改善基于双馈感应发电机的并网风电场暂态电压稳定性研究

提出了改善基于双馈感应发电机的并网风电场暂态电压稳定性的措施以实现风电场的低电压穿越(low voltage ride through, LVRT)功能。目前，大部分基于双馈感应发电机的变速风电机组不具有故障情况下的暂态电压支持能力，当电网侧发生严重短路故障时，风电场的暂态电压稳定能力会影响到电网安全稳定。该文在DIgSILENT/PowerFactory中建立了具有暂态电压支持能力的变速风电机组转子侧变频器控制模型及用于故障后稳定控制的桨距角控制模型，通过包含风电场的电力系统仿真计算验证了模型的有效性及其对风电机组和电网暂态电压稳定性的贡献。仿真结果表明，当电网侧发生三相短路故障时，风电机组转子侧变频器暂态电压控制能够控制风电机组发出无功功率支持电网电压；桨距角控制能有效降低变速风电机组机械转矩，避免出现风电机组超速及电压失稳。得出结论：采用变频器暂态电压控制及桨距角控制能够改善基于双馈感应发电机的并网风电场的暂态电压稳定性，确保风电机组低电压穿越(LVRT)功能的实现及电网安全稳定。     

双馈风电机组高电压穿越控制策略研究

风电机组的电网电压故障穿越能力是风机重要的并网性能评价指标。随着风机低电压穿越能力的深入研究,电网电压骤升成了威胁风机安全运行的因素。为了研究双馈风电机组在电网电压骤升下的特性及不脱网运行控制策略,分析了电网电压骤升时双馈感应发电机的电磁暂态过渡过程。结合现场运行风电机组的实际特性,提出一种易于工程实现的双馈风电机组高电压穿越控制策略。该控制策略不需更改原风机一次回路结构,只对双馈风机的发电机侧控制逻辑进行修改,即可实现双馈风电机组在电网电压骤升时不脱网运行,保障机组安全与电网稳定。最后通过仿真验证了控制策略的可行性。     

电网侧换流器无功功率控制改善双馈风电机组稳定性的研究

研究了改善双馈风电机组（DFIG）的并网风电场暂态稳定性的措施。目前现存的大部分双馈型变速风电机组并不具备故障穿越能力。在DIgSILENT/PowerFactory14.0中建立了具有暂态无功调节能力的变速风电机组电网侧换流器控制模型以及故障后桨距角控制模型,通过对并网风电场仿真分析验证了模型的有效性。仿真结果表明：当风电场电网侧发生短路故障情况下,双馈风电机组电网侧换流器能够产生一定的无功功率支持电网电压;桨距角控制能够降低风电机组的机械转矩,防止机组超速以及电压失稳。双馈风电机组的故障穿越能力得以实现。     

电压源型双馈风电机组低压穿越控制策略

在电网深度故障情况下，电压源型双馈风电机组控制环节中的惯量和阻尼作用不利于风电机组低压穿越。根据电流源型双馈风电机组的低压穿越策略提出了一种基于模式转换的电压源型双馈风电机组低压穿越控制方法，即在故障期间切换为电流源型控制方式，故障恢复后切换为电压源型控制方式。通过分析双馈风电机组电压源型和电流源型控制结构，提出基于状态变量预同步的柔性模式切换方法，实现了电压源和电流源运行模式的无冲击切换。根据风电机组低压穿越相关规定，制定暂态期间机组冲击电流抑制、有功恢复整定以及动态无功补偿方案，实现了电压源型双馈风电机组在电网深度故障情况下的低压穿越。通过仿真对上述方法的有效性进行了验证。     

含SVC双馈风电机组暂态输出特性仿真分析

在风电机组出口装设静止无功补偿器（SVC）进行电压调节对于改善风电机组电压特性具有重要作用,但对于增加SVC后系统的暂态特性尚未进行较深入的研究。分析了SVC阻抗特性,并利用RTDS搭建了含SVC的双馈风电机组的实时暂态模型。对电网发生不同故障时含SVC双馈风电机组的暂态输出特性进行了仿真分析。结果表明：在电网侧故障后,SVC将提高双馈风电机组的出口电压,并增大向系统提供的短路电流,从而使DFIG出口处低压保护的动作灵敏度降低、过流保护的动作灵敏度有不同程度的提高。     

Affecting factors of grid-connected wind power on fault current and impact on protection relay

在EMTDC/PSCAD平台上建立了鼠笼式、双馈式及直驱式3种常见风电机组的电磁暂态模型.比较直驱式风机电磁暂态数值模型与数模混合实验在各种故障条件及控制策略下的仿真结果,验证了模型的正确性.同时比较双馈式风机电磁暂态模型的故障仿真结果与双馈式风场短路实验结果,验证了所提双馈式风机电磁暂态模型的正确性.在以上模型的基础上,仿真了风电机组在各类故障条件下的电磁暂态特征,结果表明风机类型、风机的工作状态、风机所采用的控制方法、故障类型以及风电场的弱电源特性是影响并网运行风电故障电流的主要因素,研究结果为现有继电保护的改进与研发新原理继电保护打下了基础.     

风电接入电力系统故障电流的影响因素分析及对继电保护的影响

在EMTDC／PSCAD平台上建立了鼠笼式、双馈式及直驱式3种常见风电机组的电磁暂态模型。比较直驱式风机电磁暂态数值模型与数模混合实验在各种故障条件及控制策略下的仿真结果,验证了模型的正确性。同时比较双馈式风机电磁暂态模型的故障仿真结果与双馈式风场短路实验结果,验证了所提双馈式风机电磁暂态模型的正确性。在以上模型的基础上,仿真了风电机组在各类故障条件下的电磁暂态特征,结果表明风机类型、风机的工作状态、风机所采用的控制方法、故障类型以及风电场的弱电源特性是影响并网运行风电故障电流的主要因素,研究结果为现有继电保护的改进与研发新原理继电保护打下了基础。     

双馈风力发电机组的电磁暂态-机电暂态混合仿真研究

为深入分析双馈型风力发电机组的动态响应,基于双馈风机的运行原理,建立了双馈风机的电磁暂态模型,并进行了电磁暂态–机电暂态混合仿真研究。在自主开发的大型电力系统分析软件包混合仿真平台(power system department-power system model,PSD-PSModel)中实现了双馈风机的混合仿真功能,建立了双馈风机的基本模型框架。采用单台机等值模拟风电场,并利用IEEE 14节点算例进行了详细的仿真研究,分析了其控制策略和暂态过程中的动态响应。便于今后与风机制造厂家合作建立实际风机的详细电磁暂态模型,为深化研究风电机组对电网稳定的影响提了供有力的技术支持。     

基于双馈机组的风电场对电网暂态电压稳定的影响研究

本文结合新疆电网实际情况,在DIg SILENT/Power Factory仿真软件环境下,对双馈风力发电机组的风电场接入系统后的暂态电压稳定性的影响进行了研究。详细阐述了双馈风力发电系统在DIg SILENT/Power Factory中的电气模型,通过仿真不考虑桨距角控制,仅采用转子变频器暂态电压控制器,以及采用转子变频器暂态电压控制器结合桨距角控制两种情况,验证了双馈转子侧暂态电压控制器及桨距角控制来改善双馈风力发电机组暂态电压稳定性的作用。     

基于PSCAD的双馈风电机组建模与仿真

双馈感应风电机组仿真建模研究的文献很多,但鲜有描述双馈风电机组详细建模过程的。为此,介绍在PscAD／EMTcD软件中建立包含风力机、双馈风力发电机、变频器和控制系统的双馈感应风电机组的全过程,在此基础上搭建系统电磁暂态仿真模型并进行仿真分析。仿真结果表明所构建的模型可实现有功、无功功率的解耦控制和最大风能跟踪;实现保持直流母线电压恒定和交流侧单位功率因素控制;与实际双馈风电机组的风速-输出功率具有较高的一致性。     

含STATCOM的双馈电机风电场无功电压协调控制策略

为增强风电场并网点电压稳定性,提出了变速恒频双馈风电场与动态无功补偿装置STATCOM间的无功电压协调控制策略。电网故障导致风电并网点不同深度的电压跌落时,根据双馈风机Crowbar保护投切状态,对DFIG风电机组转子侧及网侧变流器与STATCOM进行无功功率分配,协调控制促进风电场LVRT期间风电并网点电压的快速恢复。最后,在DIg SILENT/Power Factory仿真软件中建立了风电场和STATCOM控制模型,通过仿真验证该控制策略的有效性。     

双馈风力发电机组快速电磁暂态仿真模型

双馈风电机组含变换器等电力电子设备,电磁暂态仿真步长小、速度慢。为实现双馈风电机组的快速电磁暂态仿真,利用开关函数平均化的思想,建立了考虑Crowbar保护电路投切、变换器闭锁暂态过程的受控源型变换器统一简化等效模型,并提出一种预测校正的调制量计算方法,基于该等效模型构建了完整的双馈风电机组快速电磁暂态仿真模型。最后,以1.5 MW双馈风力发电机组为例,基于PSCAD/EMTDC仿真软件搭建模型,从正确性、仿真步长适应性和仿真速度三方面对快速电磁暂态仿真模型进行验证。通过仿真结果比对分析,证明了该快速电磁暂态仿真模型不同应用场合的适用性。     

双馈变速风电机组频率控制的仿真研究

双馈变速风电机组采用双脉宽调制（PWM）变流器实现电磁与机械的解耦控制，这也使得双馈变速风电机组对系统频率变化的响应降低。文中以双馈变速风电机组模型为基础，根据双馈变速风电机组控制特点和控制过程，在电力系统仿真软件DIgSILENT/PowerFactory中增加了频率控制环节，在系统频率变化时，双馈变速风电机组通过释放或者吸收转子中的一部分动能，相应增加或者减少有功出力，实现了风电机组的频率控制。仿真结果证明了频率控制环节的有效性和实用性，并证明了通过增加附加频率控制环节，风电场能够在一定程度上参与系统频率调整。     

双馈风力发电机变换器的控制方法研究

本文主要研究了双馈感应电机(DFIG)的网侧和转子侧变换器的控制方法。双馈感应电机中转子侧变换器采用定子磁链定向矢量控制技术,实现了风能的最大跟踪以及有功功率和无功功率的解耦控制。网侧变换器采用电网电压定向矢量控制技术,控制了直流母线电压的恒定以及调节了网侧的功率因素。采用PSCAD/EMTDC电力系统仿真软件,构建了包括风速模型、风力机模型、变速恒频双馈电机、定子侧和转子侧变换器在内的双馈风力发电机仿真模型。仿真实验结果表明,所提方法是有效、合理的。     

基于PSCAD的双馈风电机组暂态等值模型研究

随着接入电网的风电场规模日益增大,电力系统暂态过程研究对风电场准确简洁建模的需求愈发迫切。本文研究了一种基于PSCAD仿真平台的降阶双馈风电机组等值模型。该等值模型保留了原双馈风电机组(DFIG)详细模型中的风力机模型、轴系模型以及发电机模型,同时采用两组独立可控电流源及其对应配套控制策略,替代了由电力电子装置构成、仿真计算资源需求大、精度要求高的背靠背PWM变流器组及配套控制系统。基于PSCAD的仿真分析对所搭建的双馈风电机组等值模型的基础控制特性、暂态响应特性,以及仿真计算效率进行了验证,证明了该模型既可以有效保持双馈风电机组的暂态响应特性,同时又大幅度提高了仿真计算效率。     

双馈型风电场接人电网的暂态稳定性分析

分析了双馈型风电场接入输电系统后的暂态特性以及对电力系统暂态稳定性的影响,建立了数学模型.在变换器建模方面,转子侧变换器的矢量控制实现了有功功率和无功功率的解耦控制,网侧变换器的矢量控制使直流母线电压保持恒定并可调节输入系统的无功功率.通过仿真研究了输电系统发生三相短路故障时对电力系统本身和双馈型风电机组暂态稳定特性的...     

相同风速功率下两种风电机组响应电网短路故障的对比分析

介绍了双馈和直驱风力发电机组的结构区别。从二者数学模型入手,其交直交变频器采用相同的控制策略,机侧变频器采用解耦控制,网侧变频器采用恒功率因数控制。在EMTPWorks中分别搭建了具有相同风速功率曲线的直驱和双馈风电机组的仿真模型。并在相同条件分析了电网发生三相、单相短路故障时的二者的暂态特性差别,得出了PMSG在故障期间的无功变化幅值要比DFIG要大,但机端母线电压跌落、机组有功功率输出、变频器直流电容电压变化幅度以及频率波动均比DFIG要小,对风电机组的选型具有十分重要的意义。     

基于双馈风力发电机变流器的谐波分析

由于引入了变流器等电力电子装置,变速恒频双馈风力发电系统输出的电流中含有大量谐波,分析双馈风力发电机的谐波特性并减少其谐波含量,对风电并网具有重要意义.介绍了双馈电机的基波和谐波等效电路,在此基础上提出了双馈风力发电机转子侧变流器谐波分析方法,并用一台i.5 MW双馈电机进行了仿真验证.对电压空间矢量脉宽调制( SVPWM)的三种调制方式进行了研究,在1.5 MW双馈风力发电机满载和半载两种工况的仿真下,分析比较了SVPWM三种调制方式下的谐波情况,仿真结果表明采用七段式调制方式合成SVPWM时,双馈电机谐波含量最小.     

Design of Novel Intelligent Controller for Doubly-Fed Induction Generator-Driven Wind Turbine to Improve Transient Control Performance

Abstract

This paper presents a design for the novel intelligent control (NIC) of the stabilization of a doubly fed induction generator (DFIG)-based wind turbine. The intelligent control scheme was developed to control the rotor side voltage source converter that allowed independent control of the generated active and reactive power as well as the rotor speed to track the maximum power point (MPP). Moreover, the NIC was used to reduce the interaction between the real and reactive power flow and improve the performance. The proposed NIC consisted of an improved recurrent fuzzy neural network (IRFNN) and ant colony optimization with genetic algorithms (GACO). GACO was adopted to adjust the learning rates to improve the online learning capability of the IRFNN. Furthermore, an NIC controller was proposed for both the rotor and stator side converters to improve the steady-state and transient voltage stability of the DFIG system for different operating conditions. In addition, the method is highly simple to implement. Finally, the proposed approach stabilized the internal dynamics through rotor voltage control and improved the dynamic behavior of the DFIG after clearing a fault.