基于功率轨迹预设的双馈风电机组虚拟惯量控制策略

传统虚拟惯量控制的双馈风力发电机组参数设置不当将面临风机失速的风险,且风机有功出力的瞬时下降可能引起频率的二次跌落。为此,提出一种改进虚拟惯量控制策略,基于系统频率最低点产生时刻,设定频率有功出力维持时间,减小不必要的转子动能释放;转速恢复期间有功出力随时间缓慢减少至风机最大功率跟踪点,减小频率二次跌落。最后,基于EMTP-RV仿真平台搭建高比例风电联网调频电力系统,验证了在不同变风速场景下改进方法的有效性和优越性。     

基于双馈感应风机的虚拟惯量控制研究

介绍了双馈感应风力发电机组发电系统的原理,针对虚拟惯量控制通常给系统带来的频率恢复时间变长以及频率二次跌落现象,文章提出一种通过双馈感应风电机组为系统提供频率支撑的新策略,并在Matlab/Simulink仿真软件上搭建了双馈感应风电机组发电系统模型,仿真结果证明文章所提出策略能够在有效提高电力系统频率的动态响应性能的同时,避免频率的二次下跌。     

考虑频率二次跌落抑制的风火联合一次调频控制

风电作为一种主流的新能源,可通过释放转子中的旋转动能来辅助调频,但其转速恢复过程引发的频率二次跌落,对于如综合惯性控制这类技术的应用推广是潜在的挑战。为此,首先分析了风电综合惯性控制和转速恢复对系统频率响应的影响机理,并提出了一种风火联合一次调频控制方案。其中风电机组采用典型的综合惯性控制;风电机组启动转速恢复后,火电机组可根据就地测量的频率信号,动态调整出力以补偿转速恢复阶段风电引起的二次跌落功率缺额。通过基于MATLAB/Simulink的4机9节点系统,在不同风电渗透率下对所提方案的有效性进行了验证。     

风电机组虚拟惯量一阶自抗扰控制研究

为改善独立微网中由于系统惯量小导致的频率暂态稳定性差的问题,该文研究利用风电机组虚拟惯量参与调频的控制算法。首先,分析风电机组虚拟惯量控制(VIC)机理和其存在转速快速恢复和超调过程造成调频能力下降的问题,并说明传统比例微分(PD)控制的原理;然后,利用系统频率动态响应方程,推导虚拟惯量一阶自抗扰控制(ADRC)的设计过程;最后,通过仿真和实验验证得出ADRC比PD控制优势在于能降低转速恢复速度和抑制转速超调,能更充分的释放虚拟惯量,因此ADRC进一步减小了微网暂态频率偏差和稳定时间。     

考虑频率二次跌落的风电机组调频控制研究

该文首先分析系统经典响应模型和传统火电机组内部的延时过程，并提出一种考虑协同火电机组的一次调频策略改善系统一次调频效果，其中风电机组配合同步发电机组内部惯性延时过程。为有效利用可用的转子动能储备找到最佳调频系数大小，使用粒子群优化算法（PSO）针对稳定风速情况下的风电机组输出进行优化，满足系统条件限制（例如频率最低点、频率变化率ROCOF等），决定调频系数Kc值大小和具体退出时间。并利用分段能量降幅信号作用于变流器控制来提升转子转速恢复，从而减小频率二次跌落深度。最后在Matlab/Simulink仿真软件建立的四机两区电网模型中对所提方案进行验证，为新能源参与系统频率调节提供基础。     

基于VSG的风电机组虚拟惯量控制策略

针对永磁同步风电机组通过全功率变流器并网导致机组功率和电力系统频率解耦,机组不具备惯量响应特性的问题,综合考虑风轮、发电机、变流器特性构建"原动机-直流发电机-网侧变流器"的新型永磁同步风电系统控制模型,提出一种基于虚拟同步发电(VSG)的风电机组功率控制策略以实现机组惯量响应,提高机组电网频率支撑能力。网侧变流器基于VSG模拟传统同步发电机惯量响应特性,将系统频率变化转化为直流母线电压变化,机侧变流器利用机组风轮惯性通过发电机转矩控制实现直流母线电压的稳定。在PSCAD中基于1.5 MW永磁同步风电机组的仿真结果表明,基于VSG虚拟惯量控制策略能有效抑制电力系统频率变化,从而有效提高大规模风电场接入后系统的频率稳定性。     

考虑虚拟惯性时间常数和频率二次跌落的风电频率综合控制策略

首先，根据虚拟惯性时间常数对风电机组惯性支撑能力进行定量表征，进而分析转矩控制器参数对虚拟惯性时间常数的影响。在此基础上，提出一种自适应下垂控制与转矩控制器模糊自适应控制相结合的频率综合控制策略，实现对虚拟惯性时间常数的灵活调整，在抑制系统频率快速变化的同时，加快频率恢复，并可有效解决频率二次跌落问题。最后通过仿真验证所提控制策略的有效性以及对频率二次跌落的改善作用。     

风电机组惯量响应与一次调频能力研究

目的  风电大规模接入电网给电网运行的稳定性尤其频率稳定带来极大挑战。为改善大规模风电接入电网导致的调频能力不足,提升风电并网频率适应性能力,风电机组亟须具备调频功能及响应及时性。 方法  文章采用基于转子动能和桨距角备用的调频系统方案,在电网频率变化时可快速精确地为电网提供有功支撑。首先,在对惯量响应和一次调频算法逻辑进行理论分析的基础上,进行主控算法设计;然后,在联合仿真平台进行功能性验证;最后,在某项目进行实测。 结果  仿真和测试结果表明：基于转子动能和桨距角备用的调频系统方案可应对多种电网频率变化,快速提供有功支撑。 结论  风电机组的调频系统方案可在多种频率变化工况下进行快速地惯量响应（响应时间小于500 ms）和一次调频响应（响应时间小于5 s）,并为电网提供稳定的有功支撑,有助于辅助电网频率恢复,有效提升风电机组的频率适应性。     

海上风场与海岛微网交互调频机制及控制策略研究北大核心CSCD

为缓解大规模海上风电接入末端薄弱电网对系统频率造成的冲击,文章提出了海上风场与海岛微网交互调频机制及控制策略。首先,构建海上风场与海岛微网互联下的电力系统负荷频率控制模型,基于虚拟惯量控制方法,利用海岛微网可调分布式电源支撑海上风场参与调频;其次,为避免风机在提供虚拟惯量过程中发生转速恢复状态跳变,造成系统频率二次扰动,进一步设计了自适应动态量化因子,根据风机不同运行工况实时调控海岛微网支撑能力;最后,基于仿真模型验证了该交互机制及控制策略的有效性。     

双馈风机虚拟惯量控制策略研究

双馈风机由于其转子转速不能像传统同步机一样保持与电网频率的一致性,导致风机的机械惯性不能参与电网频率调节。针对常规虚拟惯量控制策略通过释放转子"隐藏"的动能,为电网提供转动惯量,参与频率调节,但只能为电网提供短暂的频率支撑,频率恢复过程中,还有可能导致频率二次下跌的问题。文章提出了利用储能系统协同风电场为电网补偿惯量的控制策略,在Matlab/simulink中搭建仿真模型,仿真结果表明,在电网负荷发生突变时,虚拟惯量协同控制策略能够为电网提供较长时间的频率支撑,并有效防止频率二次下跌,提高电网频率稳定性。     

基于风速预测的风电场虚拟惯量协调控制技术

针对现有风电场虚拟惯量协调控制在风电机组调频辅助功率协调分配方面的研究,提出一种基于风速预测的风电场虚拟惯量响应场级协同分配策略,具体是通过经验模式分解（EMD）和BP神经网络训练风速时序序列获得风速时序模型,预测短时段内的风速,根据实时转速和预测风速计算惯量分配权重因子,根据频率变化计算全场惯量响应值,通过惯量分配权重因子结合变流器容量限值给单机分配惯量响应值。该控制策略成功应用于云南某148.5 MW风电场站级调频测试,验证了算法的有效性。     

Comparison of the response of doubly fed and fixed-speed induction generator wind turbines to changes in network frequency

Synchronous and fixed-speed induction generators release the kinetic energy of their rotating mass when the power system frequency is reduced. In the case of doubly fed induction generator (DFIG)-based wind turbines, their control system operates to apply a restraining torque to the rotor according to a predetermined curve with respect to the rotor speed. This control system is not based on the power system frequency and there is negligible contribution to the inertia of the power system. A DFIG control system was modified to introduce inertia response to the DFIG wind turbine. Simulations were used to show that with the proposed control system, the DFIG wind turbine can supply considerably greater kinetic energy than a fixed-speed wind turbine.     

A novel method for obtaining virtual inertial response of DFIG‐based wind turbines

This paper investigates virtual inertia control of doubly fed induction generator (DFIG)‐based wind turbines to provide dynamic frequency support in the event of sudden power change. The relationships among DFIGs' virtual inertia, rotor speed and network frequency variation are analysed, and a novel virtual inertia control strategy is proposed. The proposed control strategy shifts the maximum power point tracking (MPPT) curve to the virtual inertia control curves according to the frequency deviation so as to release the ‘hidden’ kinetic energy and provide dynamic frequency support to the grid. The calculation of the virtual inertia and its control curves are also presented. Compared with a PD regulator‐based inertial controller, the proposed virtual inertia control scheme not only provides fast inertial response in the event of sudden power change but also achieves a smoother recovery to the MPPT operation. A four‐machine system with 30% of wind penetration is simulated to validate the proposed control strategy. Simulation results show that DFIG‐based wind farms can provide rapid response to the frequency deviation using the proposed control strategy. Therefore, the dynamic frequency response of the power grid with high wind power penetration can be significantly improved. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.     

考虑直流侧电容存储能量的风电机组虚拟惯性控制策略

文章在传统转子动能虚拟惯性控制策略基础上,提出了一种考虑直流侧电容存储能量的风电机组虚拟惯性控制策略。该策略在建立转子动能和系统频率偏差关系的基础上,建立了风电变流器直流侧电容电压和系统频率偏差的函数关系,在频率事件下能够充分利用电容所存储的能量来增强电网的惯性,提高电网的频率调节能力。最后,通过PSCAD/EMTDC仿真验证了所提控制策略的有效性。     

风电高渗透虚拟同步电力系统的功角暂态稳定性分析

首先,建立互联系统接入变速风电机组后的动态模型,推导虚拟同步电力系统的暂态能量函数,分析表明在不同振荡阶段,惯性控制对暂态能量转换过程的影响不同;其次,提出两区域协同变惯性控制策略,改善含虚拟惯性互联系统的功角稳定性。最后,搭建风电高渗透的四机两区仿真系统,验证所提控制策略能够兼顾频率调节功能,并改善系统的动态稳定性。     

基于PSCAD/EMTDC的直驱式风力发电接入系统建模与仿真

针对频率可变的多极直驱式同步风力发电机接入系统,该文在考虑风力机大转动惯量的情况下,采用电网电压矢量定向和双闭环控制技术,实现了基于背靠背VSC换流器的有功无功独立控制。研究了不依赖于风速测量的直驱式机组最大功率追踪策略,桨距角控制器设计以及变风速下风电机组对电网的无功支持问题。最后通过PSCAD/EMTDC搭建了该接入系统模型,阶跃和随机风速下的仿真结果验证了该模型的合理性及控制策略的有效性。     

Virtual inertia for variable speed wind turbines

Inertia provision for frequency control is among the ancillary services that different national grid codes will likely require to be provided by future wind turbines. The aim of this paper is analysing how the inertia response support from a variable speed wind turbine (VSWT) to the primary frequency control of a power system can be enhanced. Unlike fixed speed wind turbines, VSWTs do not inherently contribute to system inertia, as they are decoupled from the power system through electronic converters. Emphasis in this paper is on how to emulate VSWTs inertia using control of the power electronic converter and on its impact on the primary frequency response of a power system. An additional control for the power electronics is implemented to give VSWTs a virtual inertia, referring to the kinetic energy stored in the rotating masses, which can be released initially to support the system's inertia. A simple Matlab/Simulink model and control of a VSWT and of a generic power system are developed to analyse the primary frequency response following different generation losses in a system comprising VSWTs provided with virtual inertia. The possibility of substituting a 50% share of conventional power with wind is also assessed and investigated. The intrinsic problems related to the implementation of virtual inertia are illustrated, addressing their origin in the action of pitch and power control. A solution is proposed, which aims at obtaining the same response as for the system with only conventional generation. The range of wind speeds near the power limitation zone seems to be the most critical from a primary response point of view. The theoretical reasons behind this are elucidated in the paper. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

A flywheel in a wind turbine rotor for inertia control

In this paper, a flywheel energy storage that is an integral part of a wind turbine rotor is proposed. The rotor blades of a wind turbine are equipped with internal weights, which increase the inertia of the rotor. The inertia of this flywheel can be controlled by varying the position of the weights, i.e. by positioning them closer to the center of rotation (closer to the hub) or closer to the tip of the blades. The simulation model used in this study is introduced briefly. The equation system of the flywheel is set up. Finally, simulations of different scenarios show the performance of this controllable flywheel. The conclusion is that the proposed system can mitigate transients in the power output of wind turbines. Hence, it can support the frequency control in a power system by contributing to the power system inertia. © 2014 The Authors. Wind Energy published by John Wiley & Sons, Ltd.     

双馈风力发电系统的最大风能控制策略

在分析变速恒频风力发电系统最大风能捕获策略的基础上,提出了一种通过直接控制双馈发电机转子电流就可实现系统低于额定风速下的最大风能捕获又可使得电机铜耗最小化运行的控制策略.首先,在考虑风力机特性和双馈发电机基本电磁关系的基础上,分别推导了双馈发电机定子铜耗最小化运行和最大风能捕获的数学模型.其次,根据双馈发电机最优转子电流的数学模型,建立了双馈风力发电机系统最大风能捕获的控制策略.最后,利用Matlab/Simulink对不同风速下双馈发电机系统的运行性能进行了分析和比较,结果验证了该控制策略的正确性和可行性.     

双时间尺度下风电主导的微电网频率控制方法

文章提出了利用风电输出特征对微电网进行频率控制的方法.该方法首先对电网一、二次调频的双时间尺度特征进行了阐述,分析了风机虚拟惯性与桨距角调整两种输出控制方法,并讨论了此两种方式在时间尺度上与电网一、二次调频的对应关系.在此基础上,设计了风机虚拟惯性参与系统一次调频,桨距角调整参与二次调频的混合频率控制方法.最后以风、光...