变速恒频双馈风电机组的控制策略研究

变速恒频双馈风电机组是目前风电机组发展和应用的主流;风电机组控制技术是大规模利用风能的关键.基于变速恒频双馈风力发电机组的工作原理,探讨了目前出现的各种空载并网控制策略和励磁控制方式,重点对矢量控制策略进行了全面的分析.结论总结了当前的研究热点,展望了未来的发展趋势.     

变速恒频双馈风力发电功率控制技术研究

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.并基于此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1.5MW双馈风力发电仿真模型验...     

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...     

1.5MW双馈式变速恒频风电机组控制系统研究

变速恒频风电机组具有风能转换效率高、能吸收阵风能量、可以实现发电机和电力系统的柔性连接、“零冲击”并网、运行噪声小等优点,是国际上现代风力发电的主要发展方向之一。文章针对变速恒频风电机组的变速控制方式进行了研究,且以兆瓦级变速恒频风电机组为模型,对几种变速控制策略进行了仿真。并在对分析仿真结果的基础上,结合大型变速恒频风电机组的整机特点和控制方法的可行性,采用了功率闭环的变速控制策略;最后在自主研发的1．5MW变速恒频风电机组控制系统及变流器样机上,对变速运行的功率控制策略进行了大量实验和长期的现场试运行,验证了变速控制方式的可行性与实用性。     

双馈风电机组变速恒频控制方法研究

为了最大限度地利用风能,提高风电机组的运行效率,在分析双馈发电机基本数学模型及其定子磁链定向的矢量控制技术的基础上,提出了一种实现双馈风电机组最大风能追踪的最优控制算法.利用Mat-lab/Simulink对不同风速下机组的运行状况进行了分析,仿真结果验证了该控制策略的正确性和可行性.     

变速恒频无刷双馈风力发电机的功率控制系统

在无刷双馈电机(BDFM)的国内外研究及应用现状基础上,分析其工作原理和变速恒频风力发电系统的实现。根据BDFM在d-q坐标系的动态数学模型,提出变速恒频运行条件下的功率控制策略,设计出基于d-q坐标系的功率控制系统。应用此控制策略和控制系统,对一个典型BDFM运行在空载条件下的动态特性进行仿真验证和分析。理论研究与仿真结果证明了本功率控制策略和控制系统用于BDFM风力发电的可行性及有效性。     

变速恒频无刷双馈风力发电机的功率控制系统

在无刷双馈电机（BDFM）的国内外研究及应用现状基础上,分析其工作原理和变速恒频风力发电系统的实现。根据BDFM在d-q坐标系的动态数学模型,提出变速恒频运行条件下的功率控制策略,设计出基于d-q坐标系的功率控制系统。应用此控制策略和控制系统,对一个典型BDFM运行在空载条件下的动态特性进行仿真验证和分析。理论研究与仿真结果证明了本功率控制策略和控制系统用于BDFM风力发电的可行性及有效性。     

风电场功率控制策略的研究*

风速的不稳定性和间歇性使得风电机组的输出功率具有随机性和波动性。随着风电场容量的急剧增加,导致电力系统的稳定性和电能质量受到严重影响。文中搭建了双馈风力发电机组的数学模型和控制模型,采用了磁链定向矢量控制技术和电压定向矢量控制技术,针对风电机组的功率调控能力进行了深入研究与分析,提出了双馈风力发电机组的有功和无功控制策略。仿真结果表明该控制策略是合理的、可行的。     

采用变速恒频机组的风电场并网问题研究综述

随着风电技术以及电力电子技术的不断进步,越来越多采用变速恒频机组的风电场被接入电网.变速恒频机组相对于传统的恒速恒频机组,在电机结构和控制机理上更为先进,能够实现更为灵活的电网接入.虽然变速恒频机组在一定程度上增强了电力系统的稳定性,但一些新问题也随之而来,例如先进的控制器显著增加了系统的复杂性、风机的功率变换器发出谐波电流降低了系统的电能质量等.此外,如何通过给变速恒频机组增加附加控制器,实现其与传输系统及储能系统的协调控制,以改善系统性能,也是当今学术界的一个重要课题.文中对上述这些采用变速恒频机组的风电场并网问题的最新研究成果进行了综述.     

变速恒频双馈风电机组控制模式对电网稳定影响及其对策

以实际电网为例,分析以变速恒频双馈风电机组组成的风电场并网运行对系统电压稳定性的影响,并对风电机组不同控制模式下运行状态对系统电压稳定性水平的影响进行比较。仿真结果表明,采用恒电压控制的变速恒频双馈风电机组,因为能够控制机端电压,所以在维持风电场并网后的系统电压稳定方面较恒功率控制方式具有较大的优势。静止无功补偿器(SVC)可为系统提供快速动态无功功率支撑,采用恒功率控制方式的风电机组安装SVC设备后,可以明显提高电网电压的暂态水平。     

双馈型风电机组网侧换流器无功功率调节控制策略

全面分析了双馈型风电机组网侧换流器在正常工作和故障情况下的无功调节能力,提出了相应的网侧换流器无功控制策略来充分利用其无功调节能力以改善风电场的并网能力.采用DigSILENT/PowerFactory 14.0,搭建详细的双馈型风电机组模型,并接入等效弱电网.仿真结果验证了提出控制策略的有效性:正常工作情况下,网侧换...     

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.     

考虑双馈异步发电机转速限制的电网频率协调控制策略

双馈异步发电机(DFIG)参与惯性调频能减小频率变化率,一次调频能减小稳态频率偏差。为解决上述两种策略协调控制过程中因频率偏差和微分系数选择而易导致异步发电机转子转速越限的问题,提出一种考虑转速限制的电网频率协调控制策略。通过控制DFIG的输出功率,确保转速偏差和频率偏差成正比。以转子转速为约束,整定频率信号的比例系数。根据电网频率变化情况,调整输出功率参考值,使得转速保持恒定,且有利于频率的恢复。仿真结果验证了所提策略能有效防止转子转速越限,有助于提高系统频率的稳定性。     

双馈感应电机最大功率跟踪鲁棒滑模控制设计

变速恒频风力发电技术已广泛用于实际风机中,其中一个经典问题即最大功率跟踪(Maximum Power Point Tracking,MPPT)。针对双馈感应电机(Doubly-Fed Induction Generator,DFIG)设计了一款基于扰动观测器的滑模控制(Perturbation Observer Based Sliding-Mode Control,POSMC)来实现MPPT。所提控制器将扰动观测器和滑模控制(Sliding-Mode Control,SMC)相结合,从而大幅提高了DFIG的鲁棒性。首先,应用扰动观测器对系统扰动(发电机非线性、参数不确定和随机风速)进行在线估计。随后,通过SMC对该扰动估计进行实时完全补偿,从而实现不同工况下的控制全局一致性以及各类不确定环境下的鲁棒控制。最后,POSMC无需精确的DFIG系统模型,仅需测量转子角速度和定子无功功率,易于实现。进行了三个算例研究,即阶跃风速、随机风速和发电机参数不确定性。仿真结果表明,与矢量控制(Vector Control,VC)、反馈线性控制(Feedback Linearization Control,FLC)和SMC相比,POSMC在各类工况下均可捕获最大的风能并具有最强的鲁棒性。     

双馈风力发电系统转子电流自抗扰控制

随着双馈风力发电系统在电网中所占比例的增大,增强风力发电系统在电网电压扰动下对转子电流的控制能力、改善机组的稳定性成为关注的焦点.本文在分析双馈电机5阶模型的基础上,提出了双馈风力发电系统转子电流自抗扰控制方案.该方案能够有效观测系统d、q轴间的交叉耦合以及电网电压扰动并加以前馈补偿,削弱了扰动因素对控制性能的影响;同时通过非线性状态误差反馈控制率抑制转子电流波动.数字仿真表明该控制系统在电网稳定时能够实现系统有功、无功的精确解耦;在电网故障时,较好地抑制电网电压扰动对转子电流影响,改善风力发电系统的并网运行能力.控制系统具有良好的动态响应性能,鲁棒性强.     

双馈风力发电机机端三相短路电流分析

为研究双馈风力发电机的低电压穿越问题以及风电场的继电保护问题,分析了双馈风力发电机在空载同步转速下机端发生三相短路时定、转子短路电流的近似表达式.在此基础上,从双馈风力发电机内部的电磁关系出发,分析了电压跌落程度、无功功率、转速等运行状态对双馈发电机短路电流的影响,并以0.85 MW双馈风力发电机直接接入电网为例进行仿真研究,其结果验证了双馈机机端发生三相短路时定、转子电流的暂态特性,由此也为研究双馈机低电压穿越能力及风电场继电保护问题提供了理论依据.     

基于群灰狼优化算法的双馈感应电机最优控制

设计了一种新颖的群灰狼优化算法(Gathered Grey Wolf Optimizer, GGWO),用于整定双馈感应电机(Doubly-fed Induction Generator, DFIG)的比例-积分控制器(Proportional-integral, PI)最优参数,从而实现变风速下的最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking, MPPT)并提高系统的故障穿越能力(Fault Ride-through, FRT)。GGWO在原始灰狼优化算法(Grey Wolf Optimizer, GWO)的基础上引入分组机制,将灰狼分为相互独立的合作狩猎组和随机侦察组。其中,随机侦察组中的灰狼负责进行广泛的全局搜索,而合作狩猎组的灰狼实现深度的局部探索。同时,设计狼群间的角色互换机制,可根据当前适应度函数,在下次迭代中对不同分工的狼进行角色互换,进而平衡全局搜索和局部探索的矛盾。通过阶跃风速、随机风速和电网电压跌落三个算例对GGWO的优化性能进行了研究。仿真结果表明,与遗传算法、粒子群算法、飞蛾扑火算法和GWO相比,所提算法具有更好的全局收敛性、MPPT精确性和FRT能力。     

DFIG的SVM-IPC与SVM-DPC比较

为比较间接功率控制(indirect power control,IPC)和直接功率控制(direct power control,DPC)的控制特点,提出了双馈感应发电机(doubly-fed induction generator,DFIG)的间接功率控制(IPC)和直接功率控制(DPC)策略.首先提出采用空间矢量调制(space vector modulation,SVM)的SVM-IPC策略,该策略通过对转子电流的直接控制间接实现对定子有功和无功功率的解耦控制;其次提出基于SVM的SVM-DPC策略,该策略不通过电流控制环节,直接实现定子有功功率和无功功率的解耦控制.分析结果表明,SVM-IPC具有良好的稳态性能,但动态响应能力取决于PI参数的优化程度;SVM-DPC不仅稳态性能好,而且具有快速的动态响应能力.实验结果验证了提出策略的可行性和正确性.     

引入比例谐振调节器的双馈电机转子电流无速度传感器控制

双馈风力发电机转子电流模型参考自适应系统(MRAS)的转速估算方法中,由于定、转子电压、电流采样信号的漂移及AD转换的偏差,致使所估计的双馈电机转速幅值中呈现不同程度的交流脉动。针对此问题,提出了在自适应实时调节机构中,采用PI并联比例谐振(PR)控制器共同作用的控制策略。该方法可消除转速估计中角频率和转差频率的交流脉动,实现转速精确估计,提高双馈电机发电质量。基于10 k W的双馈风力发电模拟平台进行了实验研究,通过与PI控制对比验证了PI并联比例谐振控制的优越性。     

基于Crowbar保护的双馈风力发电机低电压控制策略研究

针对双馈风力发电机在电压大幅骤降时投入Crowbar电路后引起直流侧过电压和动态无功补偿的问题,基于反馈线性化理论,提出了对网侧变频器进行非线性控制策略。通过协调控制STATCOM对电网进行动态无功补偿。仿真表明:网侧非线性控制器在电压骤降过程中能很好地抑制直流侧过电压;通过引入STATCOM补偿装置,很好地满足系统无功需求,证实了所提出控制策略的正确性,提高了系统的低电压穿越能力。