并网型风电场动态无功补偿方案的仿真

目前对于并网型风电场内无功不足进行无功补偿普遍采用的方式是在异步风力发电机端并联电容器组.随着电力电子技术的迅猛发展,该补偿方式已经显现出明显弊端,将动态无功补偿装置应用到风电场中已经成为一种必然趋势.给出了风电机组模型、动态无功补偿装置模型;建立了并网风电场的仿真模型;将SVC和STATCOM这两种动态无功补偿装置分别应用到风电场中并进行了仿真对比.     

国外风力发电导则及动态模型简介

分析了美国、丹麦、德国、苏格兰以及爱尔兰等欧美国家输电网运行公司针对风力发电制定的电网导则及其对风力发电动态仿真提出的要求,讨论了四种典型风力发电机组的动态建模,并给出了恒速感应式风力发电机组和变速双馈风力发电机组的仿真实例.仿真结果表明风力发电机组具有很多不同于同步电机或马达类负荷的特性,应认真研究其对电力系统规划和运行的影响.电网导则的更新以及风机的动态建模是目前电力系统面临的重要课题.     

Speed control of grid-connected switched reluctance generator driven by variable speed wind turbine using adaptive neural network controller

In wind energy conversion system, variable speed operation is becoming popular nowadays, where conventional synchronous generators, permanent magnet synchronous generators, and doubly fed induction generators are commercially used as wind generators. Along with the existing and classical solutions of the aforementioned machines used in wind power applications, the switched reluctance generator (SRG) can also be considered as a wind generator due to its inherent characteristics such as simple construction, robustness, low manufacturing cost, etc. This paper presents a novel speed control of switched reluctance generator by using adaptive neural network (ANN) controller. The SRG is driven by variable speed wind turbine and it is connected to the grid through an asymmetric half bridge converter, DC-link, and DC-AC inverter system. Speed control is very important for variable speed operation of SRG to ensure maximum power delivery to the grid for any particular wind speed. Detailed modeling and control strategies of SRG as well as other individual components including wind turbine, converter, and inverter systems are presented. The effectiveness of the proposed system is verified with simulation results using the real wind speed data measured at Hokkaido Island, Japan. The dynamic simulation study is carried out using PSCAD/EMTDC.     

A Damping Method for Torsional Vibrations in a DFIG Wind Turbine System Based on Small-Signal Analysis

Torsional vibrations present in the drivetrain excited by turbulent winds or grid disturbances (often manifesting as voltage sags) can produce severe stresses on the components of wind turbines. This study presents a damping method for the rotor side converter of a doubly fed induction generator (DFIG)-based wind turbine to improve system damping during small grid disturbances. Within the damping strategy, torsional damper is included into the power loop of the rotor side converter to provide damping for the system. During vibrations, a well-designed low-pass filter (LPF) is employed by the torsional damper to extract the dynamics of the generator speed and to generate a damping signal. To demonstrate the proposed damping approach, the small-signal stability model of a wind turbine connected to an infinite bus system is presented, and the eigenvalue analysis is conducted to verify the damping effect introduced by the torsional damper. In the case study, grid voltage sag at the point of common coupling (PCC) is applied to excite the torsional vibration of the wind turbine shaft. The validity and effectiveness of the proposed damping approach are testified by using the simulation results against theory analysis.     

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。     

基于可变系数的双馈风电机组与同步发电机协调调频策略

双馈风电机组的解耦控制决定了其输出的有功功率无法响应电网的频率变化,当风电的渗透率不断升高时,电网的调频压力不断增大。当风电作为一种新的调频电源并入电网时,为使其更好地为电网调频服务,提出一种基于可变系数的双馈风电机组与同步发电机协调一次调频策略。在不同的运行模式下,定义并整定了双馈风电机组的可变调差系数,使其可以根据当前备用容量决定其调频出力深度;兼顾风电机组的调频备用与经济性,在频率偏差允许范围内通过协调双馈风电机组与同步发电机的调频出力,实现了既能减轻同步发电机的调频压力,又能间接减少风电机组弃风量的双重目标。仿真结果表明,所提出的调频策略可使风电机组的储备功率更加充分地参与调频,有效减轻同步发电机的调频压力。     

定桨距异步风电机组的低电压过渡能力改造

金风750 kW定桨距异步风力发电机组因无电力电子变频装置而不具有抵御电网电压跌落的能力.针对这一问题,对上述风机进行低电压过渡能力改造,通过在风机与箱式变压器之间设计安装彩钢板房,加装D-VAR RT电力电子设备,使风机在电网故障时保持发电机机端电压在额定水平上.改造后对系统进行了仿真建模试验,模拟电网电压跌落至额定值的20％极限状态下的风机与电网电压、电流变化情况,并进行了D-VAR RT设备并网运行后的静态试验数据采集分析.试验结果表明:改造后的风机具备低电压过渡功能,满足《风电场接入电力系统技术规定》要求的低电压过渡能力.     

基于双重变换器的变速风力发电机组最大功率点快速追踪系统

针对变速风力发电系统提出了一个新的最大功率点(MPP)快速追踪策略。该系统采用AC-DC-DC-AC变换器将永磁电机发出的电能传输给电网。鉴于DC-DC直流环节在能量传输中的重要性,采用了双重Sepic变换器,并进行了详细分析。仿真结果证明了该控制策略及变流系统的正确性和可行性。     

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。     

Power Control of Directly Driven Wind Generation System Based on Superconducting Magnetic Energy Storage

The increasing wind power penetration poses significant technical problems to the development of electric power systems. In this article, an integrated control strategy is proposed based on the characteristics of the directly driven permanent magnet synchronous generator wind turbine. The directly driven permanent magnet synchronous generator wind turbine is incorporated with superconducting magnetic energy storage, which can smooth the wind power fluctuations, enhance the low-voltage ride-through capability of the wind generation system, and achieve an uninterruptible power supply to local loads under isolated grid operation. According to the MATLAB/SIMULINK-based (The MathWorks, Natick, Massachusetts, USA) digital computer simulation model, the proposed control strategy is confirmed to be effective in power control of grid operation.     

Modeling, simulation and control of wind turbine driven doubly-fed induction generator with matrix converter on the rotor side

In this paper, a wind energy conversion system, which consists of a variable speed wind turbine with doubly-fed induction generator (DFIG) fed by a matrix converter is considered. The stator of the wind turbine driven generator is directly connected to the grid, while the rotor is connected via slip-rings to the output of a matrix converter. The matrix converter is supplied from the grid and replaces the conventional two back-to-back converters used for the control of a DFIG. Modeling of the energy conversion system considers super-synchronous and sub-synchronous operating conditions, which are achieved by means of the matrix converter. In order to decouple the active and reactive power, stator field oriented control is applied. Speed mode control is adopted for maximum wind energy extraction, provided that the wind speed and pitch angle of the turbine are known for each sampling period. Consequently, a 2-D lookup table calculating the reference speed by means of interpolation/extrapolation is introduced. Reactive power control is performed so that the stator reactive power is kept to zero. Promising simulation results demonstrating the control performance of the wind energy conversion system are presented.     

基于扩展状态空间分割法的含风电场电力系统运行备用风险评估

风功率的随机波动特性要求电网合理安排运行备用容量。评估大规模风电接入后电力系统的运行备用风险成为合理安排电网运行备用需要解决的首要问题。提出了一种基于扩展状态空间分割法的含风电场的电力系统运行备用评估方法。该方法可以处理风机多状态模型,同时考虑了风机自身的随机停运和风速预测的不确定性,将全状态空间划分为2个区域,分别采用枚举法和模拟法对2个子空间的系统状态进行选择,从而实现快速精确的风险评估。对我国某实际区域电网的计算分析验证了该算法的正确性和有效性。     

定子Crowbar电路模式切换的双馈风力发电机组低电压穿越控制策略

针对转子Crowbar电路的双馈风力发电机组低电压穿越需要闭锁变流器控制脉冲、直流母线电压波动无法较好地抑制,提出了一种定子Crowbar电路模式切换的双馈风电机组低电压穿越控制方案。电网发生故障时,定子Crowbar电路接入系统,双馈风电机组切换至感应发电机组模式下,转子侧变流器采用转子功率外环控制,网侧变流器采用功率协调控制方案,将机侧功率当作前馈量引入到网侧变流器控制策略中并向电网注入无功功率。仿真分析表明,所提控制方案在确保实现双馈风电机组低电压穿越的同时,能够有效地降低转子暂态电流、稳定直流母线电压,并向电网提供无功功率。     

电力系统对并网风电机组承受低电压能力的要求

阐述了风电机组低电压穿越原理和相应的控制策略,在电力系统仿真分析软件DIgSILENT/Power Factory中建立了具有低电压穿越功能的双馈风电机组模型。以某地区电网为例进行仿真计算,并提出了一种确定风电机组低电压穿越参数与要求的方法。通过计算系统中所有母线依次发生短路时风电机组在短路瞬间的机端电压值,在地理接线图中标出了系统中不同母线短路时对风电机组端电压的影响程度,据此给出了风电场低电压穿越功能中的电压限制值。分析结果表明,在某些情况下要求风电机组具有很强的低电压穿越能力是不符合实际的;而在另外一些情况下则必须要求风电机组具有较好的低电压穿越能力,否则会对系统的稳定运行构成威胁。因此,应根据具体接入方案计算风电机组低电压穿越功能中的电压限值。     

风电场故障特性仿真研究

在DIgSILENT/Power Factory中构建了含风电场的电力系统仿真模型,对由恒速异步风电机组和双馈异步风电机组构成的风电场的故障特性及其影响因素进行了仿真研究,对比分析了不同类型的风电机组与相同容量的同步机组的故障特性的异同。仿真和分析结果表明：不同类型的风电场在系统故障时提供的短路电流不同,并远小于相同容量的同步机组所提供的短路电流,因此可以在短路电流过大的地点建设相同容量的风电场而不是传统的火电厂;在含风电场的配电网中,要考虑风电场对继电保护的影响,在风电接入系统的可研阶段不能简单将风电场视为相同容量的同步机组进行研究。     

并网双馈风电机组低电压穿越能力研究

详细分析了双馈风电机组LVRT功能的实现原理,并在电力系统仿真分析软件PSASP中建立双馈风电机组的LVRT功能模型,采用地理接线图直观地表示风电场外部系统发生短路故障瞬间对风电机组端电压的影响,并以我国某地区电网为例来分析在风电场接入方式不同的情况下系统短路故障对风电机组的影响,根据仿真结果给出风电机组LVRT能力的最低电压限值要求。最后提出了利用串联制动电阻来提高风电机组的LVRT能力的新方法。分析结果表明,串联制动电阻能够可观地提高风电机组的低电压穿越能力,具有较高LVRT能力的风电机组,可以节省一定的投资费用,在一定程度上降低了风电的上网电价。     

风电机组电磁暂态建模及验证

风电机组暂态响应特性对新能源基地及近区电网的安全稳定运行影响很大,建立准确的风电机组模型对新能源并网具有重要意义。现有风电机组模型大多采用典型模型,与风电机组实际响应特性有一定差距,不能满足电力系统仿真需求。提出“现场试验—控制硬件在环（control hardware in the loop, CHIL）—动态链接库（dynamic link library, DLL）建模”的风电机组电磁暂态建模方案。构建基于现场可编程门阵列(FPGA)的CHIL仿真平台,并以风电机组暂态特性现场试验为基准,验证CHIL建模的准确性。提出以DLL为核心的“去控制器”数字建模方法,将风电机组的源控制代码封装后接入数字模型,实现风电机组电磁暂态建模,并以CHIL为基准进行校验。通过上述两级时域一致性验证,证明了所提建模方案的可行性和准确性。     

基于αβ坐标系模型的双馈风力发电机参数辨识

目前双馈式风力发电机(DFIG)为国内外风力发电机的主流机型。要研究大规模风电并网对电力系统可靠性和稳定性等方面产生的影响,必须要有准确的风力发电机的模型和参数。研究了双馈风力发电机的模型参数辨识方法。首先在Matlab/Simulink环境中搭建了风力发电机并网的仿真模型,得到并网的实测数据。然后选用发电机的αβ坐标系数学模型,在对模型进行可辨识性分析的基础上得到定子自感、定转子互感的表达式。最后利用遗传算法,并采用分步辨识策略,进一步辨识出转子初相位θ0角、定子自感、定转子互感、转子互感等风力发电机参数。为研究大规模风电并网等课题提供了可靠的理论依据。     

双馈型风力发电机无功控制模型参数灵敏度分析

随着风电的不断发展,大规模风电并网后对电网造成的影响也日益明显。双馈风机可以对有功、无功进行解耦控制,具有独立、灵活的无功功率控制能力,因此分析双馈风机在电网发生故障期间的无功响应是研究风电并网后风力发电机对电网电压稳定影响的关键,对双馈风机无功控制部分模型的分析十分重要。为更准确地分析双馈机对电网电压稳定性的影响,对GE双馈型风力发电机模型进行了研究,在PSASP仿真平台上分析了模型中各个参数的灵敏度,提出了仿真的关键参数并解释了这些参数的物理意义。     

含双馈风电机的电力系统电压稳定性分岔分析

风电并网改变系统潮流,为研究风电并网对电压稳定的影响,建立含双馈异步发电机组（DFIG）风电系统的动态模型,提出一种新的处理DFIG转子控制电压值的方法.该电压控制方法将DFIG稳态转子控制电压值作为动态DFIG模型的转子控制电压值,随着系统运行状态变化而改变控制电压值.应用延拓法追踪动态负荷参数变化时系统的平衡解流形,并采用分岔理论分析动态负荷参数变化对风电系统电压稳定的影响.仿真结果表明,不同的风力机模型会使电压稳定性分析结果产生差异,且上述新的DFIG转子控制电压方法更加精确、可行.