基于实测数据的双馈风电机组外特性研究及简化建模

基于机理建模的双馈风电机组模型复杂,且未考虑电压跌落期间变流器控制策略的改变,难以分析双馈机组电压跌落对系统暂态稳定的影响。双馈风电机组机端电压跌落过程持续时间较短,机组的输出主要受变流器控制策略的影响,不同双馈机组的外特性存在较大差异。由于变流器在电压跌落期间的控制策略为企业机密,一般难以获取,给机理建模带来较大的障碍。非机理建模根据输出的外特性构建简化双馈机组的暂态模型,避免了双馈机组建模的复杂性。对比两种1.5 MW双馈机组电压跌落的实测数据,分析机组的输出特性,并据此构建了双馈机组在电压跌落和恢复过程的简化等值模型。在PSASP软件中利用自定义建模,构建简化模型,进行仿真对比,和测试机组的实际输出具有较高的符合度。基于风电机组外特性的简化模型降低了模型的复杂度,适用于分析双馈风电机组电压跌落对系统暂态稳定的影响。     

基于PSCAD的双馈风电机组暂态等值模型研究

随着接入电网的风电场规模日益增大,电力系统暂态过程研究对风电场准确简洁建模的需求愈发迫切。本文研究了一种基于PSCAD仿真平台的降阶双馈风电机组等值模型。该等值模型保留了原双馈风电机组(DFIG)详细模型中的风力机模型、轴系模型以及发电机模型,同时采用两组独立可控电流源及其对应配套控制策略,替代了由电力电子装置构成、仿真计算资源需求大、精度要求高的背靠背PWM变流器组及配套控制系统。基于PSCAD的仿真分析对所搭建的双馈风电机组等值模型的基础控制特性、暂态响应特性,以及仿真计算效率进行了验证,证明了该模型既可以有效保持双馈风电机组的暂态响应特性,同时又大幅度提高了仿真计算效率。     

附加频率控制双馈风电场频率响应特性建模与参数辨识

随着风电渗透率的增加,风电机组参与电力系统调频已成为间歇式风电消纳的共识.为实现含高比例风电电力系统频率特性的高效准确分析,该文首先建立了附加频率控制下双馈异步风电机组(DFIG)双输入(风速、频率)-单输出(并网功率)频率响应模型,并通过劳斯近似,依次建立了DFIG频率响应4阶和2阶模型;进而针对双馈风电场整体频率响应特性的建模需求,结合矩阵束法和最小二乘法,设计了采用数据重构的双馈风电场频率响应降阶模型参数辨识算法;最后,基于DFIG单机并网系统和含双馈风电场的扩展IEEE 30节点系统,通过对比Matlab/Simulink电磁暂态仿真结果,分别验证了频率响应降阶模型和所提参数辨识算法的准确性和有效性.     

基于实时数字仿真的大型风电场双馈型机组等值模型的建立

为了仿真大型并网风电场的动态电气特性,正确评价风力发电场对电力系统稳定性的影响,需要对风电场进行整体建模。介绍了风电场等值建模的基本原理,研究基于实时数字仿真(RTDS)的双馈型机组各参数等值方法,通过对比分析风电场详细模型和等值模型正常运行时的稳态特性和故障时电磁暂态特性,验证等值模型的可靠性。     

双馈风电机组的建模仿真及其等值方法研究

分析了双馈风力发电机组的数学模型及控制模型,基于PSCAD/EMTDC仿真平台搭建了双馈风力发电机组仿真模型,以阵风和渐变风为例,对风力发电机组并网运行端口的稳态特性和故障特性做了仿真,能够实现定子侧有功、无功解耦控制及电压的恒定,验证了所建模型的正确性。在考虑尾流效应的情况下,研究了不同类型的双馈风电机组等值思路,搭建了等值模型,对其等值前后的稳态、暂态特性进行对比分析,结果表明了该等值方法的有效性,为大规模并网型双馈机组风电场进一步研究提供了有力条件。     

基于实测参数辨识的双馈风机机电暂态建模研究

目前南方电网仿真中风电机组模型主要采用CE模型,与实际情况存在差异,急需开展基于实测数据辨识的风电机组机电暂态建模技术研究。本文主要介绍了PSD-BPA双馈风电机组详细控制模型,并结合现场实测数据完成了东风电气1.5 MW风电机组机电暂态建模与仿真,通过仿真与实测的比较验证了辨识模型的准确性和实用性。     

兆瓦级双馈风电机组电网故障时的暂态分析

以1.5MW双馈式风力发电机组为研究对象,通过分析双馈式异步发电机的暂态电气关系,给出了电网三相短路故障时双馈式异步电机的定子绕组暂态电流和转子绕组暂态电流的计算方法.建立双馈式风电机组的并网模型,并进行了电网三相短路故障的仿真,仿真结果验证了暂态响应算法的有效性.对双馈式风电机组的Crowbar电路的作用进行了理论分析和仿真研究,采用Crowbar电路时风电机组的暂态响应比未采用该电路时有了明显改善.     

双馈异步发电机风电场聚合模型研究

提出了一种风电场内输入风速不同的多台风电机组的单机等值建模方法。在机组参数相同的条件下,以风电场的有功功率及无功功率输出、动能的变化率、传动链损耗保持不变为原则,对机组的风轮、传动链、发电系统及主控系统进行等值变换,给出了相关参数的计算方法,同时给出了等值风速的计算方法。以“在公共连接点短路阻抗相等”为原则,对风电场内的电力网络进行单阻抗等效。建立了包含4台参数相同的2 MW双馈风电机组风电场详细模型和相应的等值模型,通过仿真分析分别对比这2种模型在随机风速和电网故障情况下的输出特性。结果表明,该方法得到的等值聚合模型具有很高的精度,适用于具有相同参数双馈风电机组的风电场建模。     

兆瓦级双馈风电机组电网故障时的暂态分析

以1.5MW双馈式风力发电机组为研究对象,通过分析双馈式异步发电机的暂态电气关系,给出了电网三相短路故障时双馈式异步电机的定子绕组暂态电流和转子绕组暂态电流的计算方法。建立双馈式风电机组的并网模型,并进行了电网三相短路故障的仿真,仿真结果验证了暂态响应算法的有效性。对双馈式风电机组的Crowbar电路的作用进行了理论分析和仿真研究,采用Crowbar电路时风电机组的暂态响应比未采用该电路时有了明显改善。     

基于实测数据的双馈风电机电暂态仿真模型参数识别方法

双馈风电的机电暂态仿真模型具有比较复杂的结构和较多的控制参数,根据实测数据建立实际机组的模型参数是实际应用的重要前提和基础。根据双馈风电模型的基本结构特点以及不同模型参数对输出特性的影响程度,提出了基于参数影响程度的分类确定方法。首先根据双馈风电的基本原理和模型结构,分析不同部分参数变化对风电机组输出有功、无功特性的影响程度,指出正常控制方式、低电压穿越期间控制方式及参数具有较大影响;之后基于实际数据条件,针对不同参数提出了分别采用厂家获取、典型参数、实测拟合的分类处理方法;最后采用实际双馈风电机组介绍了方法的流程、参数拟合的结果和效果。实践证明该文提出的参数识别方法能够反映实际风电的关键特性,具有较好的实际应用价值。     

基于模糊C均值聚类的风电场多机等值方法

风电场等值是含风电场接入电网分析计算的重要技术手段。为降低风电场等值的难度,提高风电场分群的效率,本文基于风电机组实际运行中的监测状态量,采用模糊C均值(FCM)聚类算法,实现了风电场等值。首先选定各机组输出有功功率、无功功率、机端电压有效值及输出电流有效值为分群指标,并根据给定的等值机台数,将风电场分群问题转化为聚类问题;其次建立了风电机组类属隶属度函数和模糊C均值聚类算法的目标函数,通过迭代求解最优的聚类中心和模糊隶属度矩阵,得到风电场分群结果,算法具有计算简单、收敛性好的特点;然后,根据分群结果,对不同群的风电机组进行等值,实现风电场的多机等值;最后,通过仿真比较验证了本方法的有效性。本方法选取的分群指标具有可实操性,且在给定等值机台数条件下,计算更为简单、等值精度更高,适合用于风电场等值的实际工程计算。     

含不同风电机组的风电场暂态运行特性仿真研究

随着大容量风电场集中接入电网,有必要研究含不同风电机组参数和类型的风电场暂态特性及对电网的影响。在分析笼型异步和双馈异步风电机组暂态模型的基础上,分别建立了含不同风电机组的风电场容量加权等值模型。从风电机组不同容量比、风电场不同短路容量比以及电网联络线不同阻抗比角度,对含不同风电机组的风电场暂态运行特性进行仿真。仿真结果表明：在电网接受风能容量一定的条件下,双馈异步风电机组装机容量比例提高以及风电场短路容量比和联络线阻抗比的降低,都可以提高和改善风电场出口处电压和机组的暂态稳定性。     

基于DDPG的风电场动态参数智能校核知识学习模型

随着风电渗透率的增加,电力电子化元件大量接入,风电场表现出的动态特性愈发复杂,传统的基于少量案例、解析的仿真验证方法面临挑战.以深度强化学习为代表的新一代人工智能在多领域的成功应用,为风电场动态参数智能校核提供了借鉴.在双馈风电场等值模型的基础上,基于深度确定性策略梯度(deep deterministic polic...     

Real-Time Simulation of a Wind Energy System Based on the Doubly-Fed Induction Generator

This paper presents the real-time digital simulation of a grid-connected wind turbine generator system (WTGS) based on a doubly-fed induction generator (DFIG). A 1.5-MW WTGS is the basis for model development. First a detailed electromagnetic transient model for the WTGS is developed in the MATLAB/SIMULINK environment. This model includes the complete aerodynamic, mechanical and electrical components of the wind turbine, the back-to-back voltage source converter (VSC)-based power electronic interface, as well as the mechanical and electrical controllers of the WTGS. The overall grid-connected WTGS model was then order-reduced and implemented on a PC-cluster-based real-time digital simulator. The maximum execution time of the DFIG model and control was 5.53 $mu{rm s}$, while that of the grid-connected WTGS was 15.375 $mu{rm s}$. Real-time oscilloscope results are presented to illustrate the WTGS controller performance, the variable wind speed dynamics, and interaction of the WTGS with grid faults. The real-time WTGS model can be readily used for hardware-in-the-loop testing.      

基于尾流效应的双馈式风电场动态等值模型研究

针对风电机组间尾流效应对风电场并网点输出特性有较大的影响及常用的风电场单机等值模型误差大的问题,提出了考虑尾流效应的多机等值风电场动态等值模型。该方法计及Jensen模型作为风电场划分判据,将各组群进行独立等效。最后以电磁暂态仿真软件PSCAD／EMTDC为分析平台,搭建了双馈风电场详细模型和两种等值模型。通过比较风速波动情况下和故障情况下风电场等值模型与详细模型的并网点输出特性,验证了所提方法的准确性和适用性。     

计及阻容式撬棒的混合型风电场协同控制及故障特性分析

为解决混合型风电场低穿措施复杂难以协同及低穿后故障特性难以分析的问题,提出双馈风电机组应用阻容式撬棒以改善低电压穿越期间混合型风电场的频偏及无功特性。首先建立双馈风电机组群与永磁直驱风力发电机组群模型,通过分群聚合等效的方法建立混合型风电场简化等效模型。在此基础上,分析计及阻容撬棒的混合型风电场故障期间各类型风电机组的无功调节能力及调节特性。据此制定混合型风电场的无功协同控制策略以优化低电压穿越期间无功输出能力,分析采用协同控制策略后混合型风电场的短路特性,并对短路电流进行解析。最后基于PSCAD/EMTDC仿真软件建立了混合型风电场仿真模型,对协同策略的有效性及故障电流表达式的正确性进行仿真验证。     

静止无功发生器对双馈风电场高频振荡的影响

双馈风电场中静止无功发生器(static var generator, SVG)的接入易引发系统产生高频振荡现象,威胁风电场的安全稳定运行。针对这一问题,首先建立了包含双馈风电机群、集电线路和SVG的高频阻抗模型,同时,在PSCAD/EMTDC中搭建了包含4条风电机群链路、集电线路与SVG的双馈风电场仿真模型,通过阻抗扫描与理论阻抗对比,验证了所建立的双馈风电场高频阻抗模型的准确性;然后,分析了双馈风电场的高频振荡现象,探究了SVG系统参数对双馈风电场高频振荡特性的影响,研究结果表明:SVG延时、内环控制参数与滤波电感是影响SVG高频振荡特性的关键因素;最后,通过仿真验证了理论分析的正确性。     

静止无功发生器对双馈风电场高频振荡的影响

双馈风电场中静止无功发生器(static var generator, SVG)的接入易引发系统产生高频振荡现象,威胁风电场的安全稳定运行。针对这一问题,首先建立了包含双馈风电机群、集电线路和SVG的高频阻抗模型,同时,在PSCAD/EMTDC中搭建了包含4条风电机群链路、集电线路与SVG的双馈风电场仿真模型,通过阻抗扫描与理论阻抗对比,验证了所建立的双馈风电场高频阻抗模型的准确性;然后,分析了双馈风电场的高频振荡现象,探究了SVG系统参数对双馈风电场高频振荡特性的影响,研究结果表明：SVG延时、内环控制参数与滤波电感是影响SVG高频振荡特性的关键因素;最后,通过仿真验证了理论分析的正确性。     

双馈风力发电机组系统接入与稳定运行仿真

分析了包含大量异步风力发电机组的风电场并网运行后对电力系统静态和动态稳定性的影响。从系统接入和稳定运行的角度研究了双馈风力发电机组及普遍采用的定子磁链定向矢量控制策略在提高风电系统稳定性方面的优势与不足。以实际机组为例在PSCAD/EMTDC平台上建立了仿真模型,结果表明双馈风力发电机组在风速发生变化时不仅能够以变速恒频方式运行并追踪最大风能,且电网电压也比传统鼠笼式风力发电机组更为稳定。在系统发生最严重的三相接地故障时,风电场具有更好的暂态稳定性。     

基于遗传算法的风电场等值模型的研究

在分析笼型异步风力发电机组动态模型的基础上,利用含笼型异步风力发电机组的风电场详细模型的运行数据,提出了基于遗传算法的风电场单机等值建模方法和参数优化模型。针对风电场内机组参数完全相同和不同的两种算例,对风速扰动和风电场出口处发生三相短路故障下的风电场动、暂态运行特性进行仿真,并与风电场详细模型和容量加权单机等值模型时的结果进行比较。结果表明基于遗传算法的单机等值模型具有和详细模型一致的风电场运行特性;与风电场容量加权单机等值模型相比,能更好地表现风电场的动、暂态运行特性。