兆瓦级双馈风力发电系统低电压穿越实现措施及效果验证

针对双馈风力发电系统在电网电压发生跌落故障时影响风电机组稳定运行甚至产生解列这一情况,采用了基于动态刹车电阻DBR回路方案来解决这一技术难题。对WT2000型兆瓦级双馈风力发电系统低电压穿越功能模块进行了介绍,利用Matlab/Simulink进行了系统仿真,并在WT2000型兆瓦级双馈风力发电系统上进行了实地测量。结果表明,在电网电压发生跌落时,能在短时间内响应故障启动泄容装置,使系统维持安全工作状态,符合GB/T 19963-2011《风电场接入电力系统技术规定》国家标准。     

电网电压跌落下双馈风力发电机的动态响应

随着以双馈风力发电机为主体的大型风力发电机组在电网中所占比例的提高,电力系统对并网风力发电机在电网电压骤降故障下的不间断运行能力提出了更高的要求。分析了变速恒频双馈风力发电机组的工作原理,建立了双馈风力发电机组的动态数学模型,搭建了双馈风力发电机组的仿真模型,仿真分析了不同电网故障下,变速恒频双馈风力发电机组的动态响应。利用1.5MW双馈风力发电机进行了不同电网电压跌落下的试验,试验结果验证了系统在电网电压跌落故障下的动态响应特性。     

风电并网对系统稳定性及紧急控制策略影响的仿真分析

在DIgSILENT软件中建立异步风电机组和双馈感应风电机组模型,以新疆某地区实际电网为例,分析比较了两种不同风机并网对电力系统电压和频率稳定的影响,同时,研究了两种风机并网前后对电力系统紧急控制策略的影响。仿真结果表明:当电网发生扰动时,双馈感应风机频率响应不明显;但在电网扰动影响电压稳定时,双馈感应电机能够提高一定的电压稳定性;当电网发生大扰动,采取紧急控制策略后电网的稳定性不如电网未接入风电时电网采取紧急控制策略后的稳定性。     

双馈风电机组低电压穿越能力的应用研究

近几年来,风电机组容量快速增长,为了维持电力系统的安全稳定运行和保证风电场并网安全,对风电场提出低电压穿越的要求是必要的。低电压穿越要求是电力系统功率平衡与频率稳定的需要,也是局部电网电压稳定及电压恢复的需要。为最大限度减少大规模风电接入系统对电网的影响,对风电机组提出了更高的要求,即风电机组具有一定的低电压穿越能力。介绍了变速恒频双馈风电机组的基本结构,建立了双馈风电机组动态数学模型。以Matlab/Simulink为仿真应用平台搭建了系统仿真模型,结合风电场低电压穿越能力要求的相关标准规定,针对不同电网电压跌落的情况下,仿真应用研究了变速恒频风电机组的低电压穿越能力,仿真结果表明:双馈风电机组在电网电压跌落时满足继续并网运行的条件,且为电网电压恢复提供了无功功率,提供的无功功率大小与电网电压跌落程度有关。     

基于PSCAD的变速恒频双馈风电系统建模与仿真

为研究变速恒频双馈风电系统的各种高性能控制策略提供有效的动态仿真与分析平台,并克服Matlab仿真环境下所建的模型在动态性能方面存在的不足,采用PSCAD仿真软件建立了变速恒频双馈风电系统的动态仿真模型.基于PSCAD的变速恒频双馈风电系统模型由风机、双馈发电机、功率变换器、控制模块构成, 在建立的模型基础上, 针对电网电压正常情况以及电网电压发生对称、不对称故障时系统的运行特性进行了仿真研究,仿真结果证明了系统模型的正确性.     

双馈感应风力发电机实现LVRT控制策略研究

根据最新的风电场接入电网规定,在电网发生故障情况下风力发电机组应能保持与电网的连接。电网电压跌落是电网故障常见的形式之一,所以如何提高双馈感应风力发电机组低电压穿越能力成为了当今风电技术的研究热点。本文根据低电压穿越技术的基本原则,通过改进转子侧的控制策略和增加保护电路的方案来实现低电压穿越技术。通过仿真研究表明,改进的控制策略可以有效的抑制转子侧过电流,能够有效的提高双馈感应风力发电机在故障期间的低电压穿越能力。     

永磁直驱风力发电系统在线实时控制仿真北大核心CSCD

在风力发电系统稳定性优化控制的研究中,随着风电渗透率不断增大,电网电压跌落故障下风电机组运行特性对电网安全稳定性的影响逐渐凸显。针对大功率风电变流器低电压穿越控制策略采用纯数字仿真软件验证时不能真实模拟风电变流控制器故障时的运行特性和不便于新控制算法验证以及仿真电网跌落器难以仿真电网跌落真实情况的问题,搭建一个2.5MW永磁直驱风力发电机组的在线仿真系统。通过实时仿真器RT_LAB和两个数字控制器,能够真实模拟电网电压的跌落情况,反映出风电变流控制器故障时的运行特性。最后针对电网的零电压跌落故障进行了实验。实验结果验证了在线仿真系统的有效性,为大功率风电系统开发和新型控制策略的验证提供了科学依据。     

双馈系统在电网故障下不间断运行的研究

为更好地研究风力发电机在一定的电网电压跌落故障下的动态响应,以单台1.5 MW双馈风力发电机(DFIG)为研究对象,设计了Crowbar电路,通过构建电网电压跌落仿真模型,分别对机端电压、电流、转子电流、输出的有功功率和无功功率、直流侧电压、电磁转矩在故障期间的动态响应进行了仿真。探讨了相应的控制策略,为进一步研究低电压穿越标准下的控制策略提供了依据,同时也为研制兆瓦级变频器打下基础。测量结果表明这种控制方式能使DFIG在电压跌落故障下实现不间断运行,有效提高了DFIG风电机组运行的可靠性。     

基于比例谐振控制的双馈风力发电系统空载并网研究

提出双馈异步发电机的比例谐振控制策略,实现双馈风力发电系统的空载并网控制。通过双馈异步发电机的数学模型,建立了基于定子磁链定向的双馈风力发电空载并网系统。文中结合比例谐振(Proportional Resonant,PR)控制器的特性,设计了空载比例谐振并网控制。与传统双馈异步发电机空载并网控制策略相比,不仅简化了控制算法,同时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。     

风电场并网多无功源协同电压控制策略仿真

为解决风电场并网点电压波动问题,减少动态无功设备的投资成本,在研究双馈风机的稳定运行约束条件和控制方法的基础上,提出一种协调双馈风机、静止无功发生器与电容器组的三阶段电压控制策略。第一阶段充分利用双馈风机自身的无功输出能力实现无功就地平衡。第二阶段考虑各无功源的响应能力和响应速度,控制静止无功发生器、电容器组与双馈风机协调响应无功需求。第三阶段利用电容器组的基础无功置换静止无功发生器的动态无功,以应对下一次扰动。基于DIgSILENT平台搭建风电场并网模型,仿真结果表明,所提策略在维持并网点电压稳定的同时,能够提高风电场的动态无功储备,降低动态无功设备投资成本,提高风机利用效率。     

Modeling and simulation of static loads for wind power applications

This study aims to model and simulate static nonlinear loads with wind power generation to evaluate the impact of load models on wind power systems. Nonlinear loads are modeled as exponential load model, ZIP load model and combination of exponential/ZIP with an induction motor. The wind power generator is represented with a reduced-order doubly fed induction generator (DFIG) model. Developed models have been implemented in a grid-integrated wind power plant and simulated in MATLAB/SIMULINK. The effects of nonlinear loads into wind power plant are investigated in terms of bus voltages, angular speed, electrical torque, and d–q stator axes currents. Additional analyses are conducted to compare the behaviors of full- and reduced-order DFIG models under a selected loading condition. The results of this study indicate that the response of a system with DFIG is dependent of the load modeling and reduced-order DFIG model shows more stable trend than full-order DFIG model.     

基于二阶滑模控制的变速双馈风力发电系统最大功率点跟踪

本文提出一种超螺旋二阶滑模控制方案同时实现双馈变速风力发电系统最大风能捕获和无功功率调节.通过设计两个二阶滑模控制器,实现控制目标,降低机械磨损,提高控制精度,通过调节发电机转子电压,跟踪风机最优转速和转子电流设定值,实现额定风速以下的最大风能捕获和无功功率调节.采用二次型李雅普诺夫函数确定控制参数范围、确保系统有限时间稳定性.1.5 MW风机系统仿真实验验证所提方案有效性.     

双馈风力发电机的最大风能追踪技术研究

如何提高风能的利用率,实现最大功率点追踪(MPPT)成为世界各国研究的热点。变速恒频(VSCF)双馈风力发电机作为当前风力发电的主流机型,对其MPPT研究更具有较强的现实意义。通过对风力机运行特性的分析,结合目前的MPPT控制方式,提出将模糊控制与改进的变步长扰动法结合来实现MPPT,并通过MATLAB仿真验证该策略的有效性及稳定性。     

Flicker mitigation in a doubly fed induction generator wind turbine system

This paper describes a doubly fed induction generator (DFIG) control for wind energy generation. The DFIG model is established and the adopted control strategies for machine side and grid side converters are described. Flicker phenomenon is defined and its emission of variable speed wind turbine with DFIG during continuous operation is studied. Calculation of flicker severity is evaluated using flickermeter. Appropriate vector power control of the machine side converter is proposed and applied to achieve flicker mitigation.     

基于电流滞环的双馈风力发电机功率解耦控制

双馈风力发电(doubly fed induction generator简称DFIG)技术是目前风力发电的主导技术。本文针对DFIG的功率解耦控制,提出了基于电流滞环的PWM控制方法,解决了传统控制技术中控制算法过于复杂的问题。在MATLAB中设计了基于该方法的仿真系统。从仿真实验结果来看,该方法具有良好的实时性,对DFIG的控制有一定的实用价值。     

双馈风力发电机非线性模型预测控制

在现代风力发电厂中, 需对双馈式风力发电机(Doubly fed induction generator, DFIG)进行有效控制来确保高效率和高负荷跟踪能力. 风力发电厂包含很多不确定因素和非线性因素, 传统的线性控制器往往难以奏效. 本文针对双馈式风力发电机的功率控制提出了一种非线性模型预测控制方法. 文中的目标函数考虑了现实约束下的经济因素和设定值跟踪能力, 同时降低机组磨损和机械疲劳. 预测值可基于输入输出反馈线性化(Input-output feedback linearization, IOFL)策略来计算. 仿真实验结果验证了所构造的非线性模型预测控制器的有效性.     

Direct Power Control of Dfig by Using Nonlinear Model Predictive Controller

This paper proposes a nonlinear model predictive direct power control (PDPC) strategy for a double fed induction generator (DFIG)‐based wind energy generation system. Active and reactive power variations of DFIG are calculated based on machine rules, and a nonlinear model of DFIG is given. A nonlinear model predictive controller (NMPC) is presented based on the useful cost function and constraint that it results in more proximity between simulations and reality. The power and current ripples are reduced and the optimal rotor voltage is generated based on an objective function and the constraints. The rotor voltage vector is calculated in the synchronous reference frame and transferred into the rotor reference frame. Simulation results of a 2 MW DFIG system show good performance of the proposed method during variation of active and reactive powers, machine parameters, and wind speed. Also, the transient responses of active and reactive powers are within a few milliseconds.     

风力发电与变流器

讨论了目前流行的两种主流风力发电系统：变速恒频双馈风力发电系统和永磁直驱同步风力发电系统。着重分析了两种风电变流器的拓扑结构、工作原理和性能特点,对风力发电系统发电机、变流器、无功支持和低电压穿越能力等方面进行了论述。     

双馈风力发电机无速度传感器控制研究

间接利用定子、转子电流间的比例关系,分析转子电流和转子位置观测之间的关系,提出了一种基于PQ 功率转子位置观测法的DFIG 矢量控制策略,这种控制策略克服了其他速度观测方式在同步速运行时观测不准的缺陷,具有较宽广的运行范围,能够取得与有速度传感器控制相似的稳态性能。最后构建了DFIG 仿真与实验平台,对所述无位置传感器控制策略进行了仿真与实验验证。仿真结果和试验结果证明了这个控制方法的正确性与有效性。