恒速风电机组极限切除时间的确定

为分析电网故障时恒速风电机组的暂态稳定性及其对电网的影响,首先,以等面积法则为理论依据,利用感应发电机的转矩-滑差曲线和机械输入转矩曲线,确定了感应发电机的极限切除时间;其次,考虑电网故障时刚性度较低的风电机组轴（采用双质块模型）的松弛所释放出的能量使感应发电机的加速而导致发电机的加速面积增大且大于其减速面积,     

风电场极限切除时间的确定及影响因素分析

随着电网中风电装机容量的增加,风电场的稳定问题已成为风电场接入电网研究的主要问题之一.电网故障时风电场的暂态稳定性通过其等值风电机组的极限切除时间(CCT)来表示.风电机组的参数、风电场与电网的连接方式以及风电场的运行等因素会影响风电场极限切除时间.以恒速风电机组为例分析了风电机组极限切除时间的确定以及轴系松弛过程对机组临界切除时间的影响;分析了影响恒速风电机组风电场极限切除时间的因素,并通过实际电网进行了仿真分析.     

风电接入对地区电网暂态电压稳定性的影响

随着风电迅速发展,风电场规模和单机容量越来越大,风电对接入的电网的影响不容忽视。而风资源丰富的地区大多电网不够强壮,加之风电自身故有的无功特性(吸收或者不发无功),风电接入对电网电压稳定性的影响显得尤为突出。对基于普通异步发电机的恒速风电机组构成的风电场与基于双馈感应发电机的变速恒频风电机组构成的风电场接入电网后的暂态电压稳定性,通过电力系统仿真软件DigSILENT并结合实际电网进行分析,给出风电场不同出力情况下的故障极限切除时间。关于静止无功补偿装置(SVC)和静止同步补偿器(STATCOM)对异步机风电场暂态电压稳定性的改善也进行了研究。     

改善基于双馈感应发电机的并网风电场暂态电压稳定性研究

提出了改善基于双馈感应发电机的并网风电场暂态电压稳定性的措施以实现风电场的低电压穿越(low voltage ride through, LVRT)功能。目前，大部分基于双馈感应发电机的变速风电机组不具有故障情况下的暂态电压支持能力，当电网侧发生严重短路故障时，风电场的暂态电压稳定能力会影响到电网安全稳定。该文在DIgSILENT/PowerFactory中建立了具有暂态电压支持能力的变速风电机组转子侧变频器控制模型及用于故障后稳定控制的桨距角控制模型，通过包含风电场的电力系统仿真计算验证了模型的有效性及其对风电机组和电网暂态电压稳定性的贡献。仿真结果表明，当电网侧发生三相短路故障时，风电机组转子侧变频器暂态电压控制能够控制风电机组发出无功功率支持电网电压；桨距角控制能有效降低变速风电机组机械转矩，避免出现风电机组超速及电压失稳。得出结论：采用变频器暂态电压控制及桨距角控制能够改善基于双馈感应发电机的并网风电场的暂态电压稳定性，确保风电机组低电压穿越(LVRT)功能的实现及电网安全稳定。     

电网短路故障下双馈风电机组传动链扭振响应

电网故障引起的电磁转矩波动易造成风电机组轴系扭振疲劳损耗,严重时会造成轴系故障,有必要研究不同类型电网故障下风电机组传动链扭振响应及其对关键部件的影响。首先,采用集中质量法,考虑叶片柔性建立了风电机组传动链四质量块模型,基于小信号模型,采用模态分析法对风电机组传动链扭振特性进行分析。其次,为了表征不同故障类型对风电机组传动链轴系扭振的影响,在双馈发电机电磁暂态模型的基础上,推导了电网对称与不对称故障下电磁转矩表达式。最后,基于四质量块传动链模型,仿真分析了单相、两相和三相接地电网故障对机组传动链扭振响应的影响。结果表明,不同类型电网故障会影响不同传动链扭振频率及其不同关键部件;三相接地电网故障引起的传动链扭振幅值大,齿轮箱和发电机转子间轴上传递转矩可以较全面反映扭振响应频率;与传动链其他部件相比,发电机转子受到电网故障影响更大。     

风力发电机并网后的电网电压和功率分析

对用鼠笼式感应发电机发电的恒速风力机和用双馈感应发电机发电的变速风力机的工作原理及其在电网的接入方式、接入风力发电机后的电网电压和功率进行了分析,对不同风电穿透力下电压对风速扰动的响应进行了讨论,并对电网故障时电压变化及风电场低压穿越技术进行了研究。采用理论分析与计算机仿真方法得到了相关结论:不同风力机机型对电网的作用不同;鼠笼式风电机组构成的风电场穿透功率大于10%以后会引起公共连接点处电压偏移超过10%;电网故障后双馈风电机组和鼠笼式风电机组电压恢复能力不同,在风电场加入STATCOM后,可以实现低电压穿越。     

不同风电机组的低电压穿越能力分析

应用Matlab 7.0建立了含不同风电机组的风电场动态模型,用于研究包含恒速异步风力发电机和双馈异步风力发电机的风电场对电网的影响,通过仿真分析电网发生严重三相短路故障后不同风电机组的低电压穿越能力,以及加装静止无功补偿器(SVC)后风电机组的低电压穿越能力.比较风电机组转速、有功功率和无功功率变化情况,得出结论:双馈异步风力发电机变速平稳,低电压穿越能力较强,有利于优化电能质量.当电网发生故障时,针对风电场中的不同风电机组应采用不同的策略来提高风电机组的低电压穿越能力,维持电力系统的稳定运行.     

含不同风电机组的风电电网仿真研究

为了研究包含恒速异步风力发电机和双馈异步风力发电机的风电场对电网的影响,应用Matlab 7.0建立了含不同风电机组的风电场动态模型。分析了风电场对电网暂态稳定性的影响,风电机组电压恢复情况,有功、无功变化情况,以及不同风电机组的低电压穿越能力。仿真结果表明：双馈异步风力发电机变速平稳、低电压穿越能力较强,有利于优化电能质量;当电网发生故障时,应针对不同的风电机组采取不同的控制策略以提高电力系统稳定性。     

电压源换相高压直流输电改善异步发电机风电场暂态电压稳定性的研究

基于普通异步发电机的恒速风电机组并网风电场会引起本地电网的电压稳定性问题.为此本文分析了并网风电场的电压稳定问题和电压源换相高压直流输电(VSC-HVDC)的风电场并网方式的技术特点,研究了VSC-HVDC的数学模型和控制方式.基于国际大电网会议(CIGRE)B4-39工作组标准模型,应用PSCAD/EMTDC仿真软件建立了大规模风电场并网系统模型,研究了VSC- HVDC输电改善异步发电机风电场暂态电压稳定性的贡献.研究表明VSC-HVDC不仅能够有效实现恒速风电机组在电网发生大扰动故障后的快速电压恢复能力,而且可以避免在电压恢复过程中由风电机组输入输出功率不平衡引起的发电机超速及电压失稳,确保风电机组的连续运行及电网的安全稳定.     

失速型风电机组机网扭振的模型与机理

指出了研究并网大型风力机组机网扭振问题的必要性,为研究风电机组的机网扭振问题,针对失速型异步风力发电机,建立了研究其风力发电机和电网之间扭振相互作用的统一动态模型.采用有限元方法分析了实际的叶片结构,将风力发电机叶片、低速轴、齿轮箱、高速轴、转子组成的旋转系统等效为三质量块-弹簧模型,同时建立了发电机定子和电网在d-q坐标系下的模型,实现了机网接口.仿真分析得到了风力发电机的旋转系统在电网三相故障激励下叶片的扭振曲线,其扭振频率与风机旋转系统的理论固有频率相同,且故障切除以后扭振现象并未衰减;为进一步研究抑制机网扭振的方法提供了理论基础.     

基于异步电机的风力机模拟实验平台的研究

提出了一种风力发电系统研究和实验平台的设计方案,利用逆变器控制的异步电动机模拟风力机特性,驱动风力发电机运行.首先分析了风力机的功率和转矩特性,讨论了风力机的转矩模拟方案.通过给定风速和实测转速,按照风力机特性可计算出应输出的转矩.控制异步电机输出同样的转矩,便可实现风力机的模拟.异步电机采用了带有前馈解耦的间接磁场定向矢量控制,其dq轴电流可分别对磁链和转矩进行控制,其转矩响应可满足控制要求.在变风速和变转速两种典型运行条件下的实验结果表明,异步电机可以准确的对风力机特性进行模拟.该平台可方便地用于实验室条件下的风力发电系统研究.     

POWER CONTROLLER FOR A WIND-TURBINE-DRIVEN TANDEM INDUCTION GENERATOR

ABSTRACT

A controller for delivering either constant power or maximum power from a wind-turbine-driven grid connected induction generator with double stator windings, one fixed and the other able to be physically rotated, and a squirrel-cage rotor common to both stators is described. The load torque of the generator is controlled by varying the angular displacement between the two stators. The generator can feed power to the grid at variable speed and constant frequency and is termed a Tandem Induction Generator.

Dynamic models for the wind energy conversion system are proposed for both controlled and uncontrolled operation to predict changes in shaft speed to shifts in wind speed using data pertaining to a commercial wind turbine. Results based on laboratory tests on a 1hp tandem machine driven by a dc motor demonstrating the feasibility of both controllers are presented. A steady state model of the tandem generator is also proposed and compared to measurements made on the test machine.     

液力变矩型同步风力发电机低电压穿越的控制原理及测试分析

液力变矩型同步风力发电机是一种基于液力变矩器和无刷同步发电机耦合的前端调速式风力发电机组,关键技术在于采用前端调速技术,使发电机转速恒定可以实现同步并网。风机在低速传动链上采用转速模糊闭环控制,高速传动链上采用液力变矩技术闭环控制转矩平衡,使风机在发生低电压穿越时转速与转矩控制的动态响应速度和精准度得到了较大改善。同时,同步发电机励磁系统采用强励模式,迅速提高发电机电动势及时补偿电磁功率的损失,并为电网提供无功能量支撑维持电网稳定。该机型低电压穿越性能经过现场实地认证测试,结果充分验证了其控制策略的有效性和可行性。     

考虑整机转矩控制的双馈风机轴系扭振机理分析及抑制策略

双馈风电机组轴系模型可等效为风力机质块经柔性轴与发电机质块连接,其轴系柔性较大,阻尼较低,现场存在轴系扭振现象.提出将整机转矩控制嵌入双馈风机两质量块数学模型中,并进行小信号线性化,得到适用于轴系动态特性分析的双馈风电机组机电小信号模型,基于该模型开展扭振机理分析和抑制策略设计.双馈风机轴系扭振本质原因是电磁转矩与发电...     

变速恒频双馈异步风力发电机动态控制扰动方法

风力发电系统中,风力发电机的控制方法是个关键环节.对双馈变速恒频异步风力发电机现有的控制方法进行了研究,提出一种新颖的控制扰动方法,即将四风速模型中的合成风速在轴系模型中产生的转矩引入功率控制扰动中.     

基于鼠笼式异步电机的风机模拟实验平台研究

设计并实现了一个基于鼠笼式异步电机的风机模拟实验平台,为风力发电系统研究提供可控的自然风环境.首先分析了风力机的特性,建立了风力机的模型.通过给定风速和实测转速,按照风力机特性计算出输出的转矩.控制异步电机输出同样的转矩,便可实现风力机的模拟.开发了上位机监测与控制软件,由上位机将相应控制指令下传给一台变频器,来控制异步电机完成特性模拟.在变风速和变转速两种典型运行条件下的实验结果表明,上位机界面满足了用户交互的需求,系统能再现风机在各种不同运行环境下的机械特性,并可与双馈发电机配合进行最大风能追踪实验,满足测试和验证风力发电机控制算法的要求.     

双馈异步风力发电机建模与仿真研究

阐述了双馈异步风力发电机的工作原理,并建立了双馈异步发电机的数学模型;分析研究了双馈异步发电机并网前定子电压控制与并网发电后的有功无功控制原理;在STAR-90仿真支撑平台上建立仿真模型,并进行了仿真和实验,验证了双馈异步发电机模型和控制模型的正确性和有效性。     

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...     

变速恒频风力发电系统最大风能跟踪控制的研究

变速恒频机组可以根据风速调整发电机转速以获得更大的风能。本文首先介绍了风轮机的功率特性,然后比较了三种现有的最大风能跟踪控制算法的优缺点。以感应发电机为例,研究了一种用于最大风能跟踪的变步长爬山法,并采用MATLAB软件进行了仿真实验,仿真结果表明了该控制策略的正确性和可行性。     

双馈风力发电机组系统接入与稳定运行仿真

分析了包含大量异步风力发电机组的风电场并网运行后对电力系统静态和动态稳定性的影响。从系统接入和稳定运行的角度研究了双馈风力发电机组及普遍采用的定子磁链定向矢量控制策略在提高风电系统稳定性方面的优势与不足。以实际机组为例在PSCAD/EMTDC平台上建立了仿真模型,结果表明双馈风力发电机组在风速发生变化时不仅能够以变速恒频方式运行并追踪最大风能,且电网电压也比传统鼠笼式风力发电机组更为稳定。在系统发生最严重的三相接地故障时,风电场具有更好的暂态稳定性。