同步耦合双馈风机的虚拟惯量优化控制技术

双馈风电机组在同步并网时虚拟出的可控惯性将显著影响电网的动态特性,仍须通过优化控制减少其附加运行风险,充分发挥其控制潜力。该文首先建立引入虚拟同步控制后的双馈风电机组的动态模型,并分析双馈风机与同步发电机之间建立的虚拟同步耦合关系。在此基础上,构建双馈风机同步并网系统的能量函数,基于同步并网耦合关系提出双馈风电机组的变惯量优化控制策略,并借助控制参数对系统稳定性的影响分析,设置虚拟惯量参数范围。最后,搭建双馈风机同步并网系统进行仿真验证,双馈风机的虚拟惯量需要在合理范围内通过变惯量优化才能为并网系统提供可靠的动态稳定支撑。     

基于协同惯量控制的双馈风机并网系统稳定性分析

双馈风力发电机由于其运行特性,失去了一定类似同步发电机的惯性响应能力,导致双馈风力发电机大规模并网之后,电力系统惯性响应能力降低。若系统受到扰动,有时不能够维持频率在允许的范围内变动,将会对含风电的电力系统稳定性造成不同程度的影响。文章推导了采用定子磁链定向矢量控制的双馈风力发电机的惯量控制模型,提出一种基于虚拟惯量控制和转子转速控制的协同控制策略,在Matlab/Simulink中建立虚拟惯量控制模块及转子转速控制模块,仿真分析协同惯量控制下双馈风力发电机并网系统惯性响应的影响以及该控制策略对惯量支撑、系统频率的影响。仿真结果表明,不同工况下,协同惯量控制可为风电并网系统提供一定惯量支撑,在有效防止系统频率深度跌落的同时提升了系统的稳定性。研究结果可为实际工程提供理论指导。     

双馈风机转子侧逆变器虚拟同步化控制策略研究

文章将虚拟同步发电机技术应用到双馈风机转子侧逆变器中,代替原有的矢量解耦控制,并分析控制器参数对双馈风机输出电磁功率的影响,然后进行仿真验证。结果表明基于VSG技术的双馈风机模型可以在系统负载突增或突减时及时调整风机±10%的输出电磁功率P_e,提供惯性支撑,整个模型能够表现出类似于同步发电机的惯性,提升了电网的运行性能。     

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。     

基于虚拟同步机控制的双馈风电机组预同步并网策略

采用虚拟同步机控制的双馈风电机组能提高电网惯量和频率支撑能力,成为实现可再生能源友好并网的有效途径之一。基于虚拟同步机控制的双馈风电机组直接参与电网并网时,由于缺少预同步锁相控制,双馈风电机组定子与电网的电压幅值和初始相位可能存在偏差。针对上述存在的并网问题,提出了一种虚拟同步机控制的双馈风电机组无锁相环预同步控制策略。通过在虚拟同步机外环控制中加入频率相位控制器和幅值预同步控制器,可以控制双馈风电机组并网前定子频率、相位和电压幅值与电网相同,并提出在无功功率-电压环中引入虚拟阻抗,实现了双馈风电机组快速地平滑并网。最后,通过理论分析和仿真结果验证了无锁相环预同步控制方案对虚拟同步机控制的双馈风电机组并网的有效性。     

双馈风电机组系统功率响应特性建模方法

为分析双馈风电机组并网特性,建立其并网点处功率响应特性的准确模型极为重要.文中提出一种建模方法以解决双馈风电机组并网点处功率响应特性的建模问题.首先,针对双馈风电机组的矢量控制与虚拟同步机控制,分别进行功率响应特性建模及分析.然后,基于对双馈风电机组施加功率指令扰动得到的并网点处功率响应数据,提出阻尼最小二乘法中阻尼因...     

双馈风机并网仿真模型的改进研究

由于仿真计算得到的双馈风机输出特性与实测数据误差较大,提出利用风场实测数据改进现有双馈风机模型的方法,通过数据拟合对实测数据进行处理,得到风机端口输出特性的数学模型,再根据此模型改进双馈风机控制模型,仿真算例表明,改进模型能有效地反映实际运行中双馈风机输出特性,提高双馈型风电系统并网仿真的准确性.     

基于变结构控制的双馈风机空载并网方法

通过分析交流励磁变速恒频双馈风机(DFIG)的运行特点,在考虑到并网瞬间网侧变流器电流波动的情况下,建立了DFIG的数学模型。根据矢量控制方法,设计了一种变速恒频DFIG的滑模变结构并网控制方法,使系统对电网电压波动和内部参数摄动都具有较好的鲁棒性。分别构建了基于滑模变结构的DFIG控制系统的仿真模型及实验室的背靠背实验台,证明了所提滑模变结构的控制系统具有更好的动态响应和鲁棒性。     

双馈风电机组的功率控制技术研究

我国风力发电发展迅速,风电场的装机容量不断增大。由于风力发电机组输出功率具有波动性、间歇性等特点,大规模风电接入对电力系统的安全运行造成严重影响,制约了我国风电事业的持续发展。因此,对风力发电机组的有功功率和无功功率控制技术进行研究,使风力发电机组能够参与系统功率的调整具有重要意义。本文首先建立了变速恒频双馈风力发电机组的数学模型,并对双馈风力发电机组的有功和无功调控能力进行了分析。然后,本文提出了实现双馈风力发电机组的有功和无功控制的方法。最后,本文利用PSCAD/EMTDC仿真平台建立了双馈风力发电机组的仿真模型,并通过仿真验证了本文所提风电机组功率控制方法的可行性。     

基于虚拟同步发电机控制技术的V2G系统研究

随着新能源汽车的普及,V2G(Vehicle-to-Grid)技术受到越来越多的重视.针对电动汽车并入配电网低惯性的特点,选取虚拟同步发电机控制技术(Virtual Synchronous Generator,VSG)作为控制方案,结合同步发电机的功角曲线和转动惯量的特性,提出了一种转动惯量的自适应控制算法.利用有功转...     

含双馈风电场的互联电力系统虚拟惯量与虚拟阻尼协调控制方法

风电场的大规模接入会同时降低互联电力系统的相对惯性和阻尼,虚拟同步发电机(VSG)技术能够有效支撑电网频率,目前对VSG技术虚拟阻尼方面的研究成果较少。为了更有效地利用VSG虚拟阻尼,进一步提升高风电渗透率电力系统的稳定性,推导了VSG控制器参数与虚拟惯量、虚拟阻尼之间的数学关系,针对VSG虚拟惯量与虚拟阻尼调节存在的矛盾,提出一种结合系统主导振荡模式在线辨识和粒子群优化算法的VSG控制器参数协调控制策略。最后通过含双馈风电场的两区域互联电力系统仿真模型验证了所提控制策略的有效性,仿真结果表明所提控制策略可实现系统频率稳定性和功率稳定性的综合优化。     

基于频率稳定性提升的虚拟惯性优化控制策略

基于传统一阶虚拟惯性的新能源逆变器并联弱电网时,其有功稳态和动态特性调节存在矛盾。首先,总结了基于各种改进结构虚拟惯性算法的新能源逆变器并、离网时的特性及存在问题。然后,针对此问题,以频率稳定性提升为目标,通过调整二阶虚拟惯性算法中一阶微分补偿环节和一阶惯性环节在功率外环前向通道的位置,提出了二阶虚拟惯性优化控制策略。最后搭建了一台100 kW新能源逆变器并网仿真平台,对理论分析结果进行仿真验证。理论分析与仿真结果表明,该算法在保证逆变器有功稳态特性和功率振荡抑制能力的同时,有效减小了动态响应初始阶段的频率变化率,提高了系统频率稳定性。     

Dynamic modeling and control of the tidal current turbine using DFIG and DDPMSG for power system stability analysis

This paper describes the overall dynamic models of tidal current turbine driving either a doubly fed induction generator (DFIG) or a direct drive permanent magnet synchronous generator (DDPMSG) connected to a single machine infinite bus system including controllers to improve system stability. Testing with ranges of controller gains is carried out to establish zones of stability. The overall results show the advantages of using the DDPMSG over the DFIG. In this paper we used two different models for each machine; the full model and the reduced order model. Also IEEE-9 bus system is used in this work for multi-machine system and tested for a small signal stability analysis.     

东方电机2.5 MW双馈风力发电机研制

介绍了双馈绕线型异步发电机、半直驱和直驱同步发电机的基本原理和系统结构,并主要介绍了东方电机2.5 MW双馈绕线型三相异步风力发电机工程样机的研制及主要结构特点,为我国大型双馈绕线型异步风力发电机全面国产化做出了贡献.     

基于矩阵变换器双馈风力发电系统矢量解耦控制

本文结合矩阵变换器、双馈感应电机(DFIG)风力发电系统的优点,导出了双馈电机风力发电系统在同步旋转dq坐标轴下的矢量控制数学模型;针对常规矢量控制中存在电流耦合情况,设计一种新型、简易的电流前馈解耦控制方案.在此基础上,建立基于矩阵变换器交流励磁磁场定向电流解耦矢量控制策略.MATLAB仿真结果表明,当有功、无功功率变化时,电流解耦控制具有良好动态性能.本文设计了11kW风力发电试验装置并进行离、并网实验,当双馈电机处于亚同步、超同步状态时,双馈电机定子电压和频率均能保持稳定,实现变速恒频运行.实验结果表明,基于矩阵变换器交流励磁双馈风力发电系统是可行的,并具有一定的实用价值.     

双馈风电机组的虚拟同步控制及弱网运行特性分析

采用传统矢量控制的风电机组对外表现为电流源特性,大型风电机组在接入配电网环境时容易引发电压失稳、缺乏惯量等问题。为此,研究了基于虚拟同步风电机技术的双馈风电机组控制方法。在详细分析影响并网点电压因素的基础上,研究电网等效阻抗对静态电压稳定性的影响。给出一种虚拟同步控制下双馈风电机组并网频率、电压的调节方案。研究结果表明,相对矢量控制方法,虚拟同步控制的双馈风电机组在弱电网下具有良好的电压稳定性。此外,该控制方法在降低机端电压冲击以及提供电网频率支撑等方面具有明显优势。仿真结果验证了所给虚拟同步控制策略的可行性和有效性。     

基于最优阻尼比虚拟同步发电机的优化控制策略

针对微电网中可再生能源渗透率越来越高,微电网惯性和阻尼不足等问题越来越突出,随即一种新的控制方式即虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator,VSG)技术被提出。区别于传统同步电机,虚拟同步发电机可以实时的控制电机参数获得系统稳定。文章从传统同步发电机有功控制环出发,结合功角特性曲线和频率振荡曲线分析惯性参数和阻尼系数对系统稳定性的影响。在现有控制方式的基础上提出一种基于最优阻尼比的惯性参数和阻尼系数共同自适应的控制策略。最后在Matlab/Simlink中通过离网和并网仿真分析验证所提策略的正确性和有效性,结果证明能够有效抑制系统的系统波动并具有很好的动态性能。     

DFIG rotor voltage control for system dynamic performance enhancement

This article develops a model of a doubly fed induction generator system including the detailed dynamics of the converter circuitry. The order of the converter controls in terms of providing damping to the system is identified through residue principles. Supplementary damping controller has been incorporated so as to compensate for the phase lag introduced by the rotor voltage input, which was observed to have the largest residue contribution at the lightly damped mode. The improvement in damping profile was verified by simulating the system for a number of disturbance conditions. While the power oscillation damping (POD) controller was observed to enhance the system damping generally, it was also able to ride through low voltage conditions arising out of severe fault conditions thus averting total system collapse.