双馈风电机组对电网电压振荡的载荷响应特性

电网电压振荡会引起发电机电磁力矩振荡,增加传动链轴系和塔架左右方向载荷,给传动链和塔架带来一定的疲劳损伤。通过分析发电机电磁力矩振荡频率与电网电压振荡频率的关系,考察传动链轴系载荷、塔架左右方向载荷对发电机电磁力矩振荡的响应特性,从而建立联合仿真模型,对比分析不同电磁力矩振荡频率对传动链轴系载荷、塔架左右方向载荷的影响。结果表明,电网基波频率附近电压振荡会引起发电机电磁力矩低频振荡,进而显著增加传动链轴系和塔架左右方向载荷。     

SSR工况下600MW机组轴系扭矩响应分析

电力系统发生次同步谐振(subsynchronous resonance,SSR)会严重威胁汽轮发电机组轴系的安全。以IEEE第一标准模型为基础,首先在暂态时域仿真软件PSCAD/EMTDC中搭建了某型600MW汽轮发电机组SSR仿真模型,得到了工作频率下机组发生SSR时发电机的电磁转矩响应;其次,利用Ansys软件对轴系的扭振进行模拟,得到机组在SSR时轴颈部分的扭矩响应;最后,详细分析了SSR工况下轴系各部分的受力情况。     

随机风载荷对双馈风电机组轴系扭振响应分析

考虑到风电机组柔性传动链在风速持续扰动中易产生机组扭振,研究随机风载荷作用下双馈风电机组扭振响应、扭振传递规律及关键部件的影响程度。首先,考虑叶片、齿轮箱和发电机等关键部件,采用集中质量法,建立双馈风电机组传动链等效3质量块模型。其次,基于小信号分析法对柔性传动链的扭振模态、扭振频率及参与因子进行分析,获取其模态振型图。最后,基于Simulink软件平台,建立考虑随机风载荷作用和传动链柔性的双馈风电机组时域仿真模型,仿真分析在亚同步、超同步工况下的机组轴系扭振响应,并与理想风载荷作用效果进行比较。结果表明:与理想风载荷相比,随机风载荷作用对机组传动链轴系扭振响应影响明显,且在超同步或亚同步运行时,影响扭振的关键部件为发电机转子。     

电网电压跌落下双馈风力发电机组暂态性能的比较分析

为了较全面地研究不同运行工况下并网双馈风力发电机组的暂态运行性能,该文基于双馈发电机电磁暂态模型,采用等效集中质量法,建立了考虑风力机和发电机之间传动轴扭转柔性的风力机两个质量块等效模型。在此基础上,基于定子电压定向的矢量控制策略,对风电机组在不同风力机输出转矩、不同电网电压跌落和不同故障持续时间下分别进行了暂态运行性能的仿真,并对风力机不同质量块等效模型的结果进行比较。结果表明,双馈风力发电机组暂态性能与风力机传动链柔性、电压跌落程度和故障持续时间等密切相关。     

双馈感应风力发电机的负电阻效应研究

为评估双馈风电场经串补送出系统的振荡风险,该文重点对双馈风力发电机的负电阻效应进行研究.首先,结合双馈风力发电机常用的控制结构,通过分析其扰动响应特性建立端口导纳模型.在此基础上,通过等效电路分析建立异步发电机转子回路的等效阻抗模型.进一步地,对转子回路的负电阻特性进行研究,并定义2个特征指标来定性评估系统的振荡风险....     

双馈风机的次同步振荡特性与基于虚拟电阻的抑制策略研究

文章建立了双馈风力发电机经串补线路接入无穷大系统的模型。考虑了转子侧变换器的影响,对双馈型风电机组次同步频率下的等值电路进行新的推导和分析,得到了风速、串补度对次同步振荡的频率及系统阻尼的影响特性,从机理上得到了DFIG转子侧变流器比例系数对系统稳定性的影响特性。文章对不同工况的时域进行仿真验证,最后基于机理分析提出了转子侧引入虚拟电阻抑制次同步振荡的策略,该策略可以增大次同步频率下系统的阻尼,能起到抑制次同步振荡的作用。     

风力发电系统机械传动机构动态模型研究

针对基于双馈感应发电机的变速风力发电机组轴系的特点,用等效集中质量法和动力学方程建立了机械传动机构动态的轴系模型,弥补了现有各种模型过于简化的不足.针对机械传动机构的动态模型,分别考虑了风机、发电机惯量及其传动轴系的阻尼系数与刚度系数对风力发电系统的瞬态性能影响,求出了机械传动机构动态轴系模型的自然振荡频率及其阻尼系数的解析表达式.仿真结果验证了理论分析的正确性,最后利用实验室所建风力发电地面模拟实验平台,基于可变惯量风机模拟器,改变不同的风机惯量值,验证了风机惯量对系统瞬态性能的影响,实验结果有力地支持了理论分析与仿真结果.     

双馈风力发电机的虚拟惯量控制及稳定性分析

针对传统矢量定向控制下双馈异步风电机组表现为电流源特性无法向电网提供转子的固有惯性,继而加剧现有电力系统转动惯量降低的问题,研究了具有并网友好性的虚拟同步发电机技术在风力发电系统中的应用。以双馈风力发电机为研究对象,在建立风机小信号等效模型的基础上,研究分析其虚拟同步发电机控制策略,使双馈风电机组具有更大的惯量和频率支撑能力,采用定子电压外环和转子电流内环的双闭环控制,提高瞬时值跟踪能力。根据建立的频域模型分析了虚拟同步发电机参数对稳定性的影响,并给出了参数设计方法。最后,利用搭建的仿真模型验证了所提方法的有效性和可行性。     

微电网中带蓄电池的DFIG动态模型仿真

通过分析双馈电机的数学模型,建立了基于定子磁链定向矢量控制的双馈异步风力发电机模型,并且在其转换器直流侧加入蓄电池,在风力不足和大电网发生故障时给转换器转子侧或电网侧注入功率。以一个20 kV电源等效电网模型建立微电网系统,利用电力系统分析软件PSCAD/EMTDC分别对不带蓄电池的风力发电机和带蓄电池的风力发电机进行仿真。仿真结果表明,该控制方式能够实现双馈式异步风力发电机的有功、无功解耦。在变换器侧加入蓄电池,可改善电网质量,当负荷产生波动时能提高电压稳定性,还节约了变频器资源,节省了开支。     

基于模糊控制的双馈风电机组次同步振荡自适应抑制策略

双馈感应发电机与输电线路串联电容补偿之间的次同步控制相互作用(SSCI)是引发双馈风电交流并网系统次同步振荡(SSO)的主要原因。该文通过建立双馈风电交流并网系统的阻抗模型,分析风电机组不同控制参数对系统SSO的影响程度,提出一种可等效电流环控制参数调整且兼顾基频控制性能的附加阻尼控制方法。为提升对振荡模态迁徙的适应性和鲁棒性,进一步将实时测频与模糊控制相结合,形成一种可根据振荡频率自动调整附加阻尼控制参数的SSO自适应抑制策略。最后,基于Matlab/Simulink仿真平台,验证该文所提出的SSO自适应抑制策略的正确性与有效性。     

发电机组轴系扭振疲劳损伤评估方法研究

凹槽、套装联轴器等结构往往是汽轮发电机组轴系疲劳损伤的薄弱环节,对其进行应力分析至关重要,经验公式无法满足要求。以某600 MW汽轮发电机组轴系为例通过有限元建模方法对汽轮发电机组轴系进行扭应力分析,进一步得到薄弱环节的应力寿命曲线,优化疲劳极限取值,实现低幅值次同步振荡工况下的疲劳评估。采用多段集中质量模型分析扭振固有特性,结合轴系扭振固有特性和应力寿命曲线,评估机组轴系在次同步振荡工况下的疲劳损伤。此方法可用于评估汽轮发电机组轴系疲劳损伤情况。     

双馈风电机组次同步控制相互作用的抑制方法

当系统发生扰动时,双馈风电机组的转子侧变流器会与串联补偿装置的电容器发生次同步控制相互作用(Sub-synchronous control interaction,SSCI),使双馈风电机组在一定程度上表现为次同步振荡的发生源,严重影响到电力系统的稳定性.在抑制次同步振荡的同时,当控制器参数发生变化时,使控制器原有性能...     

基于状态反馈的双馈风电机组传动链动态扭转载荷控制

针对恒转矩控制时传动链阻尼小、扭转载荷大会降低机组传动链上关键部件使用寿命的问题,设计基于状态反馈的传动链动态扭转载荷控制器,使等效在轴上的发电机转速更好地跟踪风轮转速,从而减小低速轴扭矩,实现传动链的动态扭转载荷控制。利用FAST和Matlab/Simulink软件对机组模型和控制器进行联合仿真,结果表明所提出的方法能有效降低双馈风电机组传动链的动态扭转载荷。     

基于Matlab/Simulink的双馈感应风力发电机组建模和仿真研究

以双馈风力发电机组为研究对象,建立了包括风力机、传动部分、双馈感应发电机、定子磁链定向的矢量控制策略、最大风能捕获策略的整体数学模型;应用matlab软件中simulink工具,以建立的数学模型为基础搭建了双馈风力发电机组仿真模型,并以两次阶跃风速为例对所建模型并网后运行特性进行了仿真研究。实现了双馈风力发电机组的最大风能捕获和功率解耦控制,仿真结果表明,双馈风力发电机组具有良好的运行特性,同时验证了所建模型的正确性和有效性。     

双馈风力发电机组经串补并网的次同步振荡分析

大规模风电采用串联补偿技术可以提高风电的利用率,但是串联补偿技术会增加风力发电机组的次同步振荡的可能。利用PSCAD建立5.0 MW的双馈风力发电机组经串补并网的模型,利用特征值法对该模型的次同步振荡的模态进行了分析,得出了影响次同步振荡的影响因素。最后通过时域分析法进行了验证,得到验证结果和特征值分析结果是一致的。     

双馈风力发电机运行控制及其空间矢量分析

以分析双馈风力发电机交流励磁的电磁本质为目标,运用空间矢量理论建立了双馈风力发电机的空间矢量模型;在此基础上,建立了变速变桨双馈风力发电机组的整机模型,给出了不同运行状态下的仿真曲线。在转子绕组自行闭合与加入转子交流励磁2种情况下,对双馈电机中定转子磁动势空间矢量的相位变化进行对比,揭示了交流励磁对于改变转子磁动势空间矢量相位的作用。研究结果表明,当双馈电机运行在亚同步状态时,通过控制交流励磁电流可以使转子磁动势空间矢量的相位超前于定子磁动势空间矢量的相位,从而使双馈电机在转速低于同步转速时也能处于发电状态。     

不同工况下风力发电机传动系统动态外载荷计算

综合考虑风轮非定常气动载荷计算模型、传动系统动力学模型、双馈发电机模型和变速变桨距控制模型,建立风力发电机传动系统在不同工况下的动态外载荷计算模型。使用所建立的计算模型对变速变桨距型风力发电机分别在启动、运行和制动时的外载荷进行计算分析,得到增速齿轮箱的输入载荷变化规律及其影响因素。     

不同风电机组的频率响应特性仿真分析

研究分析了恒速异步风力发电机、双馈感应风力发电机和直驱永磁同步风力发电机组成的风电场的频率响应特性;利用DIgSILENT/PowerFactory建立了风电场的动态模型;通过仿真显示:由于采用解耦控制方式,基于双馈感应电机、直驱永磁同步电机的变速风电机组不能对系统频率变化做出快速有效响应,而基于异步感应电机的恒速风电机组能快速地对系统频率变化做出正确响应,能有效地提高系统的频率稳定性。     

考虑Crowbar动作特性的DFIG风电场短路电流特性分析

随着风电场并网容量的不断增加,分析风电场短路电流特性也愈加重要。电网发生不对称故障时,双馈风力发电机的短路电流与电网发生对称故障时的短路电流有差异。另外,受Crowbar动作特性的影响,加装Crowbar保护的双馈风力发电机在不同机端电压跌落程度中的短路电流也不同。为全面分析风电场的短路电流特性,首先推导了双馈风力发电机适用于对称故障及不对称故障下,计及Crowbar动作特性的短路电流解析式;然后基于Crowbar动作区域曲线,判断风电场中各双馈风力发电机Crowbar的动作情况;以Crowbar是否动作作为分群准则,将风电场分群等值为两机模型,在此基础上进行风电场的短路电流计算。文章利用Matlab/Simulink仿真软件,验证了对称故障及不对称故障下计及Crowbar动作特性的风电场短路电流计算方法的正确性。     

双馈风力发电机组等效模型对机组暂态稳定性影响

为研究并网双馈风力发电机组的机电耦合作用对机组暂态性能的影响,采用等效集中质量法,在Mat-lab/Simulink环境下,提出一种基于叶片弯曲柔性和传动轴扭转柔性的风力发电机组3质量块等效模型。结合双馈发电机控制策略,分别以额定功率750 kW和3 MW的风力发电机组为例,对其在电网电压跌落和机械扰动两种情况下进行暂态稳定性仿真,并将仿真结果和传统的1质量块、2质量块等效模型的仿真结果进行比较分析。结果表明:随着单机容量的增加,叶片的柔性对机组暂态稳定性的影响逐渐增大,建立3质量块等效模型对研究大容量双馈风力发电机组暂态稳定性是必要和有效的。