液力变矩型同步风力发电机低电压穿越性能分析

液力变矩型同步风力发电机组是国内近期投运的一种新机型,它的核心技术是应用Win Drive液力变矩器进行变矩调速,实现风机可变输入转速的恒速输出,为发电机同步并网提供稳定的输入转速。同步发电机的励磁系统配套自动电压调节器进行励磁控制,有效地解决了传统风机低电压穿越能力差、无功输出能力不足的问题。针对2.0MW液力变矩型同步风力发电机的运行特点,研究其工作原理及控制策略,建立机组主要组件的数学模型,结合实际参数进行模拟仿真,分析了电网短路故障时机组低电压穿越的动态响应能力。     

基于液力变矩的直耦型同步风力发电机应用分析

液力变矩直耦型同步风力发电机组,基于Windive液力变矩器柔性调速控制策略,将变化的风轮机输出转速转换为恒定的发电机输入转速,使三相同步发电机获得稳定的同步转速,实现与电网的直接耦合。同步发电机采用电励磁方式,通过改变励磁电流来调节发电机的无功输出,根据电网需求提供无功支撑。消除了传统变流器耦合并网对电网造成的谐波污染,提高了电能质量品质以及无功平衡调节能力。     

大型风力发电机转矩LQR控制及载荷优化

传统的风力发电机的控制方法在高于额定风速时,采用变桨距限制风轮转速,同时采用恒定的转矩控制电机转矩。恒定的电机转矩导致风力发电机传动链扭转阻尼比很小,使传动链扭矩大幅度的波动,甚至引起风力机结构的共振。针对该问题,建立了传动链基于状态空间的线性化模型,采用LQR(Linear Quadratic Regulator)方法设计风力发电机的转矩控制器,将传动链一阶扭转模态对应的闭环极点向虚平面的左侧移动,实现对传动链进行动态加阻。采用FAST的计算模块获得了风力发电机传动链的线性化状态空间模型,采用Matlab7.1/Simulink进行控制器设计并与FAST进行联合仿真。结果表明提出的控制方法有效地提高了传动链的阻尼,降低了风力发电机组关键零部件的载荷。     

大型风力发电机转矩LQR控制及载荷优化

传统的风力发电机的控制方法在高于额定风速时,采用变桨距限制风轮转速,同时采用恒定的转矩控制电机转矩。恒定的电机转矩导致风力发电机传动链扭转阻尼比很小,使传动链扭矩大幅度的波动,甚至引起风力机结构的共振。针对该问题,建立了传动链基于状态空间的线性化模型,采用LQR（Linear Quadratic Regulator）方法设计风力发电机的转矩控制器,将传动链一阶扭转模态对应的闭环极点向虚平面的左侧移动,实现对传动链进行动态加阻。采用FAST的计算模块获得了风力发电机传动链的线性化状态空间模型,采用Matlab7.1/Simulink进行控制器设计并与FAST进行联合仿真。结果表明提出的控制方法有效地提高了传动链的阻尼,降低了风力发电机组关键零部件的载荷。     

双PMW直驱同步风力发电的低电压穿越控制

通过对兆瓦级双PMW直驱式永磁同步风力发电机(PMSG)系统低电压穿越能力的研究,本文提出了一种改进的功率变换控制方法来抑制过高的直流母线动态电压.与传统控制方法相比,该方法中机侧整流器采用电流内环、直流母线电压外环的双闭环控制结构,同时网侧逆变器采用电网电流为内环、发电机转速为外环的双闭环控制结构,保证系统输出最佳能...     

永磁同步风电机组功率平滑控制策略研究

大型风电机组普遍采用转矩-转速控制实现最大风能跟踪,传统控制策略下风机输出功率随着风速的变化而剧烈波动,影响了电网的稳定运行。在分析永磁同步风电机组运行特性的基础上,提出全风速范围内基于变桨的风电机组功率平滑控制策略,结合变桨和转矩控制实现风机跟踪给定功率,同时控制发电机低转速运行,抑制阵风时风电机组超速。基于MATLAB/Simulink,对一台2.5 MW高速永磁同步风力发电机进行仿真研究。结果表明,提出的控制策略能够有效抑制功率波动。     

兆瓦级直驱永磁风电系统低电压穿越研究

通过对兆瓦级直驱式永磁同步风力发电机(PMSG)系统低电压穿越能力的研究,提出一种改进的直流母线电压控制策略。该策略通过调节直流电流和控制发电机的输出功率,抑制直流母线动态过电压。与传统控制策略相比,该策略中升压斩波变换器采用电流内环、直流母线电压外环的双闭环控制结构;网侧逆变器采用电流内环和转速外环的双闭环控制结构。仿真结果表明,该控制策略可有效提高PMSG系统的低电压穿越能力。     

永磁直驱机组低电压穿越研究

风机的低电压穿越能力对于风电比例较大的电网的稳定运行十分必要。在分析永磁直驱风电机组数学模型和控制策略的基础上,研究了永磁直驱风电机组实现低电压穿越的方法和相应控制方案。应用于风力发电的永磁同步发电机采取特殊的设计方案,其较多的极对数使得在转子转速较低时,发电机仍然可以工作,因而在永磁直驱同步风电系统中使风轮机与永磁同步发电机转子直接耦合,省去齿轮箱,提高了效率,减小了发电机的维护工作,并且降低了噪声。另外永磁直驱     

不同风电机组的低电压穿越能力分析

应用Matlab 7.0建立了含不同风电机组的风电场动态模型,用于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,通过仿真分析电网发生严重三相短路故障后不同风电机组的低电压穿越能力,以及加装静止无功补偿器(SVC)后风电机组的低电压穿越能力.比较风电机组转速、有功功率和无功功率变化情况,得出结论: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,针对风电场中的不同风电机组应采用不同的策略来提高风电机组的低电压穿越能力,维持电力系统的稳定运行.     

双馈风力发电机机端三相短路电流分析

为研究双馈风力发电机的低电压穿越问题以及风电场的继电保护问题,分析了双馈风力发电机在空载同步转速下机端发生三相短路时定、转子短路电流的近似表达式.在此基础上,从双馈风力发电机内部的电磁关系出发,分析了电压跌落程度、无功功率、转速等运行状态对双馈发电机短路电流的影响,并以0.85 MW双馈风力发电机直接接入电网为例进行仿真研究,其结果验证了双馈机机端发生三相短路时定、转子电流的暂态特性,由此也为研究双馈机低电压穿越能力及风电场继电保护问题提供了理论依据.     

全功率驱动的异步风电机组的控制策略研究

通过全功率PWM变流器并网的笼型异步风力发电机组(the Full Rated Converter Induction Generator,FRC - IG),以其低成本、高可靠性和易维护的特点引起了人们的关注.在分析笼型异步风电机组数学模型的基础上,对全功率PWM变流器的控制策略进行了研究,给出了基于转矩给定的最大功率跟踪控制策略,通过对电磁转矩的调节间接控制发电机转速来跟随最大功率曲线.网侧变流器采用并网电压控制策略,根据并网电压的幅值来调节无功功率抑制电网电压的波动,在保证风电机组安全运行的同时降低了机组并网对电网的影响.仿真结果表明所采用的控制策略能很好地实现风电机组的最大风能跟踪,降低并网点电压波动.在电网电压故障期间,并网电压控制策略还可以有效地提高机组的低电压穿越能力,保障风电机组稳定运行.     

Smoothing of Wind Power Fluctuations for Permanent Magnet Synchronous Generator-Based Wind Energy Conversion System and Fault Ride-through Consideration

Due to the increment of penetration level of wind power generation, output power fluctuation is one of the most important issue's that can destabilize the power system operation. This article mainly deals with the smoothing of the output power fluctuations of a wind energy conversion system based permanent magnet synchronous generator and fault ride-through enhancement during a grid fault. The concerned wind energy conversion system based permanent magnet synchronous generator adopts an AC-DC-AC converter system. The proposed control method limits the wind energy conversion system output power by adjusting the pitch angle of the wind turbine blades when wind speed is above the rated wind speed. In the grid-side converter, a fuzzy logic controller is used to determine the torque reference for which the kinetic energy stored by the inertia of wind turbine can smooth the output power fluctuations of the permanent magnet synchronous generator. Also, the DC-link voltage, controlled by the grid-side inverter, is adjusted in accordance with the output power fluctuations of the permanent magnet synchronous generator using a voltage smoothing index. Moreover, in this aticle, the proposed method ensures that the wind turbine stays operational during grid faults and provides fast restoration once the fault is cleared. To show the effectiveness of the proposed method, simulations under different conditions have been performed by using MATLAB/Simulink® (The Math Works, Natick, MA, USA).     

高速永磁同步风电机组低电压穿越的研究

研究高速永磁同步风电机组的控制策略,提高其低电压穿越能力。在Matlab/Simulink环境下构建了背靠背双PWM变流器并网的高速永磁同步风电机组仿真模型。模拟了发电机和变流器在电网电压跌落30%(0.6s),60%(2s)时的运行情况。仿真结果表明,高速永磁同步发电机机组功率跟踪良好,在电网电压跌落时对电网提供无功支持,具有较强的低电压穿越能力。     

基于超级电容器储能的STATCOM对直驱风力机并网性能改善的研究

本文主要研究了采用基于超级电容器的静态同步补偿器(STATCOM)的永磁(PMSG)直驱变速风力机控制策略。基于Matlab/Simpower实现对风力发电机侧整流器最大功率提取、电网侧逆变器和STATCOM的控制策略,采用不同容量超级电容器储能的STATCOM系统在电网出现故障或者受到干扰时提升风力发电系统稳定状态和动态性能。大量仿真结果表明:与传统的STATCOM相比,采用基于超级电容器的STATCOM能有效改善并网过程中出现的电压闪变及波动,减小频率的波动,并能对故障期间的电流进行有效控制,从而较为显著地改善了直驱风力发电系统的有功、无功功率,提升了风电并网系统故障穿越能力和动态性能。     

定子双绕组感应电机风力发电系统的低电压穿越特性分析

通过发电机控制绕组侧的励磁变换器灵活调节系统所需的励磁无功功率,定子双绕组感应电机(DWIG)风力发电系统可在宽风速范围内输出稳定的高压直流,无需增加升压变换器即可并网运行,并且系统的控制策略有助于提高系统对电压跌落等故障的穿越能力。文中通过构建并网型DWIG风力发电系统的Simulink仿真模型,对系统运行在各种功率因数状态下的跌落特性及跌落期间对电网的无功功率支持进行全面仿真。结果证明,无需增加额外的卸载单元,DWIG风力发电系统即可实现较强的低电压穿越能力,在不同功率因数下均能稳定安全运行,且能在电压跌落故障期间提供一定的无功功率支持。     

基于背靠背三电平电压变换器的直驱式风力发电系统

直驱式风力发电系统由2个背靠背二极管中点钳位型三电平电压变换器构成,机侧变换器采用间接转矩向量控制,通过调节永磁同步发电机的转速,实现风能最大跟踪;网侧变换器采用电网电压定向的向量控制,实现d、q轴电流解耦控制,使d轴电流控制有功功率,q轴电流控制无功功率。针对直驱式风力发电系统中能量流向以及二极管中点钳位型三电平的特点,提出了一种只需检测上、下电容电压,首发向量全部为负短向量,利用冗余电压向量控制中点电压平衡的方法。为提高该系统抗电网电压波动能力,采用软件锁相环,实现电网电压的同步。仿真结果表明,该控制策略实现了最大风能跟踪和功率因数为1的逆变。     

直驱风机低电压穿越控制技术研究及实测验证

随着风电大规模接入电网,新的并网规范要求风力发电机组必须具有低电压穿越能力.针对直驱式风电机组,采用直流母线卸荷电阻限制电压跌落时变流器直流环节产生的过电压,并通过改进电流控制策略抑制变流器过电流,从而实现永磁同步发电机风电机组的低电压穿越运行.在网侧变流器数学模型的基础上进行了卸荷电阻的优化设计,提出了电网电压跌落故障时网侧变流器的改进电流控制策略,最后在1.5 MW级永磁同步发电机风电机组上进行现场低电压穿越能力测试,实测验证了所提出方法的正确性.     

高速永磁同步风电机组低电压穿越的研究

研究高速永磁同步风电机组的控制策略,提高其低电压穿越能力。在matlab／simulink环境下构建了背靠背双PWM变流器并网的高速永磁同步风电机组仿真模型。模拟了发电机和变流器在电网电压跌落30％（0．6s）,60％（2s）时的运行情况。仿真结果表明：高速永磁同步发电机机组功率跟踪良好,在电网电压跌落时对电网提供无功...     

基于STATCOM的超级电容储能系统的风电并网

为了提高电网的电能质量,探讨了一种与永磁同步发电机(PMSG)相连接的电网控制和运行策略。该电机以直驱变速风电机组和静止同步补偿器(STATCOM)为基础,STATCOM的应用是通过风力涡轮机的不脱网运转能力来提高了系统性能,发电机侧变换器的控制策略是应用STATCOM控制器实现传输效率最大化。通过Matlab对其进行了仿真验证。仿真结果表明,带有STATCOM的超级电容器能量存储系统能够提高风能系统电网故障或扰动时的稳态和动态性能。     

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。