江西大型风电场动态稳定研究

风电机组在并网运行中会经受各种各样的扰动,风电机组承受扰动的能力是风电机组的重要特性之一,风电场装机容量越大,其并网运行对电网将造成的影响越明显。以江西电网为背景,以装机容量250 MW采用永磁直驱风机的钓鱼台风电场为算例,从电网发生大扰动故障以及风速变化扰动两个方面对系统进行动态稳定仿真。研究结果表明,系统发生短路故障后能够恢复到稳定运行状态;在风速变化扰动下风电场能够保证并网点电压波动满足规程的要求。     

并网双馈感应风电机组的轴系扭转特性研究

风力发电机作为结构复杂的电气设备,通常运行在恶劣的自然环境中。鉴于风电机组内部用于连接关键部件的传动轴刚度有限,来自风速的随机变化和电网故障的扰动,会对机组各部分的动态响应造成重要影响,将直接影响风电机组和并网系统的稳定运行。本文通过搭建机械传动链的三质块等效模型,分析了机组各部分处于风速扰动和电网故障时的动态响应,机组关键参数变化对稳定性的影响,以及机组可能出现的振荡模式及扭转特性。该研究结果对于风电机组的设计、稳定运行及使用寿命的提高,具有重要的指导意义。     

含风电的VSC-HVDC并网系统暂态特性分析

为了提高柔性直流输电(VSC-HVDC)并网系统的暂态稳定运行特性,文中基于送端采用双馈风电机组(DFIG),建立VSC-HVDC输电并网系统,研究该系统的并网暂态运行特性。为解决电网故障时并网VSCHVDC直流电压失稳问题,提出并网VSC-HVDC直流电压与VSC间协调控制策略。在MATLAB/Simulink平台搭建风电并网仿真模型,仿真分析风速变化、并网点故障等情况下系统的暂态特性以及并网点故障时是否采用新控制策略进行实验仿真对比,研究结果表明:风速变化以及并网点故障时并网系统能够快速恢复稳定性且采用的协调控制策略有效的抑制直流电压的突增,从而增强了系统的暂态稳定特性。     

电网短路时并网双馈风电机组的特性研究

双馈感应风力发电机组（doubly fed induction generator,DFIG）对电网扰动十分灵敏,在电网发生故障期间双馈风电机组与电网的相互影响会造成电网暂态特性以及短路电流分布的显著变化。但是由于双馈感应发电机组与同步发电机组的结构及运行原理均不相同,且目前对其故障过程的研究也比较有限,使得并网双馈风电机组的故障特性还不甚清晰。在以双馈风电机组为主的风电大规模并网背景下,电网的安全稳定运行面临着严峻的挑战。从双馈风电机组的控制策略对其故障特性的影响机制出发,对双馈风电机组在电网发生对称以及不对称短路情况下的短路过程进行深入分析,并进一步推导了适用于不同电网短路情况的并网双馈风电机组短路电流表达式,仿真和算例结果验证了该表达式的正确性。     

大电网末端风力发电系统故障穿越关键技术

为了了解大电网末端风电机组故障穿越特性,文中分析了高渗透率风力发电大电网末端电网特性及风机运行特性。结合相应的检测标准及要求,探讨了大电网末端风电并网出现的故障特性,研究了直驱及双馈风电机组故障穿越关键技术及控制策略;结合仿真及实际检测,研究了大电网末端直驱风力发电机高电压穿越能力、双馈机组低电压穿越的可行性,提出了风电机组故障穿越的隐患,为大电网稳定运行提供了依据。     

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。     

基于PSCAD的直驱式风电机组运行特性仿真

在分析直驱式永磁同步风电机组的基本构成、数学模型基础上,研究了变流器的控制策略.利用PSCAD/EMTDC仿真平台构建了直驱式永磁同步风电机组的仿真模型,仿真分析了阶跃风速下直驱式风电机组稳态运行特性,并仿真研究了额定风速下直驱式风电机组的暂态特性.研究结果表明并网运行的直驱式风电机组具有良好的运行特性,电网故障时直驱式风电机组能够调节无功功率输出,对电网电压的恢复有积极的作用,能提高电网的稳定性.     

风机接入对系统阻尼特性影响的研究

大规模风电接入电网后,其运行对系统的小干扰稳定性将产生一定的影响,为研究风电在不同运行工况对系统动稳定性的影响。基于CEPRI9v6系统算例针对风电场的接入进行了小干挠稳定性仿真研究。深入分析了风电机组在典型阵风、渐变风、随机噪声风风速扰动情况下,恒速异步风力发电机组、变速恒频风力发电机组分别接入系统时对系统阻尼特性的影响,并且通过系统仿真算例,验证了分析结果,为大规模风电并网时风电机组选型以及系统稳定分析提供了建设性意见。     

双馈风力发电机组及其低电压穿越技术

从双馈电机的基本工作原理出发,建立了双馈发电机的数学模型,并对其在风速发生变化时进行仿真.研究了双馈风电机组在电网故障时的运行情况,通过硬件方法使双馈风电机组具有更强的低电压穿越能力.也就是在电网出现短暂故障时,风电机组还能保持并网运行.     

京津唐电网第一个百万千瓦风电基地并网运行分析

京津唐电网第1个百万千瓦风电基地总容量为1300MW,由12个风电场组成,并网线路总长度为605km,到并网点的最长送电距离达189km,计划于2010年前后全部并网运行。根据电网实际运行参数,针对风电场并网后电网的稳态运行和故障情况进行全面的仿真计算分析。对并网线路产生的充电功率、容性及感性无功补偿装置的配置、风电机组有功出力变化引起并网线路潮流波动、系统故障对风电机组的影响及电压的控制措施、风机提供的短路电流等分别进行了研究,提出满足电网安全运行的具体建议。     

大容量风电场接入后电网电压稳定性的计算分析与控制策略

由于风电场容量较大,并位于电网末端,可能会对电网的电压稳定性产生较大的影响。为保证风电场投入后的安全,按大干扰下风功率的转换特性及异步发电机的运行特性建立了风电场与相关电网的数学模型,计算了风电场与相关电网发生短路故障后的电压稳定性。通过数值仿真计算,揭示了风电场接入导致电网电压稳定性被破坏的机理,指出机组转速是影响风力机和异步发电机这两个能量转换器工作特性的关键参数,控制风电场内风机的速度增量是保持大容量风电场接入后电压稳定性的关键,靠近故障点的风电单元容量、故障点位置和故障持续时间是影响短路后电压稳定性的主要因素,并提出了大容量风电场接入后保证电网电压稳定性的策略与措施。     

双馈风力发电机组系统接入与稳定运行仿真

分析了包含大量异步风力发电机组的风电场并网运行后对电力系统静态和动态稳定性的影响。从系统接入和稳定运行的角度研究了双馈风力发电机组及普遍采用的定子磁链定向矢量控制策略在提高风电系统稳定性方面的优势与不足。以实际机组为例在PSCAD/EMTDC平台上建立了仿真模型，结果表明双馈风力发电机组在风速发生变化时不仅能够以变速恒频方式运行并追踪最大风能，且电网电压也比传统鼠笼式风力发电机组更为稳定。在系统发生最严重的三相接地故障时，风电场具有更好的暂态稳定性。     

动态无功补偿对风电场暂态电压的影响及控制策略

近年来大规模风电机组连锁脱网事故频发,严重威胁电网安全稳定运行,风电机组脱网机理与防御控制策略需深入研究。首先从理论上分析了含动态无功补偿装置的风电场在电网故障期间风机机端高电压现象的机理,仿真分析了静止无功补偿器（static var compensator,SVC）响应时间对风电场暂态电压特性的影响,指出SVC暂态无功调节的滞后性是导致故障下风电机组因高电压脱网的主要因素,并提出了电网故障下风电场的无功协调控制策略：即通过协调SVC与风机自身无功出力,在故障发生时紧急闭锁SVC,投入风机跨接器（Crowbar保护电路）,在故障清除后经一定延时重新投入SVC,从而提高风电机组的故障穿越能力。仿真结果表明该文提出的控制策略能有效抑制故障下风机高电压脱网问题。     

全功率驱动的异步风电机组的控制策略研究

通过全功率PWM变流器并网的笼型异步风力发电机组(the Full Rated Converter Induction Generator,FRC - IG),以其低成本、高可靠性和易维护的特点引起了人们的关注.在分析笼型异步风电机组数学模型的基础上,对全功率PWM变流器的控制策略进行了研究,给出了基于转矩给定的最大功率跟踪控制策略,通过对电磁转矩的调节间接控制发电机转速来跟随最大功率曲线.网侧变流器采用并网电压控制策略,根据并网电压的幅值来调节无功功率抑制电网电压的波动,在保证风电机组安全运行的同时降低了机组并网对电网的影响.仿真结果表明所采用的控制策略能很好地实现风电机组的最大风能跟踪,降低并网点电压波动.在电网电压故障期间,并网电压控制策略还可以有效地提高机组的低电压穿越能力,保障风电机组稳定运行.     

基于H-MMC的直驱式永磁同步风力发电系统的运行与控制

提出了一种基于六边形模块化多电平交交变流器(H-MMC)的直驱式永磁同步风力发电系统,可以将三相风力发电机通过一级交交变换后直接并入三相交流电网,具有功率损耗低、变流器电容电压纹波小、无升压变压器并网的优点。详细分析了该系统的功率特性及变流器子模块电容电压波动的情况,提出了基于环流控制的电容电压平衡控制和基于双比例谐振控制器的电流跟踪控制,最终实现了风力发电机最大功率点跟踪下系统的稳定运行。MATLAB/Simulink仿真和RT-LAB硬件在环实验结果验证了基于H-MMC的风电系统具有良好的稳态运行特性和动态响应特性。     

风电场接入新疆某地区电网暂态电压稳定性研究

基于电网网络特性和三相短路故障等因素,通过对普通异步风力发电机和双馈风力发电机风电场接入新疆某地区电网的仿真计算,得出了风电场暂态电压极限功率,分析了系统的暂态电压稳定性。根据仿真结果可以得出,短路容量大的系统暂态电压稳定性越强;双馈风力发电机组能够通过转子变频器进行无功电压调节控制,所以在三相短路故障时其暂态电压稳定性比普通异步风力发电机组更稳定。     

Controller saturation nonlinearity in doubly fed induction generator‐based wind turbines under unbalanced grid conditions

Doubly fed induction generator (DFIG) is widely used in wind energy generation systems due to its cost‐effective, partially rated back‐to‐back power converters, variable rotor speed operation, and maximum wind power capture. The conventional design assumes balanced grid voltage and utilizes power protection for the power converters. The DFIG wind turbine is naturally one of the major components in distributed generations of the smart grid system. However, newly developed smart grid system is rich in unbalanced loads. This paper summarizes the limiter settings of controllers and explores the nonlinear behaviors of the DFIG‐based wind power generation system with unbalanced loads. The generator rotor speed and an unbalanced load resistance are chosen as variation parameters. An emerging low‐frequency linear‐modulated oscillation at line second harmonic frequency with DC drifting is identified on the DC link voltage of the back‐to‐back power converters. In terms of second harmonic and the usually reported hazardous low‐frequency oscillation, the saturation nonlinearity and over‐modulation of the back‐to‐back power converter and its power flow are investigated and analyzed. The built‐in detailed model of the DFIG wind energy generation system in Matlab with SimPowerSystems library is used in this study. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.     

Smoothing of Wind Power Fluctuations for Permanent Magnet Synchronous Generator-Based Wind Energy Conversion System and Fault Ride-through Consideration

Due to the increment of penetration level of wind power generation, output power fluctuation is one of the most important issue's that can destabilize the power system operation. This article mainly deals with the smoothing of the output power fluctuations of a wind energy conversion system based permanent magnet synchronous generator and fault ride-through enhancement during a grid fault. The concerned wind energy conversion system based permanent magnet synchronous generator adopts an AC-DC-AC converter system. The proposed control method limits the wind energy conversion system output power by adjusting the pitch angle of the wind turbine blades when wind speed is above the rated wind speed. In the grid-side converter, a fuzzy logic controller is used to determine the torque reference for which the kinetic energy stored by the inertia of wind turbine can smooth the output power fluctuations of the permanent magnet synchronous generator. Also, the DC-link voltage, controlled by the grid-side inverter, is adjusted in accordance with the output power fluctuations of the permanent magnet synchronous generator using a voltage smoothing index. Moreover, in this aticle, the proposed method ensures that the wind turbine stays operational during grid faults and provides fast restoration once the fault is cleared. To show the effectiveness of the proposed method, simulations under different conditions have been performed by using MATLAB/Simulink® (The Math Works, Natick, MA, USA).     

双馈风力发电机组低电压穿越试验与分析

在分析双馈风力发电机组主控系统、变流器、变桨机构协同控制的基础上,提出了通过调整叶片的桨距角,减少风能的捕获,防止机组超速的变桨机构控制策略及电网电压恢复后快速、稳定恢复有功功率输出的功率给定策略。110 kW小功率试验台模拟试验及2MW双馈风电机组低电压穿越测试说明,控制策略能够满足不同风况下,双馈风电机组低电压穿越过程中转速及功率恢复的控制。     

基于超级电容蓄能的永磁同步海上风电低电压穿越研究

为避免电网电压跌落导致海上风电机组脱网运行,分析了直驱永磁同步海上风电系统的双PWM全功率变流器控制策略,提出了一种基于超级电容器蓄能的海上风电机组并网运行低电压穿越方案。在双向变流器的直流侧并联超级电容蓄能系统,利用超级电容来维持电网故障时的功率平衡,稳定直流侧母线电压。利用网侧变流器静止无功补偿运行模式控制无功电流输出,向电网提供无功功率支持。仿真结果表明了该方案在电网故障时,能有效抑制直流侧过电压,向电网提供无功功率,有利于电网故障恢复,提高了直驱永磁海上风电系统的低电压穿越能力。