双馈型风电机组的惯性控制

在分析双馈风电机组运行特性和控制策略的基础上,提出双馈风电机组的惯性控制策略.该策略附加一个频率控制环节来为风电机组的有功功率控制系统提供一个额外的有功参考信号,进而使风电机组能够及时响应系统频率来调整其有功输出.通过对含风电装机容量系统的仿真分析,验证该控制策略在系统出现功率不平衡后,能够利用双馈风电机组的惯量使风电场具备对系统频率快速响应的能力,从而提高了基于双馈风电机组的大规模风电场接入电网后的电力系统频率稳定性.     

双馈风机等效惯性时间常数计算及转差率反馈惯量控制策略

通过对并网的双馈风电机组实施惯量控制可以使其在电网频率变化时提供有功功率短时支撑,以改善电网频率偏差。在分析双馈风电机组的数学模型及其控制策略的基础上,建立了含惯量控制的双馈风电机组的简化数学模型,通过计算等效惯性时间常数,对双馈风电机组惯量响应能力进行定量表征,提出将转差率控制应用于矢量控制框架的基于转差率反馈的双馈风电机组惯量控制方法。基于DIgSILENT搭建仿真模型,仿真对比分析表明:转差率反馈惯量控制环节能够在电网负荷波动时减小频率偏差,且转速恢复快,不造成频率的二次跌落。     

基于不同风速下双馈风电机组一次调频控制策略研究

双馈风电机组逐步成为风电市场主流机型,然而其具备的有功、无功解耦控制策略却使机组有功功率无法响应电力系统频率的变化,从而加剧了系统频率稳定性问题。根据不同的风速条件,提出超速与桨距角控制相协调的减载控制策略,使得预留的功率作为调频备用,同时结合转子惯性综合控制进行一次调频。该控制策略可以使双馈风电机组有效支持系统频率调整。最后通过仿真结果验证了双馈风电机组综合调频控制策略的有效性。     

超速与变桨协调的双馈风电机组频率控制

双馈风电机组的有功功率输出无法响应电网频率的变化,并且由于其通常运行在最大功率点跟踪模式下,亦无备用的有功功率支援电网的频率控制。通过提升发电机转子转速和调节桨距角可实现双馈风电机组的减载运行,从而保留部分有功功率作为备用以提升对电网频率的调节能力,但是超速控制和变桨控制在不同工况下,具有一定的工程局限性。为深入挖掘双馈风电机组的调频潜力,提出了一种超速与变桨相协调的调频控制策略。该控制策略根据不同的风速条件,将调频分为低风速、中风速和高风速3种模式,并详细分析了可辨识这3种模式的判据。仿真结果表明,基于文中提出的控制方法,双馈风电机组可以有效提升系统的频率稳定性。     

基于双馈风电机组有效储能的变参数虚拟惯量控制

双馈风电机组采用电力电子变流器控制使得机械部分与电气部分解耦,大规模风电并网后电力系统总有效转动惯量下降,增加了系统的调频压力。文中通过对双馈风电机组运行及控制特性的分析,研究给出了反映机组有效储能的等效虚拟惯性时间常数的计算方法,提出了基于双馈风电机组有效储能的变参数虚拟惯量控制策略。该控制策略通过检测电网频率变化以及动态识别机组运行状态,修改控制参数控制机组有功输出,释放或吸收机组有效动能,对电网提供动态频率支撑。在理论分析基础上进行时域仿真验证,仿真结果表明,双馈风电机组变参数虚拟惯量控制在机组各种运行工况下实现了对系统频率的有效支撑,提高了电力系统频率稳定性,且保证了机组调频过程中自身运行的稳定性。     

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。     

基于功率跟踪优化的双馈风力发电机组虚拟惯性控制技术

基于电力电子换流器并网的变速恒频风力发电机组对电力系统的惯性几乎没有贡献,这将成为风电场大规模接入电网之后面临的新问题。在分析双馈风电机组运行特性和控制策略的基础上,研究双馈机组的虚拟转动惯量与转速调节及电网频率变化的关系,提出双馈风电机组的虚拟惯性控制策略。该控制策略通过检测电网频率变化来调节最大功率跟踪曲线,从而释放双馈机组"隐藏"的动能,对电网提供动态频率支持。通过对含20%风电装机容量的3机系统的仿真分析,验证该控制策略在系统出现功率不平衡后,能够利用双馈风电机组的虚拟惯量使风电场具备对系统频率快速响应的能力,从而提高了基于双馈风电机组的大规模风电场接入电网后的电力系统频率稳定性。     

基于惯量响应的双馈风电机组动态协调机理研究

大规模风力发电联网挤占了具有转动惯量的同步发电机组容量空间,削弱了电力系统惯量水平与调频能力,迫切需要风力发电参与系统频率调节。基于双馈风电机组频率响应模型,解析得到惯量表达式,并分析锁相环控制参数对双馈风电机组惯量特性影响,提出当系统发生不平衡功率扰动时,可通过优化锁相环控制参数实现双馈风电机组惯量响应。以2台双馈风电机组并联系统为例,分析惯量响应期间不平衡功率在各双馈风电机组间的分配规律,并拓展到多机并联系统。建立双馈风电机组、同步机组联网系统频率响应模型,分析系统发生功率扰动各阶段频率响应特性。最后,通过时域仿真验证了理论分析的有效性。     

基于惯量响应的双馈风电机组动态协调机理研究

大规模风力发电联网挤占了具有转动惯量的同步发电机组容量空间,削弱了电力系统惯量水平与调频能力,迫切需要风力发电参与系统频率调节。基于双馈风电机组频率响应模型,解析得到惯量表达式,并分析锁相环控制参数对双馈风电机组惯量特性影响,提出当系统发生不平衡功率扰动时,可通过优化锁相环控制参数实现双馈风电机组惯量响应。以2台双馈风电机组并联系统为例,分析惯量响应期间不平衡功率在各双馈风电机组间的分配规律,并拓展到多机并联系统。建立双馈风电机组、同步机组联网系统频率响应模型,分析系统发生功率扰动各阶段频率响应特性。最后,通过时域仿真验证了理论分析的有效性。     

双馈风电机组变系数虚拟惯量优化控制

传统的变速恒频风力发电机采用电力电子变流器控制,导致机组输出功率与系统频率解耦,使风力机无法响应系统频率变化,降低了系统转动惯量。在分析双馈风力发电机运行特性和虚拟惯量特性的基础上,研究了双馈风力发电机采用虚拟惯量控制的机组转速变化与输出功率的关系,提出了同时考虑调频效益和调频成本的变系数虚拟惯量控制策略。该控制策略分别以调频时双馈风电机组输出功率、转速恢复时间衡量调频效益、调频成本的大小,并采用遗传算法离线计算机组不同运行状态下的调频系数曲线和机组转速变化程度的最优值,以实现机组频率控制系数随机组转速变化而改变。根据计算所得调频系数曲线在MATLAB/Simulink软件平台进行仿真实验,结果表明所提方法能够使双馈风电机组在不同运行状态下响应系统频率变化,并保证机组自身稳定运行。     

适应于电网高风电渗透率下的双馈风电机组惯性控制方法

为解决风电渗透率增加带来的电网频率安全稳定问题,在揭示传统微分惯性控制方法缺点的基础上,提出了一种适应于高风电渗透率、大功率缺额条件下的双馈风电机组惯性控制方法,即模式转换法。通过设置系统频率微分、频率偏差逻辑判断条件启动惯性响应,设置转速限制判断条件闭锁惯性响应,实现风电机组在最大功率跟踪工作模式与惯性响应工作模式间自主转换。该方法设置恒定附加电磁转矩步长,惯性响应作用强度不随转速降低而减弱。当系统频率事故发生时,较微分惯性控制方法,模式转换法可使风电机组在稳定运行约束范围内更加有效地抑制系统频率跌落。仿真结果验证了模式转换法的有效性和优越性。     

Flexible Virtual Synchronous Generator Control for Distributed Generator with Adaptive Inertia

Distributed generators using power electronic converter interface have no inherent inertial response similar to that from the rotating mass of conventional synchronous generators. Virtual synchronous generator (VSG) emulates the behavior of the synchronous generator including system inertia to improve system dynamic performance. Unlike a real synchronous generator, using VSG with proper design, the equivalent inertia of the distributed generator can be controlled in a wider range. In this paper, a flexible virtual synchronous generator (FVSG) control strategy is proposed, with adaptive inertia contributing to a fast and smooth inertial response. The frequency change rate is designed as an adaptive inertia coefficient to flexibly accommodate system inertia with frequency fluctuation rate. Compared with the conventional VSG control, based on fixed inertia coefficient, both inertia support and oscillation suppression are achieved in the proposed control scheme. Moreover, the principles of control parameters design are analyzed in details. Thus, the dynamic response of the system frequency can be substantially improved by the FVSG. Both Matlab/Simulink simulations and prototype tests are implemented to validate the proposed FVSG control strategy on improving system dynamic frequency performance.     

电励磁双凸极风力发电机系统MPPT控制策略的对比

本文在分析电励磁双凸极风力发电机工作原理及其控制策略的基础上,针对定桨距风力机,运用叶尖速比法和功率信号反馈法,通过控制发电机励磁电流控制发电机的电磁转矩,调节机组转速,实现最大风能跟踪(MPPT)控制。为研究两种MPPT控制策略的效果,以阶跃风和随机风为例,对两种MPPT控制策略进行了仿真和实验研究,验证了控制策略的可行性与有效性。对两种控制策略进行了对比分析,比较得出功率信号反馈法优于叶尖速比法。     

基于模糊控制的自适应虚拟同步发电机控制策略

为了解决分布式能源与电力系统兼容的问题,采用虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)技术,将同步发电机的虚拟惯量和阻尼系数引入逆变器控制,以提高系统的频率响应特性和电网应对扰动能力。在此基础上,提出一种基于模糊算法的自适应VSG虚拟惯量和阻尼系数控制策略。根据同步发电机角频率变化率和角频率偏差的变化规律,重新设计模糊规则调节虚拟惯量和阻尼系数,以提高VSG的控制效果。仿真结果表明,该策略能够合理地抑制瞬态过程中VSG频率和功率的波动,维持电网的稳定运行。     

基于虚拟同步发电机的MMC受端换流器控制策略

模块化多电平换流器(modular multi-level converter,MMC)的电力电子拓扑结构决定了其零惯性的特性,对系统惯性无支撑作用,系统发生直流传输功率波动和交流系统发生短时功率失衡都可能导致与火电机组相连的交流电网频率产生较大偏差。针对上述问题,提出了一种基于虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)的MMC受端换流器控制策略。该控制策略在MMC功率外环控制中加入一阶惯性环节,为系统提供惯性参数和阻尼参数,使换流器在运行外特性上与同步发电机相类似。通过建立VSG数学模型,对惯性参数和阻尼参数的动态响应进行分析。基于Opal-RT实时仿真,搭建五端MMC-MTDC系统验证所提出的控制策略的正确性与有效性。仿真结果充分表明,当交直流系统功率发生波动时,该控制策略能够在不依靠复杂通信系统的条件下,有效地抑制交流电网频率波动,VSG控制策略能有效为系统提供惯性和阻尼,提高交流系统频率稳定。     

大规模双馈风电机组参与调频的电网自适应低频减载策略

大规模风电参与惯性控制和一次调频会对电网频率特性产生显著影响,而现有的低频减载方法尚未考虑该影响,可能引起频率轨迹失真和负荷切除不合理问题。鉴于此,以双馈型风电机组为例,研究将风电虚拟惯性响应时变特性参数和一次调频响应系统模型融入低频减载过程的方法,提出了改进低频减载策略和负荷切除决策模型。首先,通过求解含风电虚拟惯性响应的电网等效惯量(具有时变特性)、检测频率变化率,计算低频减载首轮起动时刻的实时功率缺额。然后,定量表征风电一次调频及负荷调节效应先抵消部分的实时功率缺额,剩余功率缺额则由自适应低频减载策略分批切除。最后,理论研究及算例分析结果表明,所提低频减载改进策略和模型能更客观地反映电网频率特性,负荷切除量明显更小,体现了大规模风电参与调频对低频减载的有益影响。     

基于惯性自适应的并网逆变器虚拟同步发电机控制

虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator, VSG)控制方法下的并网逆变器(Grid-Connected Inverter, GCI)在电网工况突变情况下存在输出功率和频率的超调和振荡现象。为改善GCI的动态性能,提出一种基于惯性自适应的VSG控制方法。该方法直接对采用VSG控制方法的GCI的功角曲线和输出特性曲线进行分析,推导出GCI的输出功率和频率变化率之间的关系。通过利用GCI虚拟输出功率和参考功率的偏差判断系统的四个加减速运行区间,避免对输出频率变化率的依赖。构造惯性自适应控制算法,通过参数的连续平滑调节,抑制GCI的输出功率和频率的波动。与现有方法相比,该方法不需要对频率直接微分,避免引入系统噪声;同时惯性参数能够连续调节,且变化范围更大。仿真结果验证了所提方法的正确性和有效性。