双馈风电机组参与系统辅助频率控制的仿真

通过建立Matlab双馈机组风力发电仿真系统、增加频率控制环节,模拟系统频率变化时双馈风力发电机短时释放或吸收转子动能的情况,研究其辅助系统频率控制的作用。仿真结果显示,含双馈风力发电机组的风电场也能像常规机组一样参与系统辅助频率控制。     

改善电力系统阻尼特性的双馈风电机组控制策略

为了增强含有大型风电场的电力系统的机电阻尼,提出了一种新型双馈风电机组的附加阻尼控制策略的设计方法。首先,提出了风电场动态频率特性的概念,推导了动态频率特性的计算公式;然后,基于动态频率特性的概念,证明了风电场对其接入的电力系统产生纯阻尼作用的相位条件和幅值条件,基于这一条件,在传统双闭环控制结构的基础上设计了附加阻尼...     

动态调整转子撬棒阻值的双馈风电机组低电压穿越方法

双馈感应发电机(DFIG)等大型电力电子发电设备接入电网,改变了电力系统源端的暂态特性。在系统故障下,为保证DFIG不脱网运行,常采用转子撬棒保护电路完成低电压穿越(LVRT)。DFIG的暂态特性与故障发生时刻和故障程度有关,传统固定阻值的撬棒电路很难保证不同故障下的LVRT。从时域角度推导了撬棒投入后的暂态转子电流表达式,并提出了基于动态调整转子撬棒阻值的DFIG的LVRT方案,制定了转子撬棒自适应控制策略及阻值整定方法。仿真分析了不同电压跌落深度下所提方案的LVRT特性。结果表明,所提方法不仅能够满足不同电压跌落深度下的转子电流和直流母线电压,而且降低了撬棒投入次数及时间。     

双馈感应风电机组在电网频率变化时的响应特性分析

针对风电机组双馈感应发电机在电网频率变化时给电网频率调节带来的问题,阐述了DFIG风电机组单机联网运行仿真模型和系统参数,通过仿真算例分析了双馈感应风力发电机组在电网频率突变时的频率响应特性。仿真结果表明,电网频率突变后,双馈感应风电机组的动态调节过程持续时间快于火电机组3倍;在桨距角不变、动态过程中,双馈感应风电机组能够对电网频率突变进行响应,而稳态时不能对电网频率变化进行响应。     

双馈变速风电机组低电压穿越控制方案的研究

根据紧急电网规程要求,电网故障时风电机组应能保持与电网连接并向系统不间断供电,故人们开始关注风电机组在暂态过程中的表现,并相应提出了低电压穿越(LVRT)要求.讨论了外部电压骤降下DFIG风电系统的低压穿越控制策略和保护方案,在电力系统仿真分析软件DIgSILENT/Power Factory中建立了双馈风电机组的详细模型及其LVRT控制模型,并对一个风电场连接无穷大系统进行了仿真,比较了不同故障严重程度时双馈机组的低电压控制方案.仿真结果表明,转子快速短接保护装置(Crow-bar)在电网暂态过程中可以有效防止过电流对转子变频器的危害,其切除时刻对故障电网恢复和变频器保护有较大影响.通过合理地控制能使风电场穿越较为严重的电网故障,并且无需吸收大量无功功率,有利于电网的恢复.     

电网电压不对称跌落下双馈风电机组转子电压分析

在实现低电压穿越的过程中,双馈感应发电机(DFIG)定子始终与电网相连,电机在电网电压跌落和恢复作用下的磁链动态响应会引起转子过电压,威胁转子变流器的安全,导致低电压穿越失败。文中基于DFIG动态模型,针对电网电压三相不对称跌落,提出了根据正序和负序电网电压分别求解电机定子磁链和转子电压动态响应的方法,采用电机定子磁链和转子电压矢量轨迹图直观地描述了电机动态响应过程,并给出了转子电压在不对称跌落期间的稳态值、不同跌落和恢复时刻下的最大值和最小值。相应的DFIG仿真结果验证了所述理论分析的正确性。最后,提出了一种转子有源Crowbar电阻的设计方法。     

双馈风电机组转速观测及容错控制策略

从旋转电机稳定运行基本原理出发,提出了一种基于锁相环的双馈感应发电机(DFIG)转速冗余信号观测方法,并研究了基于故障诊断的转速传感器容错控制策略.在介绍双馈风电机组控制系统转速信号作用的基础上,首先建立了基于锁相环的DFIG转速信号观测器模型;其次,通过对风速阶跃变化情况下双馈风电机组运行性能的仿真,将所构建的转速观...     

双馈风电机组低电压穿越控制策略的研究

阐述了双馈式风电机组输入输出反馈线性化的控制原理和动态数学模型(包含变换器),用输入输出反馈线性化的非线性控制方法设计出新型的低电压穿越控制策略,并利用修改的WSCC-9节点系统对所设计的控制策略进行了仿真实验.实验结果表明,所设计的控制策略明显优于传统的矢量控制策略,增强了风电机组的低电压穿越能力,提高了风机并网点电...     

基于转子动能调节的风电输出功率平滑控制策略比较与改进

湍流风况下,基于传统最大功率点跟踪模式控制的风电机组输出功率剧烈波动,会对电能质量及电网稳定造成负面影响,而通过调节风电机组转子惯性动能可平滑快速波动的输出功率。文中从风电机组转子惯性动能控制的关键参数功率参考值出发,通过建立系统传递函数,比较现有文献中提出的两种转子动能控制方法,即一阶滤波法和二阶滤波法,分析功率平滑控制的机理。在此基础上,提出了一种基于模糊控制器的新型变参数二阶滤波器转子动能控制策略。通过模糊控制器在线调整滤波参数,提升了在强湍流风况下的风电输出功率平滑效果,且有效避免了转速越限造成的电磁功率突变。最后,仿真与实验结果表明了所提转子动能控制策略相较于传统方法具有更好的功率平滑能力。     

考虑Crowbar阻值和退出时间的双馈风电机组低电压穿越

在电网发生严重故障情况下,双馈风电机组多采用Crowbar保护电路以实现低电压穿越(LVRT),而Crowbar阻值和退出时间对LVRT效果有很大影响.文中从磁链角度推导给出了双馈感应发电机(DFIG)在并网运行情况下发生机端三相短路故障后的转子短路电流表达式及最大短路电流估算式,并给出了Crowbar阻值的整定方法.为了验证推导所得转子电流表达式的正确性,并分析Crowbar阻值与最大短路电流及其出现时间之间的关系和Crowbar阻值及退出时间对DFIG的LVRT效果的影响,针对1.5 MW DFIG进行了一系列仿真分析,结果表明:推导所得转子短路电流表达式及最大短路电流估算式比较准确;随着Crowlbar阻值的增大,最大转子电流逐渐减小,其出现时间在半同步周期内逐渐提前,但转子侧最大电压逐渐升高;在保证网侧变流器不过压的情况下,若Crowbar阻值在合理范围内偏大且Crowbar在故障切除前退出运行,则DFIG的LVRT效果更好.     

考虑惯性调频的双馈风电机组主动转速保护控制策略

双馈风电机组模拟惯性调频能响应系统频率变化、缓解大规模风电并网导致的系统惯性降低问题。但是转子储存动能有限,当转子转速下降到一定限值时风电机组将退出调频并恢复转速,这将引起系统频率二次跌落。文中首先对双馈风电机组在不同风速区内的惯性调频特性进行了分析,并量化分析了不同风速区内风电机组参与调频过程中的有效释放动能,然后提出了基于动能损失负反馈的主动转速保护控制策略。该策略根据双馈风电机组容量和实时运行工况调整转速保护控制器的比例—积分系数,使双馈风电机组随着转子转速下降逐渐退出调频过程,从而维持风电机组在释放动能过程中自身的稳定性,避免频率二次跌落。不同风速区内仿真结果验证了所提主动转速保护控制策略的有效性。     

超速风电机组的改进频率控制方法

开发风电机组的控制潜力向电力系统提供频率控制成为对风力发电的新要求。传统的针对超速风电机组的频率控制方法没有考虑对风电机组旋转动能的有效利用,缺乏根据风电机组运行状态对频率控制器参数进行整定的方法,尚未充分发挥风电机组的频率控制能力。因此,提出了超速风电机组的改进频率控制方法,将超速风电机组的转子旋转动能用于降低系统频率变化率,超速减载功率用于系统一次调频,提出了考虑风电机组运行状态的频率控制器参数整定方法。仿真结果表明,提出的控制方法能够充分利用风电机组的旋转动能和减载功率提升系统频率控制效果,同时防止风电机组过度响应,有利于风电机组安全运行。     

基于双馈风机转子侧变流器的次同步谐振抑制方法

从双馈风机产生次同步谐振的机理出发,当双馈风机转速变化时,其电磁转矩变化量可以分为转子转矩变化量和定子转矩变化量两部分。基于双馈风机转子侧变流器,提出一种新的抑制次同步谐振的附加阻尼控制策略。通过在转子侧变流器控制策略中引入附加控制,产生一个与转速反相的附加转矩,为系统提出正阻尼。然后,利用PSCAD/EMTDC对所提出的附加阻尼控制策略进行仿真验证。结果表明,通过对转子侧变流器进行附加阻尼控制后,可以有效抑制次同步谐振的发生。     

基于功率跟踪优化的双馈风力发电机组虚拟惯性控制技术

基于电力电子换流器并网的变速恒频风力发电机组对电力系统的惯性几乎没有贡献,这将成为风电场大规模接入电网之后面临的新问题。在分析双馈风电机组运行特性和控制策略的基础上,研究双馈机组的虚拟转动惯量与转速调节及电网频率变化的关系,提出双馈风电机组的虚拟惯性控制策略。该控制策略通过检测电网频率变化来调节最大功率跟踪曲线,从而释放双馈机组"隐藏"的动能,对电网提供动态频率支持。通过对含20%风电装机容量的3机系统的仿真分析,验证该控制策略在系统出现功率不平衡后,能够利用双馈风电机组的虚拟惯量使风电场具备对系统频率快速响应的能力,从而提高了基于双馈风电机组的大规模风电场接入电网后的电力系统频率稳定性。     

基于最佳功率给定的最大风能追踪控制策略

采用双馈异步发电机(DFIG)的交流励磁发电技术不但能在变速情况下实现恒频发电,更能通过对DFIG输出有功、无功功率的解耦控制,实现最大风能的追踪.为能在不检测风速的条件下实现最大风能的捕获,提出了基于参考功率优化计算模型的最大风能追踪控制策略,其本质是通过控制DFIG的输出有功功率来间接控制风电机组转速以追踪风力机最佳功率曲线.在此基础上,建立了基于矢量变换控制技术的完整的变速恒频(VSCF)风力发电控制系统.仿真和实验结果验证了该最大风能追踪控制策略的可行性、有功与无功解耦控制的有效性及工程应用的现实性.     

基于双馈风电机组有效储能的变参数虚拟惯量控制

双馈风电机组采用电力电子变流器控制使得机械部分与电气部分解耦,大规模风电并网后电力系统总有效转动惯量下降,增加了系统的调频压力。文中通过对双馈风电机组运行及控制特性的分析,研究给出了反映机组有效储能的等效虚拟惯性时间常数的计算方法,提出了基于双馈风电机组有效储能的变参数虚拟惯量控制策略。该控制策略通过检测电网频率变化以及动态识别机组运行状态,修改控制参数控制机组有功输出,释放或吸收机组有效动能,对电网提供动态频率支撑。在理论分析基础上进行时域仿真验证,仿真结果表明,双馈风电机组变参数虚拟惯量控制在机组各种运行工况下实现了对系统频率的有效支撑,提高了电力系统频率稳定性,且保证了机组调频过程中自身运行的稳定性。     

基于干扰抑制的双馈风机低电压穿越控制策略

低电压穿越要求风力发电系统在电网电压突降下保持连续运行并为电网提供无功功率支撑。为提升双馈风力发电系统的低电压穿越能力,提出基于状态相关Riccati方程技术的干扰抑制控制方法。所提干扰抑制控制目标为：确保转子侧换流器在暂态期间为系统提供所需的无功功率支撑;控制网侧换流器以维持直流母线电压恒定。基于上述控制目标构建相应的干扰抑制控制问题,并采用状态相关Riccati方程技术获得反馈控制律。在设计权重矩阵时,充分考虑了控制目标、控制效果与控制成本的影响。为了保证转子电流和直流母线电压在低电压穿越过程中处于安全范围,设计转子电流抑制机制,并采用串联动态电阻保护电路。最后,与传统比例-积分（PI）控制、基于粒子群优化的PI控制、滑模控制以及精确线性化控制的仿真结果进行对比,结果表明所提出的控制策略具有更好的暂态性能,能够有效地提升双馈风力发电系统的低电压穿越能力。     

利用转子动能的风机辅助频率控制最优策略

风机增加辅助频率控制模块是解决新能源取代同步机导致的电力系统频率安全问题的一种方案,其中利用转子动能的调频模式可以使风机运行在最大功率点,经济性比功率备用模式更好。已有研究主要让风机通过虚拟惯量和频率下垂控制模拟同步机,却未充分利用风机控制灵活、可塑性强的优点,且未考虑风机转子动能限制及系统频率二次跌落。论文跳出虚拟惯量加频率下垂控制的传统框架,提出利用转子动能的风机辅助频率控制最优策略。首先将风机输出功率曲线作为决策变量,通过优化得到最优功率曲线,然后设计对应的辅助频率控制策略,实现最优输出功率曲线。仿真结果验证所提策略的效果,并说明风机辅助频率控制不应局限于模拟同步机,而是有更优的策略。     

考虑风速分区的风-储系统短期频率响应协同控制策略

在高风电渗透率电力系统中,针对双馈感应风电机组的转子转速与电网频率解耦所造成的机组惯性与频率响应能力缺失的问题,提出了基于模糊逻辑控制的风—储系统协同运行控制策略。该控制策略通过在风—储控制系统中嵌入模糊逻辑控制器来决策风—储系统响应电网频率波动的总有功出力和风力机转子动能的调频参与系数。基于此,根据不同风速下的风电机组运行特性将风速分区,并针对各风速区间构建了适应该区间转速—功率特点的风—储系统运行策略,使风—储系统具备能适应多种风况的短期频率响应能力。仿真结果表明:文中所提出的风—储系统协同运行控制策略能有效提升风—储系统的惯性以及短期频率响应能力,不仅能使风—储系统的短期频率响应能力适应多种风况,还可避免风电机组退出调频造成的频率二次跌落问题,同时改善了高风电渗透率电力系统的频率稳定性。     

双馈风力发电机转子电流环控制研究

避免双馈风力发电机转子侧过电流的出现是确保转子侧变流器的安全运行的重要措施。通过对双馈电机的空载数学模型以及空载时定向坐标系与定子、转子坐标系间的位置关系分析,提出了基于虚拟电网磁链观测基础上的电流前反馈解耦控制的转子电流闭环控制策略。相关仿真研究验证了所提出的控制策略的正确性和有效性。