全风况下双馈风机参与调频的协调控制策略研究

双馈风机的转子转速与系统频率相互解耦,风电大规模并网将导致系统调频能力下降,调频成本增加。为了结合附加惯性控制、超速控制和桨距角控制三种调频措施的优点,使双馈风机在全风况条件下具备一次调频能力,提出在最大功率追踪区采用附加惯性与超速控制相结合;而在恒转速和恒功率区则采用附加惯性与桨距角控制的协调控制策略。针对风能利用系数与桨距角和叶尖速比的复杂非线性数学关系,在传统桨距角控制策略基础上通过增加补偿桨距角和频率响应环节,简化了桨距角控制参与系统一次调频的控制策略。最后通过仿真验证了所提控制策略的有效性。     

双馈风电机组一次调频技术研究

双馈感应风机是目前大规模应用的主流风机,对于有大规模双馈风电接入的电网,其频率控制能力尤其值得关注。较全面地总结了国内外双馈风机一次频率控制技术,归纳出双馈风机一次频率控制设计的三种策略：转子动能控制、备用功率控制和联合控制。在此基础上,利用PSCAD/EMTDC平台对相关控制策略的调频特性进行了仿真验证和比较,结果表明,模糊联合控制具有很好的一次调频控制效果。     

基于桨距角控制的双馈风机参与电网二次调频控制策略研究

单独依靠常规电源的热备用难以有效平抑大规模风电的功率波动,要求风电机组主动参与自动发电控制(AGC)是电力系统稳定运行的重要保证。为解决此问题,本文提出了一种基于桨距角控制的双馈风机(DFIG)参与电网二次调频控制策略。通过分析风机的特性,确定了考虑桨距角变化的最优转速功率追踪控制;通过引入风电场控制信号改进传统桨距角机构,并在此基础上进一步提出了双馈风机参与电网二次调频综合控制方案。仿真结果表明,在所提控制方案下,风机利用其可控的二次调频能力,有效地降低了严重的负荷扰动下系统频率的变化率,并实现了间歇式新能源的优先调度。     

一种基于双馈风机锁相环动态响应的风-火协同调频策略

针对风电机组参与系统频率调整与传统同步机电源相互配合的问题,通过合理设置双馈风电机组锁相环控制参数使其具有与传统同步机电源相似的惯量响应能力,进而分析风电机组惯量响应与同步机一次调频之间的相互影响,在此基础上提出风电机组主导的风-火协同调频控制策略。本策略的优点在于能减弱风电机组惯量响应过程中对于同步发电机组一次调频出力的抑制作用,加快同步发电机调频响应速率,进一步优化系统频率。最后在EMTDC/PSCAD中搭建时域仿真系统,验证了所提出理论分析的正确性与控制策略的有效性。     

基于虚拟惯量和频率下垂控制的双馈风电机组一次调频策略

针对双馈风电机组(DFIGs)不具备调频控制能力的问题,设计DFIG一次调频控制策略,实现了DFIG参与电网一次调频。研究DFIG功率控制原理和频率响应过程,并考虑虚拟惯量、频率下垂控制对应的响应时间尺度不同,提出基于虚拟惯量和频率下垂控制的DFIG一次调频策略,增强了DFIG应对频率变化时的暂态和稳态功率调节能力。基于RT-LAB软件搭建了DFIG频率响应控制的半实物仿真平台,仿真与实测结果验证了该方法能够有效提高DFIG电网频率适应性。     

双馈风机参与调频的速度控制器模糊协同控制及参数校正策略

双馈风机调频的目的是通过释放转子动能对电网提供有功支撑,然而以速度控制器为代表的固有控制环节,其控制目标是维持转子转速稳定运行,两者控制目标的差异性将会引发调频性能与风机运行安全的冲突。为此,提出了双馈风机调频阶段速度控制器模糊协同控制及参数校正策略。首先,为明确调频阶段风机调频参数特征,利用风机转子动能、桨距角减载与虚拟惯量和一次调频的能量对应模式,提出了风机调频控制环节参数与运行点的映射等值模型;其次,考虑以速度控制器为主的风机固有控制环节,分析了速度控制器参数对惯性响应环节的影响,基于模糊逻辑算法提出了提升电网频率控制效果的速度控制器动态运行算法,缓解了与调频环节间的固有矛盾;最后,构建仿真模型对所提策略进行验证,结果表明所提方法可有效协调风机当前运行点以及风机调频控制、风机固有控制等环节的调频性能,提升电网的频率控制支撑能力。     

双馈风电机组参与电网一次调频的控制策略

由于现有风电机组不能响应电网频率的变化,不增加电力系统的转动惯量,大规模风电接入将对电网频率稳定性构成威胁。基于双馈风电机组的控制特性,提出一种实用化的风电参与电网调频的控制方法。采用分段控制的方式,要求风电机组在一定的频率范围内参与调频。基于转子动能控制原理,在电网频率上升到该范围时通过吸收部分转子动能减少风电机组的有功出力,实现风电机组的频率控制。最后在电力系统仿真软件中搭建风电调频控制的电网模型并以大规模地区实际电网为例进行仿真,研究风电参与电网调频的作用。仿真结果表明,风电机组对频率变化具有快速响应能力,可有效改善电网的频率特性,为双馈风电机组安全稳定并网运行提供了可借鉴的理论依据。     

双馈感应发电机参与调频的概率最优潮流模型

随着风电并网容量增加,风电机组部分取代同步机组,需要其参与调频以维持电网稳定性。现有电网经济调度研究,在考虑频率时往往忽略风电,或以风电功率代替具体风电机组。提出一种计及双馈感应发电机(DFIG)参与一次调频的概率最优潮流模型。计及风速预测误差概率特性,在优化目标中引入频率偏移,通过权重系数兼顾发电成本和频率偏移。引入DFIG内部约束,提出优化模型中DFIG参数的修正方法,实现DFIG与同步发电机共同参与一次调频。算例分析了DFIG参与调频效果、目标权重系数对优化结果的影响,给出了发电成本和频率偏移的概率特性,验证了所提模型的有效性。     

双馈异步风电系统的动态级联模型预测控制

双馈异步风机（DFIG）是目前风电市场的主流机型。由于风机需优化不同时间尺度的多个控制目标，传统线性控制难以满足其需求。模型预测控制（MPC）因其优秀的动态性能和多目标优化能力，成为控制风机的有效方法。然而模型预测控制通过单一代价函数实现多目标优化，这导致控制目标相互耦合，使控制优先级混乱、权系数设计复杂。为此，提出一种动态级联模型预测控制策略。所提方法采用多个代价函数级联的结构，通过计算每个控制目标所有代价函数的平均值来对控制目标排序，动态调整优先级。此外，所提方法使用控制阈值调整控制前级进入后级的候选开关矢量数量。所提方法无需使用权系数即可实现对多个目标的总体最优控制。硬件在环结果证明了所提方法的有效性。     

基于减载系数变化的风电机组一次调频控制

风电机组参与电网一次调频对提高高比例风电并网系统的频率调节能力具有重要意义。分析风电机组传统一次调频控制下超速减载控制的功率跟踪曲线与下垂控制间的交互影响机制,结果表明该交互影响不能充分释放风电机组减载控制储备的备用功率,削弱了风电机组的调频能力;为了消除该交互影响,提出基于减载系数变化的风电机组一次调频控制策略,并给出一次调频参数设置方法。在PSCAD/EMTDC中搭建仿真算例,结果表明,所提控制策略能够很好地消除该交互影响,其频率改善效果优于传统一次调频控制。     

基于可变系数的双馈风电机组与同步发电机协调调频策略

双馈风电机组的解耦控制决定了其输出的有功功率无法响应电网的频率变化,当风电的渗透率不断升高时,电网的调频压力不断增大。当风电作为一种新的调频电源并入电网时,为使其更好地为电网调频服务,提出一种基于可变系数的双馈风电机组与同步发电机协调一次调频策略。在不同的运行模式下,定义并整定了双馈风电机组的可变调差系数,使其可以根据当前备用容量决定其调频出力深度;兼顾风电机组的调频备用与经济性,在频率偏差允许范围内通过协调双馈风电机组与同步发电机的调频出力,实现了既能减轻同步发电机的调频压力,又能间接减少风电机组弃风量的双重目标。仿真结果表明,所提出的调频策略可使风电机组的储备功率更加充分地参与调频,有效减轻同步发电机的调频压力。     

基于变参数减载控制的风电场一次调频策略

变速恒频风机通过电力电子设备实现并网,导致机组转速与系统频率不再有耦合关系,无法主动响应系统频率变化。针对风电大规模并网引发的系统调频安全问题,采用优先减载低风速机组的风电场预留备用策略,并结合桨距角控制,实现满足系统备用需求,同时最大限度地储存旋转动能;然后提出了变调频系数的虚拟惯量控制策略,给出了下垂系数的整定方法,以实现风机减载功率充分释放,为系统提供可靠的调频功率支持。在DIgSILENT中建立了系统仿真模型,结果表明：所提策略能够合理分配风机的减载功率,并有效利用备用容量参与系统调频,提升了风机的频率控制能力。     

基于模糊控制的风电机组一次调频研究∗

随着清洁能源比重的增加,风电渗透率的增加,风电机组参与系统调频的任务越来越重要.目前传统的双馈 感应式风力发电机参与系统的一次调频策略主要是减少转子动能和减载备用功率.针对传统调频策略的调频出力不足以 及转速恢复导致频率二次跌落的问题,提出一种基于模糊控制的系数下的风电机组一次调频策略.在风机调频过程中, 采用模糊控制对虚拟惯量系数和下垂系数进行整定,最后搭建仿真模型验证调频的效果.试验结果表明,模糊控制在调 频时能有效提升调频出力,可减少转速恢复时的二次跌落,与传统的控制策略相比,能提升系统调频稳定性.     

基于目标函数优化法的风场层一次调频功率分配策略

随着风电渗透率的不断上升，大规模风电参与调频成为风电发展的重中之重，功率分配方法也需更加智能化和简便化。因此，利用目标函数优化法对风场层功率分配进行优化。首先，对整个风电场进行调频功率函数的建模，使整个风电场的实时功率变化值追踪整个风电场待分配功率，将上述两者偏差值最小作为目标函数。其次，通过超短期预测方法得到一定周期内每台风机风速和有功出力的上下限，结合桨距角的变化限度作为约束条件。最后，求解得到各台风机优化后的功率偏差值，将其叠加到各台风机出力的基础值上进行调频。通过与其他功率分配方法对比，验证了目标函数优化法的优越性，其可以提高风电场调频的快速性和可靠性。     

基于显式模型预测控制和改进虚拟阻抗的双馈风机低电压穿越策略

为提高双馈异步发电机的低压穿越能力,提出了一种基于显式模型预测控制的改进虚拟阻抗控制方法.传统的虚拟阻抗法基于固定的虚拟阻值,补偿电压在不同的故障情况下不能灵活调整,其控制效果难以得到保证,特别是在不对称故障下,易造成转子变换器饱和,影响控制效果.所提出的显式模型预测控制方法结构简单、易于实现,并可充分抑制转子电流,实...     

基于修改功率跟踪特性曲线的风电机组减载调频策略研究

针对现有风电机组调频策略中增益系数难以选取的问题,提出一种新颖的风电机组减载调频策略,创新性地取消了辅助频率控制,通过修改功率跟踪特性曲线来提供惯性和一次调频响应。该策略可保证调频过程中任意风速下,机组都可收敛到平衡点,避免因能量过度释放而引起欠速停机问题。该策略在调频控制环节中不含有增益系数,适用于不同风速下的风电机组。最后,通过不同风速下的对比仿真结果验证了所提策略的有效性和优越性。     

双馈风机并网仿真模型的改进研究

由于仿真计算得到的双馈风机输出特性与实测数据误差较大,提出利用风场实测数据改进现有双馈风机模型的方法,通过数据拟合对实测数据进行处理,得到风机端口输出特性的数学模型,再根据此模型改进双馈风机控制模型,仿真算例表明,改进模型能有效地反映实际运行中双馈风机输出特性,提高双馈型风电系统并网仿真的准确性.     

考虑饱和效应的无刷双馈发电机功率模型预测控制

该文建立了无刷双馈发电机(BDFIG)考虑饱和效应的动态模型,详细分析了有功功率与无功功率分配,提出考虑饱和效应的功率模型预测控制策略.基于无刷双馈发电机的饱和特性进行励磁电感估算,实时修正每周期输入至控制器的电感参数,实现了功率的精确控制,保证控制侧电流的正弦度和较低的开关频率.通过对功率模型预测控制系统的仿真及实验研究,明确了影响饱和效应的运行因素,最后通过实验验证了所提控制策略的有效性.