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。     

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。     

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.     

适应频率变化的双馈风电机组稳定分析改进模型

为分析变速恒频风电机组在不同电网频率下的稳定性,提出了考虑适应电网频率变化的双馈风电机组小干扰稳定性的电磁暂态模型。首先,分析了双馈感应发电机现有常规电磁暂态模型不含电网频率导数项,不能反映电网频率变化的问题,提出了双馈感应发电机改进转子暂态电动势的表达式,并建立了含变流器控制系统在内的双馈风电机组小信号改进模型。其次,采用特征值方法,对不同电网频率运行下采用改进及常规双馈感应发电机电磁暂态模型时的系统特征值进行计算与稳定性分析。最后,建立考虑电网频率变化的双馈风电系统时域仿真模型,分别对不同电网频率及不同负荷扰动下的风电机组有功功率和转速特性进行仿真。理论分析及仿真结果表明,相对常规电磁暂态模型,所提出的双馈风电机组改进模型对电网频率变化更为敏感,可适应频率变化的双馈风电机组小干扰稳定分析。     

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。     

双馈式风力发电系统的机电暂态建模与运行分析

为了准确分析双馈式风力发电系统及其在电网中的运行特性,建立了该系统的机电暂态模型。应用机理建模方法建立了风力机、机械转动装置和双馈异步发电机等双馈式风力发电系统各组件的数学模型和桨距角控制模型。基于电磁暂态模型结合机电运行特性建立了转子侧和网侧的变流器控制系统模型。在此基础上,在PSASP7.0建模系统中构建了完整的双馈式风力发电系统的UD模型。将该UD模型应用于含双馈式风力发电的单机无穷大系统中,对风速变化和电网故障等情形进行了仿真分析,结果表明所建模型能正确反映系统的机电暂态特性和运行特性。     

双馈风机的电磁暂态平均化建模和快速仿真

为了精确、快速地模拟大量风电机组并网后的暂态响应,需要研究双馈风机的快速电磁暂态仿真模型和方法。在脉宽调制(pulse width modulation,PWM)变流器的分段平均化模型和改进电磁暂态仿真(electromagnetic transient simulation program,EMTP)算法的基础上,提出了双馈风机的电磁暂态平均化建模方法。利用平均化建模方法,将风机中的时变子系统转化为分段定常子系统,从而避免了频繁修正系统的导纳矩阵,并可采用较大的积分步长。测试结果表明,快速仿真模型和方法可以在保证仿真结果正确性的前提下,大幅提高仿真效率。     

基于暂态能量流的双馈风电机组强迫振荡源定位

暂态能量流法是一种新型的振荡源定位方法。首先,根据暂态能量流的计算公式,结合双馈风电机组的轴系模型、网侧变换器模型及双馈感应电机的三阶简化模型,推导适用于双馈风电机组的暂态能量流,并定义能流功率作为判断能量流向的指标。然后,对双馈风电机组加入强迫振荡源后的频率特性进行分析。最后,基于PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真平台搭建包含强迫振荡源的单机无穷大系统和多台风电机组经串补并网系统进行时域仿真。利用采集的数据计算暂态能量流和能流功率,验证了暂态能量流法对双馈风电机组强迫振荡源定位的有效性。     

基于PSCAD/EMTDC的双馈式风力发电机建模与仿真分析

在交流励磁双馈发电机的数学模型基础上,详细分析了交流励磁双馈发电系统在PSCAD/EMTDC软件环境下的建模方法,包括风力机模型、网侧换流器模型、机侧换流器模型及其控制系统模型.搭建了双馈式变速恒频风力发电系统的电磁暂态模型,并对双馈风力发电机组整体模型进行了联调仿真分析,实现了最大风能捕获,有功功率和无功功率的解耦控制以及变速恒频运行的控制目标.     

含特高压直流的多馈入交直流系统动态特性仿真

以研究2010年南方电网动态特性为目的，提出了含±800 kV特高压直流的多馈入交直流系统动态特性仿真研究重点，解决了大规模多馈入交直流系统电磁暂态仿真时系统等值、模型处理以及仿真步骤等问题。依此运用PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真软件，建立了包含±800 kV云广特高压直流等5条直流输电线路的电磁暂态仿真模型，研究中换流器模型采用详细模型。在此基础上研究了交直流系统各种故障下的动态特性，研究结果为南方电网规划及安全稳定措施的制定提供了理论依据。提出建立电磁暂态仿真模型，为研究大规模含特高压直流的多馈入交直流系统的动态特性提供了一套可行的方法。     

双馈感应变速恒频风力发电机控制系统研究

结合双PWM变换器、双馈感应发电机和矢量控制技术的优点,根据双馈感应发电机的数学模型,建立了双馈感应变速恒频风力发电机矢量变换控制系统框图,并对系统进行了实验研究,获得了良好的控制性能,得出该系统能够在变风速的情况下最大程度地获得风能,提高发电质量.     

含不同风电机组的风电电网仿真研究

为了研究包含恒速异步风力发电机和双馈异步风力发电机的风电场对电网的影响,应用Matlab 7.0建立了含不同风电机组的风电场动态模型。分析了风电场对电网暂态稳定性的影响,风电机组电压恢复情况,有功、无功变化情况,以及不同风电机组的低电压穿越能力。仿真结果表明：双馈异步风力发电机变速平稳、低电压穿越能力较强,有利于优化电能质量;当电网发生故障时,应针对不同的风电机组采取不同的控制策略以提高电力系统稳定性。     

基于变结构控制的变速恒频双馈风力发电机并网控制

将矢量控制技术、逆系统方法、变结构控制技术相结合,提出了一种新的变速恒频双馈风力发电机空载并网控制策略.双馈异步发电机的数学模型在m一t坐标系下是一个非线性耦合系统.采用逆系统方法将转子电压方程线性化解耦,构造出伪线性系统;然后,设计伪线性系统的变结构控制律;利用Matlab软件搭建了变速恒频双馈风力发电系统的仿真模型,进行仿真分析.仿真结果表明,所采用的控制策略能够完成发电机平滑接入电网,并网运行效果理想,实现了定予输出有功与无功功率的独立调节.与PI控制方案相比,变结构控制方案具有更好的动态响应性能.     

无功与电压控制方式对双馈风机轴系的暂态稳定性影响

针对双馈风电场的不同控制策略对轴系暂态特性的影响,提出了基于PI控制的双馈风电机组转子侧的有功、无功、电压控制策略。搭建双馈风机系统等效二质量块数学模型。在Matlab/simulink搭建了某风电场的电力系统仿真模型,对无功、电压控制模式下轴系暂态运行工况进行仿真,验证了所提控制策略的正确性与有效性。     

Study on Dynamic Participation of Wind Turbines in Automatic Generation Control of Power Systems

This article presents the design of optimal automatic generation control regulators for an interconnected power system incorporating dynamic participation of doubly fed induction generator based wind turbines. Two power system models are identified for the investigations. Power system model 1 is a two-area interconnected power system consisting of identical plants with non-reheat turbines, whereas power system model 2 consists of identical plants with non-reheat turbines and dynamic participation of doubly fed induction generator based wind turbines in both areas. An AC tie-line is used as area interconnection in both power system models. The designed optimal automatic generation control regulators are implemented, and the system dynamic responses for various system states are obtained considering a 1% load disturbance in one of the areas. The pattern of closed-loop eigenvalues is also determined to investigate system stability. From the investigations carried out in the work, it is inferred that the incorporation of doubly fed induction generator based wind turbines in both areas has appreciably improved the dynamic performance of the system under consideration. Moreover, system stability is ensured for both power system models.     

基于PSCAD的2MW双馈风力发电机组低电压穿越能力研究

随着以变速恒频双馈异步发电机为主体的大型风力发电机组在电网中所占比例的迅速提高,电力系统对并网风机在外部电网故障,特别是电网电压跌落下的不间断运行能力提出了更高的要求。首先介绍了德国EON风力发电系统低电压穿越标准,在定子磁链定向的基础上推导了双馈风力发电系统的有功无功解耦控制策略,最后在PSCAD中建立了具有Crowbar保护电路的2 MW双馈风力发电系统模型。仿真结果表明双馈风力发电系统具有很好的电压风穿越能力,正常运行状态下能够实现单位功率因素运行。     

不同风力机风速突变对其并网系统影响分析

在风速突变条件下,对异步式、双馈异步式、直驱式风机接入电网时电压和风能利用率进行了研究,通过对动态模拟仿真结果对比分析可知,在风速突变时,其中直驱式和双馈式风机对并网系统电压影响较小,且风能利用率较高,而异步风机对系统电压影响较大。     

基于PSCAD/EMTDC的双馈型风电机组连锁脱网研究

随着大规模风电机组并网数量的不断增加,风电机组脱网问题成为威胁电网安全稳定运行的重要因素。分析了双馈感应风电机组单机运行特性,在电力系统仿真平台PSCAD/EMTDC中搭建了双馈型风电场群的两机仿真等值模型。通过仿真模拟机组连锁脱网过程,揭示了双馈型风电机组群的连锁脱网机理。     

并网风电场改善系统阻尼的仿真

提出一种基于双馈变速风电机组的系统稳定控制技术,将双馈电机转差信号引入转子侧变频器控制模型。在系统发生功率振荡时,通过改变转子励磁电压的相角调节双馈变速风电机组输出与振荡相关的阻尼功率,达到使风电场能够改善系统阻尼的目的。在电力系统分析软件DIgSILENT/PowerFactory中建立风电场和实际电力系统等效模型,对双馈变速风电机组采用电力系统稳定器(PSS)前后的系统进行特征值分析和系统故障时域仿真。2种分析结果表明,引入PSS控制环节的基于双馈变速风电机组的并网风电场能够改善系统阻尼,对系统功率振荡具有很好的阻尼和抑制作用,加强了系统动态稳定性。     

并网双馈异步风电机组模糊自适应控制

介绍了双馈感应风力发电系统运行的基本原理。在变风速下,根据最大功率跟踪控制原理,利用发电机输出功率误差和发电机的转速误差,提出用模糊控制器代替风速测速仪来跟踪发电机的最佳转速,保证在额定风速下,使风机运行在最佳叶尖速比,风能利用率最佳,避免了湍流塔影等因素对风速测量的影响。同时,在外环功率PI调节器中,引入模糊控制来提高在额定风速下双馈感应发电机功率解耦的快速跟踪。最后,通过对整个风电系统包括风力机、双馈感应电机(含网侧及转子侧变换器)、控制器(含网侧及转子侧控制器)进行建模及仿真来验证模糊控制策略的可行性。