同步化双馈风电并网控制技术

作为风电并网主流机型——双馈风电机组的并网控制日益重要,然而传统矢量控制的双馈风电并网控制,其转子位置角信号容易受到干扰而影响其稳定性,给风电并网带来了影响。分析了双馈风电机组(DFIG)的同步化特点,提出了基于转子电压幅值和频率控制(MFC)的DFIG并网控制方法,并进一步提出了基于MFC控制的含调度指令功能的DFIG并网控制策略;通过仿真验证了基于转子电压MFC的双馈风电并网控制策略的有效性。     

考虑相位跳变的双馈感应发电机转子电压动态特性

风电并网点低电压事件的电压相位跳变(PAJ)及跳变角度值会改变低电压穿越期间双馈感应发电机(DFIG)转子电压动态特性,进而影响保护性能。但现有DFIG故障特性研究中,对PAJ考虑不足。针对这一问题,基于DFIG动态模型,推导考虑PAJ的DFIG定子磁链和转子电压瞬时表达式;采用定子磁链和转子电压空间矢量图分解法,分析PAJ对定子磁链的作用机理,揭示了转子电压直流瞬态分量受PAJ的影响规律;详细研究不同PAJ值、电压幅值和持续时间下定子磁链和转子电压的矢量轨迹特征、振荡衰减特性及其叠加机制,并给出了不同恢复时刻下转子电压的最大、最小值。相应的1.5 MW DFIG仿真结果验证了所提理论分析和方法的正确性。最后,综合分析PAJ任意和约束条件对DFIG转子过压峰值影响规律,提出了一种计及相位补偿的改进励磁控制设计建议。     

DFIG-FMAC-PSS控制对风电并网系统的暂态稳定性改善

风电并网会对电力系统的稳定运行产生影响。为此本文考虑在双馈感应发电机(DFIG)上装设电力系统稳定器(PSS),提出DFIG转子磁链幅值和相角控制(FMAC)加PSS的控制方案。选用DFIG定子电功率作为PSS输入信号,通过调节DFIG转子磁链矢量的幅值和相角对发电机的端电压和输出功率进行控制,在大扰动的情况下对风电并网系统的稳定性进行研究。研究表明所提DFIG-FMAC-PSS的控制方案经济可行,在提供电压控制、促进阻尼作用和提高风电并网的暂态稳定性方面优于基于同步发电机的PSS解决方案。     

含风电孤立中压微电网暂态电压稳定协同控制策略

分析了孤立中压微电网中双馈异步风力发电机组(DFIG)与动态负荷的暂态运行特性。为改善含DFIG微电网的暂态电压稳定性,提出了基于就地层储能稳定控制、DFIG快速变桨控制和甩动态负荷的暂态电压稳定协同控制策略。基于PSCAD/EMTDC建立了东澳岛中压微电网系统和稳定控制策略模型,研究结果表明,微电网暂态电压稳定性与微电网中风电渗透率和负荷特性密切相关;在大扰动下,提出的暂态电压稳定协同控制策略能有效增强微电网的电压稳定性。     

基于轨迹特征分析的双馈风电机组参数识别

分析研究风电接入后系统的动态运行与稳定控制,需要建立准确的风电机组结构和参数模型。为此,根据系统辨识理论,推导双馈风电机组（DFIG）的传递函数矩阵,构造传递函数系统与未知参数之间的关系,分析风电机组电抗参数的可辨识性;对风电并网系统进行动态轨迹保稳降维等效变换,通过分析系统主导映像轨迹的特征,建立双馈风电机组参数识别系统的受扰轨迹差异度指标,并将参数待识别系统受扰轨迹与实际轨迹的差异度作为目标函数,优化求解双馈风电机组电抗参数;对算例系统发生线路故障和风速变化等不同情况下进行参数识别计算。仿真结果检验了采用系统轨迹差异度方法识别DFIG参数的有效性和可行性。     

考虑定子侧暂态过程的双馈感应发电机转子电流解耦控制

转子侧变流器过载能力是制约双馈感应发电机(DFIG)低电压耐受能力的主要瓶颈,合理的转子电流控制策略是DFIG安全度过电压跌落与恢复期暂态过程的保障.为改善转子电流的动态特性,以DFIG的5阶模型为基础,研究了考虑定子侧磁链暂态的转子电流解耦控制模型,通过前馈补偿环节消除定子磁链暂态对转子电流动态的不利影响,提出了DFIG转子侧变流器控制参数的设计方法.仿真结果表明,提出的控制策略可使转子电流快速跟踪参考值的变化并抑制过电流,改善了DFIG对电网电压波动的耐受能力,验证了该解耦控制模型的正确性和有效性,为DFIG转子电流动态响应特性的参数化设计提供了依据.     

基于扩展卡尔曼滤波的DFIG变流器控制系统参数辨识方法

变流器为风电机组的重要组成部分,其控制系统对风电机组的动态输出特性具有显著影响。针对双馈风电机组（doubly fed induction generator,DFIG）变流器,提出其控制参数辨识方法。根据DFIG变流器控制的详细动态模型分析其控制参数辨识的可行性,并结合参数的轨迹灵敏度来定量分析其辨识的难易程度;基于风电机组实际运行工况下可量测获取变量及其时间序列,结合扩展卡尔曼滤波算法推导相应的状态转移矩阵及观测矩阵,并构建风电机组变流器控制的离散化迭代方程,进而建立变流器控制参数辨识模型。以并网1台DFIG的4机2区系统作为测试系统,通过量测风电机组定转子侧、电网侧电气量来实现变流器控制参数的辨识,仿真结果证明了该方法的准确性和鲁棒性。     

应用STATCOM与Crowbar提高风电场低电压穿越能力

为满足并网风电机组在电网电压在一定范围内瞬间跌落时不脱网运行,通过分析DFIG电压跌落时的暂态过程,建立一种基于STATCOM和Crowbar的低电压穿越控制策略。STATCOM采用恒电压控制策略,适当地调节交流侧输出的幅值和相位,以提供满足系统电压稳定的无功功率;Crowbar电路的投切,对转子电流或直流侧电压滞环比较来控制,以卸荷多余能量并保护变流器,从而实现低电压穿越。最后,在PSCAD/EMTDC平台建立了DFIG的LVRT仿真模型,结果表明:该策略使DFIG在电压跌落较深情况下具备了低电压穿越能力。     

电网电压骤降故障下双馈风力发电机建模与控制

双馈感应发电机（DFIG）在变速恒频风力发电中得到广泛应用,对DFIG采用矢量控制可使风电系统实现最大风能追踪和有功、无功解耦调节,从而获得优良的发电运行性能。但在传统的矢量控制方式中,通常认为是无穷大理想电网,忽略了定子励磁电流变化的动态过程,从而得到简化的DFIG数学模型,并以此作为电流内环控制器的设计依据。这种控制器在电网正常的情况下可使系统获得优良的动静态特性,但当电网出现故障时,其控制性能将恶化。为了提高电网电压故障情况下DFIG不间断运行能力,文中以DFIG的精确数学模型为依据,针对传统的2种矢量控制方式的不足,提出了改进的控制方案,并对改进前后电网电压骤降情况下DFIG的动态过程进行了仿真对比,结果表明改进方案可以有效控制转子电流,保护转子励磁变频器,提高DFIG变速恒频风电系统在电网故障下的不间断运行能力,是并网DFIG风力发电机的一种有效、实用的控制策略。     

大规模风电并网无功电压协调控制策略研究

本文开展了大容量、集团式风电场接入输电网的协调电压控制方法研究。针对双馈风电机组(DFIG)的无功电压控制方式,提出了考虑运行约束的风电机组及风电场无功调节能力计算方法,并提出了基于电压控制器和控制任务协调分配的风电场电压控制策略,使风电场相对电网整体表现为可控电压源;进一步,基于危险节点等值模型,选择控制节点和构建风电网系统协调电压控制模型,并通过在线求解简单的优化问题确定控制量;基于此提出了风电场并网的电压协调控制系统方案,使并网DFIG风电场参与电力系统电压控制。基于典型系统的仿真结果表明,该方案能充分利用系统中的电压支撑能力,提高系统的电压稳定性,能适应风电并网系统在线电压协调控制的要求。     

电网对称故障时双馈感应发电机不脱网运行的系统仿真研究

利用经实验验证的时域仿真模型对一典型的2MW双馈感应风力发电系统在电网对称故障时的控制和响应进行仿真研究。与在电网故障时将转子端部直接短接的保护方案相比较,采用所提出的电网故障励磁控制与正常运行时的风能跟踪控制相结合,可以保证发电机迅速恢复有功输出,从而提高整个电力系统在故障切除后的运行稳定性。针对电网对称故障时发电机不脱网运行的可控范围进行仿真计算的结果表明:典型双馈感应风力发电机可在电网故障引起发电机变压器系统侧电压最低下降到30％额定电压时仍可保持不脱网运行。对影响电网故障励磁控制性能的各种因素,包括发电机故障前初始运行点及电机参数进行了研究,发现适当增加发电机漏感或定予侧电阻有助于进一步提高电网故障时励磁控制的效果。     

双馈风力发电系统的比例谐振直接电压控制

提出双馈异步发电机的比例谐振直接电压控制策略,实现双馈风力发电系统的电网同步控制。通过分析双馈异步发电机的数学模型,建立了转子旋转坐标系中转子电压对定子电压的直接控制关系。在转子旋转坐标系中采用比例谐振控制器控制定子电压,以实现对交流电网电压的无静差跟踪。与传统双馈异步发电机的电网同步控制策略相比,提出的控制策略减少了坐标旋转变换的次数,消除了转子电流的测量和控制环节,避免采用受发电机参数影响的前馈补偿控制,从而简化了控制算法,提高了控制系统的鲁棒性。仿真结果表明,提出的控制策略可有效地实现双馈异步发电机的电网同步控制。     

变速恒频双馈风电机组恒功率非线性控制

为了有效减少变速恒频双馈风电机组额定风速以上时的功率和转速波动,提出了一种同时考虑桨距角和双馈感应发电机转子励磁电压调节的新型恒功率控制策略。在分析风力机特性和双馈感应发电机基本电磁关系的基础上,建立了变速恒频双馈风电机组的非线性数学模型,并利用反馈线性化理论设计了非线性控制器。仿真结果表明,所提出的控制策略与现存的仅...     

用于DFIG风电场接入电网的固态变压器控制策略

固态变压器(SST)作为解决DFIG风电场接入电网所存在问题的一种新的接入方式,得到了越来越多的关注。通过对电网故障情况下DFIG定、转子电压、电流过渡过程机理的分析,提出了通过控制SST风场侧换流器电压的下降和故障切除时电压上升的斜率,来抑制电网故障过程中因电网电压突变而使双馈发电机的电压、电流以及转矩产生的冲击。分析了通过SST控制风场侧电压下降斜率与能量传递、SST直流链等效电容容值的关系,同时也分析了电网故障过程中,风场侧电压与电网电压跌落的关系。最后建立了双馈风力发电机、SST及其控制系统的模型,并针对电网三相短路故障进行了仿真计算,进一步验证了所提控制策略的正确性和有效性。     

电网电压跌落下双馈风力发电系统强励控制

为增强电网故障下双馈风力发电系统(DFIG)的低电压穿越(LVRT)运行能力,提出一种DFIG转子侧变换器(RSC)强励控制策略。在基于定子磁链定向的矢量控制策略中增加多频比例谐振控制器(MFPR),当电网故障造成发电机定子电压跌落时,多频比例谐振控制器能够对转子侧变换器(RSC)的输出励磁电压进行补偿,抑制转子故障电流,实现DFIG的低电压穿越运行。分析了转子电压等级与DFIG的低电压穿越运行区间的关系,为DFIG转子侧变换器的电压等级设计标准提供了参考依据。控制系统结构简单,保证了系统的响应速度,可同时对电网对称跌落和不对称跌落产生的故障电流进行抑制。通过对1.5 MW双馈风力发电机组进行仿真研究,验证了理论分析的正确性和所提控制策略的可行性。     

双馈型风力发电机无功控制模型参数灵敏度分析

随着风电的不断发展,大规模风电并网后对电网造成的影响也日益明显。双馈风机可以对有功、无功进行解耦控制,具有独立、灵活的无功功率控制能力,因此分析双馈风机在电网发生故障期间的无功响应是研究风电并网后风力发电机对电网电压稳定影响的关键,对双馈风机无功控制部分模型的分析十分重要。为更准确地分析双馈机对电网电压稳定性的影响,对GE双馈型风力发电机模型进行了研究,在PSASP仿真平台上分析了模型中各个参数的灵敏度,提出了仿真的关键参数并解释了这些参数的物理意义。     

弱电网情况下双馈风电机组改进虚拟感抗控制方法

当前弱电网条件下双馈风电机组的运行稳定性问题受到广泛关注。在同步旋转坐标系下建立了综合考虑锁相环、转子侧电流环和功率环控制器影响的双馈风电机组等效输入导纳模型。在此基础上,结合广义奈奎斯特稳定判据分析了增大转子侧电感对系统稳定性的提升作用,由此提出在控制器中引入虚拟感抗提高系统稳定性的方法。相对于传统的直接在转子侧电流环中引入虚拟感抗,在设计基于虚拟感抗的控制器时,充分考虑锁相环耦合弱电网扰动对双馈风电机组运行稳定性带来的不利影响,提出了改进的控制方法。通过广义奈奎斯特判据证明了该方法能有效提高弱电网条件下双馈风电机组的运行稳定性。在MATLAB/Simulink中搭建了1.5 MW的双馈风电机组详细模型,通过仿真验证了所提改进控制器对提高系统稳定性的有效性。     

双馈变速恒频风力发电空载并网控制策略

传统的风力发电并网方式主要有直接并网和降压并网,在并网瞬间会产生很大的冲击电流.根据交流励磁变速恒频风力发电的运行特点,将矢量控制的电网电压定向技术应用于双馈发电机的并网发电上,提出一种基于电网电压定向的双馈变速恒频风力发电空载并网控制策略,即在定子开路条件下,根据电网电压和电机转速来调节转子的励磁电流,在变速条件下实现几乎无冲击电流并网和输出有功、无功功率的解耦控制,建立了交流励磁发电机空载并网及稳态运行控制模型.仿真和实验结果表明,本文所提出的空载并网方式是变速恒频风力发电的一种较理想的并网方式.     

并网风电场改善系统阻尼的仿真

提出一种基于双馈变速风电机组的系统稳定控制技术,将双馈电机转差信号引入转子侧变频器控制模型。在系统发生功率振荡时,通过改变转子励磁电压的相角调节双馈变速风电机组输出与振荡相关的阻尼功率,达到使风电场能够改善系统阻尼的目的。在电力系统分析软件DIgSILENT/PowerFactory中建立风电场和实际电力系统等效模型,对双馈变速风电机组采用电力系统稳定器(PSS)前后的系统进行特征值分析和系统故障时域仿真。2种分析结果表明,引入PSS控制环节的基于双馈变速风电机组的并网风电场能够改善系统阻尼,对系统功率振荡具有很好的阻尼和抑制作用,加强了系统动态稳定性。