双馈异步风力发电机开关频率恒定的直接功率控制

与矢量控制相比,直接功率控制（DPC）结构简单,应用于风电系统的双馈异步发电机（DFIG）能简化变频器控制结构,提高系统动态性能。在分析DFIG暂态数学模型的基础上推导了内部状态量与控制量之间的关系,提出了分别基于转子磁链、转子电流和电磁转矩的3种DPC策略,并通过引入空间矢量调制（SVM）技术使DPC策略的开关频率保持恒定。这些策略在电网正常情况下能获得优良的静态性能,而在非正常运行状态各自表现出不同的动态特性,能适用于不同的控制目标。理论分析与仿真实验证明,电网正常情况下各定频DPC可有效实现有功、无功功率的解耦控制;电网电压波动时基于转子磁链DPC（RF-DPC）可使DFIG快速进入稳定状态,缩短振荡时间;基于转子电流DPC（RC-DPC）可抑制转子电流振荡,防止变频器过流;基于电磁转矩DPC（EMT-DPC）可消除电磁转矩脉动,减少对机组转轴剪切应力冲击。     

双馈感应风力发电机组动态模型的分析与比较

在大型风力发电厂中双馈感应风力发电机组将被广泛应用,深入了解双馈感应风力发电机组动态特性非常必要。文中给出了双馈机组的8阶、5阶和3阶模型。8阶模型包括完整的传动系统模型、定子模型和转子模型;5阶模型包括定子、转子模型和简化的传动系统模型;忽略定子的暂态过程后,3阶模型包括转子模型和简化的传动系统模型。在MATLAB／Simulink软件上实现了3种模型建模。完成了对2种情况的仿真,仿真结果验证了上述3种模型的正确性,并比较了各自的响应特性。仿真结果表明：8阶模型具有最精确完整的响应,但仿真时间最长;3阶模型采用最大程度的近似,但仿真时间最短;5阶模型适合大多数既要求较快仿真速度又要求较高精度的研究。     

宽风速运行的定子双绕组感应电机风力发电系统励磁电容的优化方案

将控制侧静态励磁控制器(SEC)的直流母线端和功率侧整流桥的输出端通过功率二极管并接起来,可使定子双绕组感应电机(DWIG)风力发电系统在宽风速范围内输出恒定的高压直流。鉴于新拓扑和新系统控制策略的特殊性,本文详细分析了系统在高低风速两种运行状态下的控制绕组电流变化规律,并在此基础上以SEC容量最小为目标,研究了新系统的励磁电容优化方案。方案运用Simulink仿真得到励磁电容变化对控制绕组电流的影响,并依据仿真结果运用循环计算和实验验证相结合的方法,最终得到最优的励磁电容值及最佳的切换转速。实验结果证明了该优化方案的正确性和有效性,新系统在保持SEC容量为电机额定功率1/3的情况下实现了宽风速运行,充分利用了低风速下的风能。     

PWM整流输出型风力异步发电机的效率最优控制

针对PWM整流输出型风力异步发电机,提出了一种效率最优控制方法,以减小发电机的铁损耗和铜损耗,提高发电机的效率。该控制方法通过V/F控制器实现。本文阐述了效率最优控制的基本原理,给出了最优磁通的计算步骤。理论推导表明,结合最大风能追踪控制时,最优磁通的给定与电机转速近似呈线性关系,这使得风力异步发电机的效率最优控制方法容易工程实现。本文通过仿真与实验,验证了提出方案的正确性和可行性。对于风电系统异步发电机长期轻载运行的场合,该方法具有明显提升发电总量的效果。     

双馈风力发电机的变论域模糊控制

针对双馈风力发电机有功和无功控制的自适应能力和控制精度的问题,本文设计了一套基于变论域模糊控制的高性能双馈风力发电机控制系统。由于风速的改变使得发电机转速及各参数都会改变,因此在Matlab环境下将电机参数在运行过程中随不同工况改变而改变这一因素考虑进去,进行了不同工况下的系统仿真试验,试验验证了基于变论域模糊控制策略是可行的,实现了有功功率和无功功率的解耦控制,并具有自适应能力强和控制精度高的良好动态特性。     

双馈感应式风力发电系统低电压运行特性研究

双馈感应发电机(DFIG)具有有功、无功功率独立调节能力及励磁变频器所需容量小等优点,在风力发电系统中得到越来越广泛的应用。但正是励磁变频器的过流能力限制使得其对电网故障非常敏感,电网故障下DFIG风电机组的控制能力受到限制。当前国外大多数风电并网标准都要求风力发电机在电网电压跌落的情况下不能从电网中解列,以便在故障后电网恢复过程中提供功率支持,避免发生后续更为严重的电网故障,这即是对风电机组低电压穿越能力的要求。为了保护变流器和对电网提供支撑,需要研制一种能够在电网故障发生时为故障电流进行旁路的设备———Crowbar电路。针对Crowbar的电流旁路装置进行了研究,说明Crowbar电路具有抑制转子浪涌电流和保护直流母线的作用,并在小功率平台上进行了试验,证明了这种设备对于提高DFIG系统的LVRT能力具有重要的作用。     

交流励磁双馈电机分段并网控制策略

针对交流励磁双馈电机转子位置初始误差提出了一种补偿控制器。根据电网电压矢量控制时双馈电机数学模型,推导了定子开路稳态时转子电流与定子电压的关系,并基于此构建了转子位置初始误差的补偿控制器。对所提出的初始误差补偿原理进行了分析。另外,将该补偿控制器应用到风力发电系统实际并网控制过程,提出一种交流励磁双馈电机分段并网控制策略。设计了控制器,并在所搭建的变速恒频风力发电实验平台上作了相应的实验,结果证明了补偿控制器分段并网控制的有效性。     

Contribution to the Fault Diagnosis of a Doubly Fed Induction Generator for a Closed-loop Controlled Wind Turbine System Associated with a Two-level Energy Storage System

—In this article, a contribution to the fault diagnosis of a doubly fed induction generator for a closed-loop controlled wind turbine system associated with a two-level energy storage system using an on-line fault diagnostic technique is proposed. This technique is proposed to detect the rotor fault in the doubly fed induction generator under non-stationary conditions based on the spectral analysis of stator currents of the doubly fed induction generator by an adaptive fast Fourier transform algorithm. Furthermore, to prevent system deterioration, a fractional-order controller with a simple design method is used for the control of the whole wind turbine system. The fractional-order controller ensures that the system is stable in both healthy and faulty conditions. Additionally, to improve the production capacity under wind speed fluctuations and grid demand changes, a two-level energy storage system consisting of a supercapacitor bank and lead-acid batteries is proposed. The obtained simulation results show that the objectives of the fault diagnosis procedure and control strategy are reached.     

双馈电机风电场无功功率分析及控制策略

提出一种双馈电机风力发电系统无功极限的计算方法，该方法以双馈电机风电系统的功率关系为基础，考虑了网侧变换器在其功率允许范围内的无功发生能力，系统动态无功极限为定子与网侧变换器的无功极限之和。对双馈电机风电场在强电网无功调节中的应用进行了探讨，提出双馈电机风电场对当地用户进行就近无功补偿的策略，并给出相应的无功分配策略，包括风电场各风机之间以及单台风电机组定子和网侧变换器之间的无功分配原则。双馈电机风电场在实现变速恒频优化运行的同时，充分发挥了风电机组和整个风电场的无功处理能力，使其参与所连电网的无功调节。     

A New Three-mode Maximum Power Point Tracking Algorithm for Doubly Fed Induction Generator Based Wind Energy Conversion System

This paper proposes a new algorithm for maximum power point tracking of a wind energy conversion system, which is based on a doubly fed induction generator. The algorithm has three modes. In the first mode, the maximum power point is tracked and also the output power is smoothed. Once the turbine operating point reaches the optimal point, the second mode is activated to fix the speed of the turbine. In addition, this mode has a self-tuning capability. When the turbine operating point is far from the optimal value, the third mode is activated. In this mode, the optimal power curve along with the fuzzy logic is used to bring the turbine operating point rapidly to a point near the maximum power point. To verify the accuracy of the proposed algorithm, a large wind energy conversion system is simulated, and the simulation results are compared with the perturbation and observation algorithm.     

Cooperative operation of a wind energy conversion system with a hydrogen electrolyzer by using an adjustable speed flywheel generator

Hydrogen is considered as the energy source of the next generation. This paper proposes a system which consists of Flywheel Generator (FWG), Wind Energy Conversion System (WECS), and Hydrogen Electrolyzer (HE), for the purpose of hydrogen generation and grid output power smoothing. The cooperative control among flywheel generator, hydrogen electrolyzer, and wind generator is performed by controlling the flywheel generator. Simulations have been done by PSCAD/EMTDC. © 2009 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 168(3): 19–27, 2009; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley. com ). DOI 10.1002/eej.20863     

适用于双馈风电场联络线的距离保护方案

风电场联络线作为风电场向电网输送功率的重要通道,其稳定运行对于风电场和电网的安全稳定运行具有重要影响。双馈风电机组故障电流特性复杂,将导致基于全波傅里叶算法的传统距离保护应用在双馈风电场联络线上时性能严重劣化,难以满足实际电网安全运行要求。因此提出一种距离保护方案。该方案以瞬时值表征的微分方程算法为基础,通过数字低通滤波、故障点电压重构和故障距离迭代计算等技术保证距离测量的正确性。仿真结果表明,该距离保护方案的整体性能明显优于传统距离保护方案,可较好地满足工程应用要求。     

基于预测控制的DFIG电网无功补偿优化方案

提出一种基于预测控制的DFIG功率调节控制方案,增强DFIG调节电网电能质量的能力,提高DFIG系统的无功输出能力。首先比较了DFIG系统和统一电能质量调节器的控制方法。针对DFIG功率分配动态多变量的过程,设计三输入三输出的广义预测控制方案,通过模型预测、滚动优化和反馈校正,提高了DFIG的无功补偿能力。仿真对比了多种情况下最大功率点跟踪控制和广义预测控制下的DFIG的无功输出,证明了使用广义预测控制可以有效的提高DFIG的无功补偿总量,增强DFIG系统调节电网电能质量的能力。     

双馈感应发电机转速的非线性模型预测控制

变速恒频风力发电中,双馈感应电机(double-fed induction generator,DFIG)工作在额定风速以下时,为获取最大风能,需调节发电机转速,使其迅速跟踪上不断变化的最佳转速。为减少控制参数整定的困难、减弱控制算法对DFIG模型的依赖,采用非线性模型预测控制方法实现对DFIG的转速控制。首先建立了基于最小二乘支持向量机方法的DFIG转速预测模型,然后利用粒子群优化算法进行滚动优化,最后通过预测误差进行反馈校正。试验结果表明,该方法具有较好的泛化能力和鲁棒性,动态性能和跟踪效果均比较理想。     

改善电力系统阻尼特性的双馈风电机组控制策略

为了增强含有大型风电场的电力系统的机电阻尼,提出了一种新型双馈风电机组的附加阻尼控制策略的设计方法。首先,提出了风电场动态频率特性的概念,推导了动态频率特性的计算公式;然后,基于动态频率特性的概念,证明了风电场对其接入的电力系统产生纯阻尼作用的相位条件和幅值条件,基于这一条件,在传统双闭环控制结构的基础上设计了附加阻尼...     

Fuel-efficient Induction Generator Based Diesel Generator Set for Stand-alone Supply Systems

This article proposes a fuel-efficient, diesel engine driven, self-excited induction generator based diesel generator set for stand-alone supply systems. The system uses a static compensator along with a battery energy storage system. The static compensator with a battery energy storage system provides the voltage control, load compensation, harmonics elimination, load balancing, and reactive power compensation. The fuel efficiency of the generator is improved by loading the generator continuously between 80% and 100% of its rated capacity. The battery energy storage system takes the power from the generator during light load periods and supplies the power to the load during overloads. In addition, a continuous loading of the generator eliminates the problem of frequency variation of the induction generator under varying loads. The proposed system is designed to feed both three-phase as well as single-phase loads. A zigzag transformer is used for neutral current compensation. A power balance theory based control algorithm has been used to estimate the reference source currents.     

双馈感应风力发电机功率控制器的建模与仿真

基于双馈感应发电机（DFIG）3阶机电模型研究了功率解耦控制,以3个方程的形式完整地设计了功率控制器,在保证有功、无功控制效果的前提下大大简化了控制器结构,使其易于在各种编程环境下实现,便于在国内大型电力系统分析软件中进行DFIG模型的开发。在MATLAB环境下实现了DFIG及其控制器的完整模型,并与MATLAB／Simulink自有模型进行仿真对比,验证了其正确性和可行性。最后验证了所提出的模型在系统级仿真分析中的实用性。     

大功率变速恒频双馈风力发电变流控制技术

介绍了变速恒频双馈风力发电的基本原理与控制设计,建立包括风力机、双脉宽调制(PWM)功率变换器、双馈发电机在内的风力发电系统.着重以转子侧变换器为研究对象,分析了其实现最大风能追踪,有功功率、无功功率解耦的过程.基于该过程推导数学关系式,建立功率外环、转子电流内环控制的定子磁链定向控制模型,并通过1.5 MW双馈风力发电仿真模型验证了该矢量控制方法在双馈风力发电系统的适用性.     

宽转速运行的定子双绕组异步电机风力发电系统低速轻载运行时的效率优化控制策略

为有效利用低风速区风能,拓宽风能利用范围,对宽转速运行的定子双绕组异步电机(DWIG)风力发电系统低速轻载运行时的效率优化问题进行了研究。简述了该发电系统的拓扑结构和低速运行时的电压控制原理,分析了DWIG低速运行时效率优化控制的基本原理及特殊性,推导了考虑铁损的DWIG数学模型,建立了DWIG损耗模型,获得了最优磁链求解方程,进而提出了一种基于DWIG损耗模型的效率优化控制策略,并给出了具体实现方法。样机实验结果表明,该效率优化控制策略是正确、有效的,它不仅能使系统保持低速运行输出额定电压的优势,而且还能明显提高系统低速轻载运行的效率,从而实现了低风速区风能的有效利用。     

基于空间电压矢量调制的定子双绕组感应发电机系统电压控制技术

将空间电压矢量调制(space vector modulation, SVM)策略应用于定子双绕组感应发电机(dual stator-winding induction generator, DWIG)系统,不仅提高了直流母线利用率、降低了控制绕组侧静止励磁控制器(static excitation controller, SEC)的直流母线电压,而且有效降低了控制绕组电流谐波。该文在分析SEC数学模型的基础上,提出基于SVM的DWIG发电系统电压解耦控制策略,并对DWIG系统建压、突加突卸负载进行了仿真和实验研究,结果证明该控制策略具有良好的动静态性能。该文进一步拓展了SVM控制下的发电机转速运行范围,并用节点导纳法对该变速运行过程中的电压和电流关系进行了定量分析,实验结果验证了该方法的正确性。