励磁控制引起的双馈风电机组轴系扭振机理

从电磁转矩观点出发,证明了双闭环比例积分(PI)调节参数和前馈补偿参数是影响电磁转矩性质的2个关键因素.由于PI调节器积分常数取值的不同,在励磁调节器框图上从q轴励磁电压参考点到有功功率点之间的相位差可能在大范围内变化,这是影响阻尼转矩的因素之一.另一个影响因素是前馈补偿项参数——定、转子绕组间互感系数,由于设计控制器时所使用的该互感系数很难保证就是电机的实际参数,故存在误差,误差的正负性和大小对阻尼转矩的方向和大小有直接影响.上述2个独立因素可组合为4种情形,文中研究了各种情形下电磁转矩的阻尼性质,其中有2种情形将产生电气负阻尼,会导致轴系扭振.最后,通过时域和频域相互校验的仿真手段验证了机理分析的正确性.     

电网短路故障下双馈风电机组传动链扭振响应

电网故障引起的电磁转矩波动易造成风电机组轴系扭振疲劳损耗,严重时会造成轴系故障,有必要研究不同类型电网故障下风电机组传动链扭振响应及其对关键部件的影响。首先,采用集中质量法,考虑叶片柔性建立了风电机组传动链四质量块模型,基于小信号模型,采用模态分析法对风电机组传动链扭振特性进行分析。其次,为了表征不同故障类型对风电机组传动链轴系扭振的影响,在双馈发电机电磁暂态模型的基础上,推导了电网对称与不对称故障下电磁转矩表达式。最后,基于四质量块传动链模型,仿真分析了单相、两相和三相接地电网故障对机组传动链扭振响应的影响。结果表明,不同类型电网故障会影响不同传动链扭振频率及其不同关键部件;三相接地电网故障引起的传动链扭振幅值大,齿轮箱和发电机转子间轴上传递转矩可以较全面反映扭振响应频率;与传动链其他部件相比,发电机转子受到电网故障影响更大。     

双馈式风电机组机网扭振的建模与仿真

建立了双馈式风力机组机网扭振的小信号分析模型,包括风力机的机械旋转系统模型、发电机模型、控制模型及电网模型.其中机械旋转系统包括风力机的桨叶、高速轴、齿轮箱、低速轴和发电机转子,等效为三个集中质量块-弹簧模型;发电机、电网及控制模型均在 dq 坐标系下建立.推导了整个模型的状态方程.在电磁暂态仿真软件 EMTP 中建立...     

基于电气阻尼-刚度控制的双馈风电机组轴系扭振抑制策略

针对现有扭振控制中,难以平衡抑振效果和响应速度的关系,以及高、低速轴的阻尼比变化速率不同导致整体阻尼比难以调节的问题,提出了一种双馈风电机组轴系扭振抑制策略。首先推导了机械扭转角与电磁转矩的传递函数,通过引入等效阻尼和刚度分析了高低速轴机电耦合阻尼比的差异。其次对电气刚度抑制轴系扭振的机理进行分析,根据阻尼和刚度的协调作用,提出基于电气阻尼-刚度控制的轴系扭振抑制策略,得到电气阻尼-刚度控制下的轴系阻尼比变化趋势。最后在搭建FAST-MATLAB/Simulink联合仿真双馈风电机组模块的基础上,引入湍流风与电网暂降激励,对所提策略的抑振效果进行仿真验证。结果表明,相较于传统的阻尼控制,所提策略能够充分发挥传动链的机电强耦合作用,在保证响应速度的同时具有更好的抑振能力。     

含主动轴系扭振阻尼的并网双馈风电场惯量控制方法

电网中风电容量的增加,使得电力系统等效惯量减小、频率稳定性下降。为避免此风险,各国电网并网导则要求大规模风电场参与系统调频,并能提供类似同步发电机的惯量响应。本文基于时域仿真并辅以特征值分析,研究了风电场惯量控制对风电机组及电力系统运行特性的影响。传统的风电场惯量控制方法有益于电力系统频率稳定,但仿真结果揭示该控制会减小风电机组轴系扭振的阻尼,严重时将导致机组转速振荡失稳。为解决此问题,提出了含主动轴系扭振阻尼的风电场惯量控制方法,在满足并网导则有关惯量控制要求的同时可有效避免机组发生轴系扭振失稳。仿真结果验证了控制方法的有效性。     

考虑整机转矩控制的双馈风机轴系扭振机理分析及抑制策略

双馈风电机组轴系模型可等效为风力机质块经柔性轴与发电机质块连接,其轴系柔性较大,阻尼较低,现场存在轴系扭振现象.提出将整机转矩控制嵌入双馈风机两质量块数学模型中,并进行小信号线性化,得到适用于轴系动态特性分析的双馈风电机组机电小信号模型,基于该模型开展扭振机理分析和抑制策略设计.双馈风机轴系扭振本质原因是电磁转矩与发电...     

双馈风电机组轴系扭振的稳定与控制

在侧重研究双馈风电机组与电网的动态作用时,双馈风电机组轴系可用等效两质量块模型表示。在外界扰动下,轴系动态以振荡方式呈现,并反映在输出功率上,由于这一振荡频率接近电力系统低频振荡,因此会对同步机组的功角稳定产生影响;不仅如此,轴系振荡还会影响双馈风电机组自身的稳定性以及使用寿命。本文首先采用小信号分析方法,对有功控制回路进行电气阻尼特性分析,得出双馈风电机组在最大功率跟踪控制下的负电气阻尼特性,不利于轴系稳定;随后,提出一种轴系镇定器,包含电气阻尼和电气刚度两个回路,增加电气阻尼可以使轴系振荡得到有效抑制,对双馈风电机组和电力系统的稳定有利;增加电气刚度,等效加强了轴系的耦合强度,可有效抑制转速振荡的幅值,有益于延长机组寿命。     

双馈感应风力发电机功率控制器的建模与仿真

基于双馈感应发电机（DFIG）3阶机电模型研究了功率解耦控制,以3个方程的形式完整地设计了功率控制器,在保证有功、无功控制效果的前提下大大简化了控制器结构,使其易于在各种编程环境下实现,便于在国内大型电力系统分析软件中进行DFIG模型的开发。在MATLAB环境下实现了DFIG及其控制器的完整模型,并与MATLAB／Simulink自有模型进行仿真对比,验证了其正确性和可行性。最后验证了所提出的模型在系统级仿真分析中的实用性。     

双馈风电机组附加控制对轴系振荡影响的评估方法

为消除绝对特征值灵敏度指标中参数量纲的影响,同时计及风速的概率分布特性对特征值灵敏度排序的影响,提出了一种累积相对特征值灵敏度(CRES)指标及其计算方法,并基于该指标定量评估了双馈风电机组附加控制(有功功率调制、虚拟惯性控制、下降控制、无功功率调制和机端电压控制)对机组本身轴系振荡阻尼的影响。CRES本质上是相对特征值灵敏度的加权和。通过引入相对特征值灵敏度消除了参数量纲的影响;在此基础上,按照转子运行状态将风速划分为若干区间,以平均风速作为该区间的典型风速,以风速落入该区间的概率作为该区间典型风速下计算所得相对特征值灵敏度的权重。时域仿真结果表明:基于CRES指标能有效地确定不同类型附加控制中影响轴系振荡阻尼的关键参数,通过对关键参数的重新整定可显著减小附加控制器对轴系振荡的不利影响和降低其对传动轴系统的转矩冲击。     

基于转子动能控制的双馈风电机组频率控制改进方案

针对传统转子动能控制的转速恢复过程对频率响应的不利影响,提出了一种基于转子动能控制的双馈风电机组频率控制改进方案。该方案通过引入恒定附加功率,使双馈风电机组在释放转子动能后稳定运行在较低转速,待系统频率恢复稳定后再进行转速恢复,从而达到改善频率响应特性的目的。基于MATLAB/Simulink搭建了含双馈风电机组的四机两区域仿真模型,并对所提方案进行了仿真验证。仿真结果表明,相比于传统的转子动能控制方法,所提出的改进方案能有效改善转速恢复对频率响应的不利影响,提升风电机组参与系统调频的效果。     

双馈感应发电机空载并网的高阶滑模控制策略

围绕双馈感应发电机（DFIG）空载并网问题,将基于矢量控制的电网电压定向技术应用于双馈风力发电的并网发电上,提出一种基于电网电压定向的高阶滑模控制的空载并网控制策略。从分析DFIG的运行特性入手,研究了空载并网控制原理,基于DFIG的空载数学模型,提出了具有鲁棒性的高阶滑模空载并网控制器。对DFIG并网前后的整个过程进行了仿真研究,仿真结果表明,所提出的策略是一种较理想的空载并网方式。     

双馈感应风电机组联网运行仿真及实证分析

随着风电并网规模的不断扩大,风电功率波动对所接入电力系统调峰、调频等运行性能的影响将越加显著。为获得双馈感应风电机组联网运行特性并校验所建模型的有效性,进行了接于实际电力大系统的风电场短路试验。通过对实测数据的分析辨识出风电机组的动态特性;基于所建模型对短路试验进行了仿真重现。实测结果与仿真结果相吻合,验证了所建模型的有效性。     

双馈风力发电机励磁系统的研究与设计

在分析现有变速恒频双馈风力发电励磁控制系统的基础上,提出了一种基于单神经元自适应PID算法的双馈励磁控制方案,可根据风速的变化调节双馈发电机的励磁,使发电机输出恒定.在额定风速以下,获得最大风能利用系数;在额定风速以上,保证发电机输出功率恒定.该控制方案简化了系统硬件结构,提高了系统稳定性和抗干扰能力,并具有扩展性强的特点.     

双馈风电机组接入地区电网后的电压稳定分析

利用PSASP软件的UPI接口程序模块,在PSASP中建立了双馈风电机组模型,以两个实际的地区电网为例,研究双馈风电机组接入地区电网后对电网电压的影响,结果表明：双馈风电机组提高了地区电网的静态电压水平;双馈风电机组在故障后能够减少系统所需的无功储备,从而有利于地区电网的电压稳定;风速的波动对地区电网的电压有影响,但一般不会影响其暂态稳定性。     

采用双馈机组的风电场无功功率控制技术

通过对双馈异步发电机的无功功率极限和定子输出无功功率对电机损耗影响的详细分析,提出了双馈机组无功功率参考值的2种确定方法。在此基础上,采用发电机并联的方式,构建了精确的风电场模型,并给出了风电场的无功功率分配方案。最后对一台1.5 MW的商用双馈机组和由4台机组组成的6MW风电场进行了仿真分析。仿真结果验证了理论分析和所提策略的正确性和有效性。     

双馈风力发电机有功功率和无功功率的滑模解耦控制

发电机有功功率、无功功率的解耦控制是变速恒频双馈风力发电系统的关键技术。分析了双馈异步发电机的动态数学模型,基于定子磁场定向的矢量控制方案,结合滑模控制与比例积分控制,得到一种有效的双馈风力发电机功率解耦控制策略。应用李雅普诺夫稳定性理论研究系统稳定性,建立了MATLAB/Simulink环境下系统的仿真模型。仿真结果表明,该控制方法能够很好地实现双馈发电机有功功率、无功功率的解耦控制,验证了该控制策略及变速恒频双馈风力发电机系统建模的正确性和有效性。