风电机组接入的广西电网动态稳定性的影响进行全面的仿真分析,仿真证明,通过调整风电场的接入位置,以及采用变速风电机组的稳定控制模型,这两种方式能够有效改善系统阻尼,增强系统动态稳定性。     

基于控制绕组磁场定向的定子双绕组感应发电机变速运行的研究

本文提出了一种风力发电系统，该系统所采用的感应电机定子上除了有一套功率绕组向外输出功率之外，还有一套控制绕组，专门对系统的励磁电流进行控制，提高系统的动态性能。文中建立了整个定子双绕组感应发电系统的仿真模型，分析了系统的建压过程，采用控制绕组磁场定向的控制策略，对其在变转速条件下系统动态特性进行了研究，仿真和实验都验证了该系统在变速运行条件下作为直流电源的可行性。     

并网型双馈风电机组动态稳定性仿真

介绍了变速恒频双馈风电机组的基本结构，建立了双馈风电机组在d-q坐标系下的动态数学模型。应用Matlab/Simulink搭建了系统仿真模块，并对并网型双馈风电机组的动态稳定性做了仿真试验研究，结果表明：在风电系统中利用变速技术后可以提高风能的利用率，改善电力系统稳定性；变速双馈风电机组具有低电压穿越功能。     

大容量风电场对电力系统小干扰稳定和阻尼特性的影响

建立了异步风力发电机组的小干扰稳定数学模型，研究了风电场接入电网后电力系统的小干扰稳定分析方法并实现了其工程应用。通过对含有大容量高比例风力发电的实际电网的计算分析表明，风电场的运行状态对电网的低频振荡模式和振荡特性有一定影响。风电机组出力的变化，使网内常规机组的运行方式发生变化，从而导致一些局部振荡模式出现或消失。网内和网间各大机群间的振荡模式没有发生变化，但振荡特性发生变化，且增加了与风电场强相关的振荡模式，这些振荡模式一般具有较好的阻尼特性。     

双馈感应发电机的线性化动态模型及运行特性分析

对建立在定子旋转磁场坐标系中,以转子绕组励磁电压为控制变量的双馈感应发电机的3阶动态模型进行了线性化处理,得到了适用于小干扰稳定分析的双馈感应发电机状态方程和相应的传递函数.进而利用开环传递函数和根轨迹方法分析了发电机运行点与发电机动态品质的关系,并利用MATLAB软件对双馈感应发电机的控制变量在发生幅值不同的扰动变化时的动态响应做了对比仿真.该仿真分析将有利于了解双馈感应发电机的运行特性及掌握它的控制特性.文中提出的双馈感应发电机线性化模型适用于变速恒频双馈风力发电系统的相关研究.     

风电场并网的暂态稳定性分析

首先针对恒速异步风机和双馈变速风机的物理结构建立了数学模型,通过电力系统分析工具箱PSAT软件,建立了两机——无穷大的系统仿真模型;然后对含风电场并网的电力网络中,发生相同扰动后系统的动态响应行为进行了仿真对比,发现随着风电场并网容量的增加,风电场母线的频率曲线振荡幅值和风机转子角速度曲线的振荡幅值呈现减小的趋势。最后针对风力发电机的电气参数对风机转子角速度在扰动后的振荡幅度的影响进行了分析。     

MW级风力发电机组的电气系统

介绍了MW级风力发电机组的种类和特点,双馈风力发电机组的风力模型、机械模型、空气动力学模型、双馈发电机模型,变速恒频双馈发电机控制系统中主控制器系统的软硬件、变换器系统的物理模型、数学模型、控制对象、拓补结构、数学关系和控制策略,双馈风力发电机励磁变频器的工作原理以及与风电电气系统配套的低压电器元件及其要求。     

孤立系统的风电接入容量及低电压穿越特性的仿真分析

重点研究了孤立系统的风电接入容量及低电压穿越特性.结合国内第1座海上风电站项目,基于电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC,搭建了海上油田平台的直驱永磁风电机组、燃气轮机发电机组、平台负载等的详细动态模型.通过仿真,研究了该孤立系统的最大风电接入容量,以及在此系统配置下,当公共联络点发生短路故障时整个孤立系统的低电压穿越能力.仿真结果表明,该孤立系统风电接入容量最大占负荷的21.6%,这为后续的示范应用提供了参考.     

异步风力发电系统动态稳定性分析的数学模型及其应用

分析了异步风力发电系统的特点,介绍该系统各部分模型的结构,根据风速变化的异步风力发电系统动态稳定性分析的需要,建立了在一定程度上反映风电场实际风速变化的风速时空模型。由于风力机与发电机的柔性连接,使得风力机动态数学模型大为简化,取适当的惯性时间常数,风力机可用一阶惯性环节表示。