双馈异步风电机组模拟惯量响应控制技术综述

通过模拟惯量控制策略,双馈异步风电机组（DFIG-WTG）可以实现惯量响应,提高电力系统的频率稳定性。综述了3类双馈异步风电机组的模拟惯量响应控制策略：一是在MPPT控制策略中引入频率偏差或其导数,通过增益、比例积分（PI）控制器等控制环节后,得到双馈风电机组转矩或有功功率的补充控制参考值;二是当发生频率扰动时,屏蔽MPPT控制策略,采用瞬时有功功率超发实现模拟惯量;三是采用磁链幅值相角控制（FMAC）策略实现模拟同步发电机控制。通过合理的参数设定,理论上3种控制策略均可以最大化利用风电机组的转子动能。     

双馈风电机组动力学特性对电力系统小干扰稳定的影响分析

风力发电是目前最有效的一种利用可再生能源的方式。大规模风电接入高压输电网后对系统小干扰稳定的影响机理是亟待回答的问题。利用特征分析方法,研究了工作在最大功率点跟踪模式以及含附加虚拟惯量控制的最大功率点跟踪模式下,双馈风电机组动力学特性对电力系统小干扰稳定的影响,提出可利用双馈风电机组的功率注入模型进行含风电电力系统小干扰稳定分析。仿真计算验证了结论的合理性。     

1.5MW双馈式变速恒频风电机组控制系统研究

变速恒频风电机组具有风能转换效率高、能吸收阵风能量、可以实现发电机和电力系统的柔性连接、“零冲击”并网、运行噪声小等优点,是国际上现代风力发电的主要发展方向之一。文章针对变速恒频风电机组的变速控制方式进行了研究,且以兆瓦级变速恒频风电机组为模型,对几种变速控制策略进行了仿真。并在对分析仿真结果的基础上,结合大型变速恒频风电机组的整机特点和控制方法的可行性,采用了功率闭环的变速控制策略;最后在自主研发的1．5MW变速恒频风电机组控制系统及变流器样机上,对变速运行的功率控制策略进行了大量实验和长期的现场试运行,验证了变速控制方式的可行性与实用性。     

双馈风电机组惯量控制对系统小干扰稳定的影响

研究了双馈风电机组加入惯量控制后对系统小干扰稳定的影响。首先,分析了双馈风电机组为系统提供惯性支持的基本原理,讨论了两种惯量控制的方法。然后,分析了这两种控制方法对系统小干扰稳定的可能影响。最后基于仿真,用模式分析法分析了不同控制策略和参数下的惯量控制对系统小干扰稳定的影响特性。分析表明,引入惯量控制对系统的小干扰稳定存在较明显的影响,在设计控制方法和参数时需要考虑小干扰稳定的安全约束。     

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。     

基于恒速风电机组的风电场并网过程仿真

对基于恒速风电机组的风电场并网过程进行了分析并提出了改善措施。在DIgSILENT/PowerFactory中建立了恒速风电机组风电场的等值模型,分析了大规模风电场并网时对系统的影响。研究结果表明,对于接入弱系统的大规模风电场,为了减小风电机组并网所带来的冲击和避免系统电压失稳,应对同时并网的风电机组的数量有所限制。     

风电机组等效模型对机组暂态稳定分析结果的影响

该文应用等效集中质量法,建立了同时考虑风力机叶片弯曲柔性以及风力机和发电机之间传动轴扭转柔性的风力机3个质量块等效模型。结合并网笼型异步发电机的电磁暂态模型,以额定功率330 kW(MADE-AE30)和3 MW的风力发电机组为例,在电网电压骤降和机械大扰动下,与风力机传统1个、2个质量块等效模型的机组暂态稳定性进行了     

中外常用风力发电技术及风电机概述

近年来在风电技术不断发展的过程中,先后涌现出多种不同的风力发电机及其控制技术。人们对这些风力发电机的研究焦点是如何使其更高效更可靠地实现风能向电能的转换。本文先简要介绍了变速恒频发电技术,然后详细介绍了目前国内外较常用的两类风力发电机——直驱永磁同步风力发电机和双馈风力发电机。     

变速恒频双馈风电机组频率控制策略

传统的变速双馈风电机组解耦控制策略对于系统频率支撑作用微乎其微。文中在分析变速双馈风电机组参与系统频率控制特性的基础上,在传统变速双馈风电机组解耦控制中附加风电机组频率控制单元。控制系统包含频率控制、转速延时恢复、转速保护系统和与常规机组配合等4个功能模块。仿真结果表明,该控制策略不仅对暂态频率偏差具有快速的响应能力,而且能够使转子转速以更快的速度恢复到最佳运行状态,证明了基于变速双馈机组的风电场能够在一定程度上参与系统的频率控制。     

双速异步发电机应用于风力发电中的仿真分析

利用Simulink仿真软件建立了双速电机并网的仿真模型。对仿真模型进行了验证,并对各种并网过程进行了仿真,得出了大小电机切换过程中定子电流和转速随时间的变化曲线。通过该模型对电机切换过程的仿真分析,为双速电机切换控制的系统实现提供了理论依据,同时对风力发电机的设计、运行、控制和保护提供了理论参考。     

双馈风电机组虚拟惯量控制对电力系统机电振荡的影响分析

虚拟惯量控制能使双馈风电机组为电网提供类似同步发电机的调频特性而得到广泛关注,但同时这种有功—频率外特性将不可避免地使双馈风电机组参与到同步发电机的机电振荡模式中,导致系统动态变得更为复杂。为了揭示双馈风电机组中虚拟惯量控制对电力系统机电振荡模式的影响规律,文中建立了基于虚拟惯量控制的双馈风电机组并网系统小信号模型,采用模态分析法分析了虚拟惯量控制相关控制回路(即虚拟惯量模拟环、锁相环和有功控制环)对同步发电机间机电振荡模式的影响规律。基于改进四机两区域系统的研究表明,增大下垂系数和适当增大滤波时间常数能改善系统阻尼,锁相环带宽和功率外环带宽过小将使双馈风电机组有功控制延迟,从而无法提供正向的阻尼转矩,导致系统阻尼减小。     

考虑风速分区的风-储系统短期频率响应协同控制策略

在高风电渗透率电力系统中,针对双馈感应风电机组的转子转速与电网频率解耦所造成的机组惯性与频率响应能力缺失的问题,提出了基于模糊逻辑控制的风—储系统协同运行控制策略。该控制策略通过在风—储控制系统中嵌入模糊逻辑控制器来决策风—储系统响应电网频率波动的总有功出力和风力机转子动能的调频参与系数。基于此,根据不同风速下的风电机组运行特性将风速分区,并针对各风速区间构建了适应该区间转速—功率特点的风—储系统运行策略,使风—储系统具备能适应多种风况的短期频率响应能力。仿真结果表明:文中所提出的风—储系统协同运行控制策略能有效提升风—储系统的惯性以及短期频率响应能力,不仅能使风—储系统的短期频率响应能力适应多种风况,还可避免风电机组退出调频造成的频率二次跌落问题,同时改善了高风电渗透率电力系统的频率稳定性。     

控制定桨恒速风电机组变速运行的变频和励磁系统

针对定桨距恒速型风力发电机对风能的利用效率较低的问题,提出了采用一种新型变频和励磁系统将其改造成为变速风力发电机的方法。设计的新型可消谐励磁调节系统用于定桨距恒速风力发电机励磁,与风力发电机接入电网的变频器进行协调控制,可使风力发电机根据风速变转速运行,大大提高了对风能的利用率。同时,本励磁调节系统可消除谐波的特点降低了变频器产生的谐波对风力发电机的不利影响,提高了风力发电机系统的性能价格比。     

高风电渗透率下变速风电机组参与系统频率调整策略

考虑负荷波动、风电有功输出的随机性,针对电力系统对大规模风电并网时电能质量、经济性、负荷支撑和快速响应等多方面的需求,提出了一种高风电渗透率下变速风电机组参与系统频率调整的多时间尺度协调优化策略。根据变速风电机组运行特性,制定不同风速工况下风电机组的减载控制,并在不同时间尺度对机组间的调频出力进行协调,使惯性与一次调频相结合,实现频率调整优化。结果表明该策略下变速风电机组不仅能够有效地为系统提供惯性支撑,并且具备灵活、可控的静态频率响应特性。     

超速风电机组的改进频率控制方法

开发风电机组的控制潜力向电力系统提供频率控制成为对风力发电的新要求。传统的针对超速风电机组的频率控制方法没有考虑对风电机组旋转动能的有效利用,缺乏根据风电机组运行状态对频率控制器参数进行整定的方法,尚未充分发挥风电机组的频率控制能力。因此,提出了超速风电机组的改进频率控制方法,将超速风电机组的转子旋转动能用于降低系统频率变化率,超速减载功率用于系统一次调频,提出了考虑风电机组运行状态的频率控制器参数整定方法。仿真结果表明,提出的控制方法能够充分利用风电机组的旋转动能和减载功率提升系统频率控制效果,同时防止风电机组过度响应,有利于风电机组安全运行。     

Small Wind Energy Systems

Abstract

The application of small wind turbines for residential and commercial applications depends on how a microgrid can operate in a suitable way. Because there is variable demand and a random nature of wind resources, it is usually necessary the installation of controllable end-use loads, storage devices, and a centralized distribution control. In order to establish a small wind energy system it is important to observe the following: (i) Attending the energy requirements of the actual or future consumers; (ii) Establishing civil liabilities in case of accidents and financial losses due to shortage or low quality of energy; (iii) Negotiating collective conditions to interconnect the microgrid with the public network or with other sources of energy that is independent of wind resources; (iv) Establishing a performance criteria of power quality and reliability to end-users, in order to reduce costs and guaranteeing an acceptable energy supply. This paper discuss how performance is affected by local conditions and random nature of the wind, power demand profiles, turbine related factors, and presents the technical issues for implementing a self-excited induction generator system, or a permanent magnet based wind turbine control, in addition of discussing the use of Magnus effect wind turbines for small scale generation.     

基于异步电机的风力机特性模拟

分析了风力机的运行原理,对比了风力机与异步电动机特性的异同,提出了简单有效的转速控制方案,搭建了工控机+数据采集卡+变频器+异步电机的风力机模拟平台,应用LabVIEW软件开发了上位机界面.将该风力机模拟系统应用于新型的定子双绕组感应风力发电系统,实现了模拟风力机在不同风速及不同负载下按照风力机的特性运行,满足了定子双绕组感应风力发电系统进行最大风能追踪的控制策略研究.实验结果表明,该方法实现简单、控制精确,可方便用于实验室条件下风力发电技术的研究.     

变速恒频双馈风电机组频率控制策略的改进

风力发电参与电力系统频率的控制是大规模风电并网需具备的功能.以变速恒频双馈风电机组参与电力系统频率控制为研究对象,对现在研究中提出的在变速恒频双馈电机控制系统中增加频率控制环节进行分析,采用现在研究较为成熟的控制方法和一种改进控制方法进行分析比较,推出了将两者控制方法特点相结合的控制策略,来最大限度地利用变速双馈风电机...     

风力发电特性及对广东电网中长期发展的影响

针对广东省风能资源分布特点及风力发电的出力特性,深入比较了采用不同类型风电机组的风电场等效机组特性与传统电源的区别,研究了规模风电并网对广东电网中、长期发展的影响,并提出了相应的解决措施建议。分析结果表明,规模风电的发展最终要求系统具备一定的调节手段,广东电网应在风电消纳能力、风电并网标准、调峰电源建设、风力资源预测与调度运行系统等方面着重开展工作,以促进风电与电网的协调发展。     

基于风资源评估的风电机组设计风速分析

以新疆某风区的地形、风资源情况为研究对象,分析其历史风资源基础数据。通过计算、分析风能密度、风向频率及风能密度的方向分布、风速年变化、湍流强度、年发电量等主要参数,优化和确定有利于该地区的风力机设计风速和功率。通过例证分析了尾流的影响,指出进行风力发电机组选型和配置时应注意的问题。