风力发电讲座第四讲 风力发电机组的并网运行

风能是我国目前开发利用比较成熟的一种新能源,风电事业正在我国蓬勃发展。为了帮助读者了解风力发电知识,我们请长期从事风力发电研究工作的中国科学院电工研究所倪受元研究员撰写了《风力发电》讲座,以飨读者。 ——编者 风能是一种不稳定的能源,如果没有储能装置或与其他发电装置互补运行,风力发电装置本身难以提供稳定的电能输出。为了解决风力发电稳定供电的问题,目前国内外比较一致的看法是：大型风力发电机 (1000千瓦以上 )并网运行;中型风力发电机 (从几十千瓦到几百千瓦 )或者并网运行,或者与柴油发电机或其他发电装置并联互补运行;小型风力发电机 (10千瓦以下 )主要采用直流发电系统并配合蓄电池储能装置独立运行。 1 恒速恒频风力发电机的并网运行 中大型或大型风力发电机 (几百千瓦到几兆瓦 )主要是采用并网运行方式,在这种运行方式中主要解决的问题是并网控制和功率调节问题。下面根据风电系统所采用的发电机类型分别作一介绍。 1 1 同步发电机的并网运行 风力驱动的同步发电机与电网并联运行的电路如图 1所示。除风力机、增速器外,电气系统包括同步发电机、励磁调节器、断路器等,发电机通过断路器与电网相联。其运行特点是： 1 同步并网同步发电机与电网并联合闸前,为了避免电流冲击和转轴受到突然的扭矩,需要满足一定的并联条件,这些条件是：风力发电机的端电压大小等于电网的电压;风力发电机的频率等于电网的频率; 并联合闸的瞬间,风力发电机与电网的回路电势为零; 风力发电机的相序与电网的相序相同。由于风力发电机有固定的旋转方向,只要使发电机的输出端与电网各相互相对应,即可保证第 4个条件得到满足。所以在并网过程中主要应检查和满足前三个条件。     

双馈风力发电机无速度传感器控制

提出了一种新型的基于模型参考自适应原理的双馈风力发电机的无速度传感器矢量控制方案.根据双馈风力发电机运行的特点,针对双馈发电机并网前空载励磁阶段和并网后发电运行阶段分别采用了不同的无速度传感器矢量控制方案.在发电机并网前,根据双馈发电机空载时定子侧电压矢量的q轴分量估计发电机并网前转速及转子位置.在并网运行阶段采用了一种基于双馈电机磁链关系的模型参考自适应方法进行转速及转子位置的跟踪.最后在理论分析的基础上,在实验室的双馈风力发电机组模拟平台上进行了实验研究.实验结果证明了该文提出的双馈风力发电机无速度传感器矢量控制方案的正确性和可行性.     

模糊控制在大型风力发电机并网控制中的应用

阐述了在风力发电机并网控制过程中采用的一种模糊控制系统。该系统利用多传感器对风机并网时的转速、风速、电压、电流等四个主要参量进行综合监测 ,以微控制器为处理核心 ,将所得到的多路信息利用模糊技术进行处理 ,最终做出相应反应。该系统对提高风力发电机运行的可靠性和并网成功率 ,减轻风力发电机并网时对电网的冲击都有很大的好处     

带有RCC的异步风力发电机系统的特性分析

介绍了带有转子电流控制器（RCC）的变桨距调节异步风力发电机系统的基本原理及其控制策略。基于Saber仿真软件，建立了变桨距风力机、绕线式异步发电饥、转子电流控制器以及风速等的仿真模型，并以此为基础深入研究了该类风力发电机系统的运行特性。仿真分析表明，引入转子电流控制可以明显改善发电机的输出电能品质，降低变桨距风力机的调节频率，延长变桨距机构的使用寿命。制作了一套7．5kW模拟异步风力发电机的RCC系统，对带有RCC的异步风力发电机系统进行了模拟实验研究。     

可编程控制器实现风力发电机安全运行的处理方法

针对５５ｋＷ风力发电机对控系统特殊要求，结合可编程序控制器的性能特点，利用Ｃ６０Ｐ型可编程序控制器成功地实现了国产中型风力发电机控制系统的长时间安全运行。     

风力发电机组并网控制与仿真分析

用仿真方法研究了基于双馈异步发电机的风力发电机组的并网过程,分析了不同因素对发电机并网过程的影响。针对使风力发电机并网时可能产生较大冲击的各种因素,充分利用双馈感应发电机转子励磁的特点,提出了抑制和消除冲击的措施,以实现风力发电机组的快速、平稳并网。     

交流励磁变速恒频风力发电机并网同期控制

探讨了交流励磁变速恒频风力发电机组同期控制并网过程运行原理,研究了基于定子磁链定向矢量控制技术的发电机并网控制策略,建立了交流励磁变速恒频发电机并网过程的仿真模型,验证了并网控制策略的有效性于可行性.     

大型并网风电机组控制系统的研制

大型并网风力发电机组的关键技术是机组的控制系统。本文描述了这种控制系统的软并网装置,通用控制器与风力机组输入－输出信号模板,专用大型并网型风力机监控管理软件设计、整机的现场联机运行调试及全自动无故障运行。     

双馈风力发电机组并网控制策略及性能分析

为了实现双馈风力发电机组无冲击电流并网,基于电网电压定向矢量控制技术,提出了一种考虑转子电流动态调节特性的双馈风力发电机组空载并网控制策略。基于Matlab/Simulink仿真平台,建立了双馈风力发电机系统及其并网控制的数学模型,并对不同初始运行转速的双馈风力发电机组的自动并网运行特性进行了仿真。仿真实验结果证明无论初始转速为同步转速,还是超、亚同步转速,利用提出的并网控制策略,双馈风力发电机组能很好快速地建立定子电压,并网过渡过程定子电流基本没有冲击。     

风电变流器故障诊断

风电在全国迅猛发展,很多地区都建设了大型的并网式风电场,大量风力发电机装设上以后,经过一段时间的运行,其故障后的维护与检修就成为不可回避的问题.现在并网型风力发电机中很多都装设有电力电子变流装置,由于所处位置多位于风力发电机与电网之间,这些装置一旦发生故障,如不及时处理,轻则会引发波形畸变降低供电质量,重则将会影响整...     

基于DSP实现风力发电机组并网运行

提出了一种风力发电机组并网运行系统;研究了基于数字信号处理器-DSP(TMS320F240)控制的发电机转速驱动控制系统;详细介绍了该系统的DSP控制器的硬件电路设计,实现了对发电机转轴的速度检测和滑差离合器励磁线圈的电流检测;最后给出了该系统的软件设计方案及控制策略,完成对整个系统的控制,使发电机转速稳定,且输出稳定的频率和电压.     

失速型风电机组软并网控制新算法

在介绍软并网控制系统的基础上,针对失速型风电机组的特点提出了一种简单、可靠的数字触发新算法--双余算法.该算法计算简便,具有较快的响应时间、良好的适应性和抗干扰能力,占用系统资源少,便于现场调试.以此算法为基础设计的软并网控制系统,应用在新疆达坂城风电场F3号等机组上,收到了非常满意的效果.该软系统对提高风力发电机运行的可靠性和并网成功率,减轻风力发电机并网冲击电流有很大的作用.     

基于模糊控制的双馈发电机并网控制策略分析

针对风力发电传统并网方式的缺陷,提出了模糊PI控制器与电压环、电流环和矢量控制相结合的新型控制策略,通过Matlab/simulink平台搭建并网控制仿真模型,发现双馈风力发电机定子电压的频率、幅值、相位比传统并网方式更接近电网电压,实现了无冲击并网的目的,并验证该控制策略的正确性和优越性。     

大型直驱永磁风力发电机及其并网运行研究

为了研究大型直驱式永磁风力发电机控制及其并网后在电力系统中的运行,建立了风速模型、发电机模型,对直驱式永磁风力发电机的工作原理进行了研究,对风力发电机接入电网运行进行了分析,并对最大功率跟踪和桨距角控制进行了研究.采用理论分析与计算机仿真方法,给出了仿真结果.结果表明,直驱永磁风力发电机在低于额定风速时可以跟踪最大功率,高于额定风速时可以保持额定功率;直驱式永磁风力机对故障电流无贡献,对电网谐波影响很小,几乎不存在闪变问题,对电网频率稳定性无贡献.     

风力发电机多域物理建模方法及独立变桨模糊控制器优化研究

针对独立变桨风力发电机,分析了风力发电机运行原理,基于以上原理在Matlab下分别建立了1.5MW独立变桨风力发电机的监测控制系统、独立变桨距控制系统、偏航控制系统、液压执行器系统和电网系统的物理模型,设计了独立变桨距控制模糊PI控制器,与传统PI控制器进行了仿真对比。仿真结果表明了该物理模型的正确性,对比结果表明,模糊PI控制器不仅能提高节距角跟踪精度而且能够稳定输出电压和输出功率,同时也减小了拍打震动和桨叶载荷。     

变速变桨风力发电机控制研究

近十年来,风力发电产业飞速发展。风力发电机功率和风轮直径不断增加,这对风力发电机控制器设计要求越来越高。文章以FD120A风力发电机组控制器设计为例,分析了如何提高风力发电机风能的捕获,介绍了力矩控制器和变桨控制器以及驱动链和塔筒阻尼器的设计。     

基于自适应模型预测的风电场低压穿越控制机制研究

风电场并网需满足并网导则的电压要求,双馈型风电场的无功功率输出主要来源于风力发电机网侧换流器、风力发电机定子和静态同步补偿器,因此在风电并网过程中,特别是低压穿越过程中,须要调节三者的无功功率输出,来保证风力发电机并网的可靠性。文章在建立无功功率调节方式数学模型的基础上,实现低压穿越过程中3种无功补偿方法的协同参与,并利用自适应模型控制风力发电机的定子。此外,根据电压的跌落情况,确定风力发电机网侧换流器和静态同步补偿器的无功功率输出,进而确定风力发电机定子控制过程中的最优化跟踪目标函数,以实现多种无功功率调节方式的协同参与。最后,利用风电场单机等值模型仿真结果对自适应模型预测方法进行验证。分析结果表明,相比于传统模型预测控制方法,采用自适应模型预测控制方法后,风电场静态同步补偿器的输出功率减小了14%。     

用于风电场并网中无功电压调节的UPFC仿真分析

以笼式异步电机为基础的风力发电机组并网运行时需要吸收大量无功功率,如果不能提供充分的无功补偿,会导致风电场电压跌落,部分风机脱离,系统无法正常运行。而统一潮流控制器（UPFC）具有控制线路潮流,提高电网稳定的作用,可以应用于风电并网之中。针对上述问题,在某一风场内的变风速条件下,用软件MATLAB/simu link建立基于恒速恒频异步发电机的风电机组并网模型并仿真,通过分析仿真结果,对比应用UPFC进行无功补偿前后风电场及电网的运行状态变化,证明UPFC可以调节带有风电场的系统无功功率和电压,维持电网稳定运行。     

国产200kW风力发电机微机控制器

国产２００ｋＷ风力发电机微机控制器高海建目前国外大中型风力发电机普遍采用微机控制，实现风力机群自动控制，无人值守。该微机控制器是以８０３１单片机为主芯片的控制系统，可实现无人值守，自动记录数据，故障判断，汉字显示和机群集中管理。１系统硬件结构该系统采...     

垂直轴风力机技术讲座(六)垂直轴风力机应用及其发展前景

1 垂直轴风力发电机的应用 以发电为目的垂直轴风力机主要有以下几种形式:大型并网垂直轴风力机;大型离网垂直轴风力机;小型并网垂直轴风力机;小型离网垂直轴风力机:互补型垂直轴风力发电机.