基于联合仿真的风电机组低电压穿越传动链扭振抑制研究

针对双馈风电机组传动链电网故障过程中可能存在的扭振问题,采用弹簧阻尼质量建模方法,建立了能够反映柔性特性的传动链模型,得出了其自然振荡频率与阻尼系统解析表达式,揭示了柔性传动链的欠阻尼系统本质。通过故障期间发电机电磁转矩特性分析,说明了通过发电机电磁转矩突变量与高频脉动控制减弱传动链机械扭振的不可行性。在此基础上,提出了电网故障期间传动链的虚拟变阻尼控制策略,通过发电机附加转矩控制等效增大传动链阻尼,抑制了电网故障期间传动链的扭振。通过风电机组Bladed+Matlab联合仿真模型仿真分析,证明了理论分析与虚拟变阻尼扭振抑制策略的有效性。     

电网故障下双馈风电机组的转矩特性及对轴系的影响分析

双馈风电机组传动系统是典型的欠阻尼系统,电网故障条件下的电磁转矩动态响应容易激发轴系扭振。分析结果表明,电网故障期间影响轴系扭振的主要因素是电磁转矩稳态值,在此基础上,结合投入Crowbar的DFIG稳态运行等效电路,分析了发生三相对称故障和单相对地故障时机组的稳态转矩表达式,进一步分析了影响电磁转矩特性的因素,针对故障期间PI调节器积分环节累积误差会对电磁转矩产生影响,采用了故障恢复时刻积分值清零的措施。最后对Crowbar阻值选取和故障积分清零在PSCAD下进行仿真对比,验证了分析的正确性。     

大型双馈风电机组电网故障穿越过程载荷特性分析

目前,针对大型双馈风电机组电网故障穿越过程载荷特性的研究不足。首先,基于弹簧-阻尼-质量建模方法,建立了双馈风电机组传动链轴系载荷响应模型及塔架左右方向运动响应模型,获得系统固有谐振频率及阻尼系数解析表达式,理论分析结果表明,电网故障穿越过程可能引起传动链扭振和塔架左右晃动。其次,建立GH Bladed-MATLAB联合仿真模型,并基于此研究了电网对称与不对称故障对传动链轴系及塔架左右载荷特性的影响,仿真结果验证了理论分析的正确性。最后,进一步研究了不同有功恢复策略对机组载荷的影响,结果表明,有功功率恢复速率过快会导致机组载荷大幅增加,并得出了"机械友好型"风电机组故障电压穿越控制原则。     

电网对称故障下双馈风电机组的载荷优化控制

电网电压骤降引起发电机电磁转矩的暂态波动,这会引起传动链上显著的暂态冲击,降低了传动系统特别是齿轮箱的使用寿命。文中通过FAST和MATLAB/Simulink联合仿真,建立了5MW双馈风电机组机械和电气暂态模型,分析了电网对称故障对传动链扭转载荷的影响。提出了一种基于线性二次型调节器(LQR)的转矩阻尼控制器,来降低故障恢复期间的载荷。仿真结果表明,提出的方法有效地抑制了传动链的扭振。     

并网异步风电机组有功功率的振荡频率分析

为了准确研究影响并网风电机组功率波动因素及规律,提出了不同运行工况以及不同风力机模型和参数对异步风电机组有功功率的振荡频率研究。首先,采用等效集中质量法,结合异步发电机电磁暂态模型,建立了不同风力机传动链等效的异步风电机组数学模型。其次,在风速扰动下,对不同传动链模型、传动链刚度系数以及不同风速扰动频率时机组有功功率振荡的频率进行仿真分析。最后,在电网三相短路故障情况下,针对等效两个质量块传动链模型,对不同传动链刚度系数和故障持续时间的机组有功功率振荡频率进行仿真。研究结果表明相同振荡频率下的有功功率幅值与风力机模型、传动链刚度系数以及故障持续时间密切相关。     

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...     

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.     

固态限流器抑制轴系扭振的研究

电力系统故障会引起汽轮发电机组轴系的扭振,本文分析了在发生三相接地和单相接地故障情况下,固态限流器对提高发电机暂态稳定性和轴系扭振的影响.通过Matlab仿真计算电磁转矩、汽轮机轴系扭振和机端电压的变化,仿真结果表明固态限流器除了具有良好的限流功能外还能够提高电机暂态稳定性和抑制轴系扭振.     

并网异步风电机组有功功率的振荡频率分析

为了准确研究影响并网风电机组功率波动因素及规律,提出了不同运行工况以及不同风力机模型和参数对异步风电机组有功功率的振荡频率研究.首先,采用等效集中质量法,结合异步发电机电磁暂态模型,建立了不同风力机传动链等效的异步风电机组数学模型.其次,在风速扰动下,对不同传动链模型、传动链刚度系数以及不同风速扰动频率时机组有功功率振荡的频率进行仿真分析.最后,在电网三相短路故障情况下,针对等效两个质量决传动链模型,对不同传动链刚度系数和故障持续时间的机组有功功率振荡频率进行仿真.研究结果表明相同振荡频率下的有功功率幅值与风力机模型、传动链刚度系数以及故障持续时间密切相关.     

风力发电机组轴系扭振模式稳定性分析

针对带串联补偿装置的并网双馈风力发电机组轴系扭振模式的稳定性,搭建了风力发电机轴系的三质量块等效模型,用小扰动法分析了轴系不同质块间的扭振模式。基于矩阵束算法辨识串联补偿度对风电场发电机组轴系扭转模式稳定性的影响,分析表明在故障情况机组轴系可能发生暂态扭矩放大。在PSCAD/EMTDC中搭建了某实际风电场中风力机轴系和发电机电磁暂态模型以及电网其它部分模型。仿真结果表明:电网故障会引发轴时系扭振模式不稳定现象,同时验证了串联补偿影响轴系扭振模式的稳定性。     

Small-signal Modeling and Modal Analysis of Wind Turbine Based on Three-mass Shaft Model

Abstract—One critical task in wind turbine shaft torsional vibration study involves the modeling of a wind turbine and power grid. With a focus on the mechanical rotational system of wind turbine, this article provides a three-mass shaft model upon which one wind turbine to infinite bus model can be developed. The model, based on small-signal stability analysis, is used to study the wind turbine shaft torsional vibration. For this reason, this article concentrates on the union model of stall wind turbine and power grid. The small-signal stability model includes the mechanical system and electrical system. Data for the turbine's blades and shaft as well as electrical generator are given to allow replication of the model in its entirety. Each of the component blocks of the wind turbine and power grid is modeled separately so that one can easily expand and modify the model to simulate variable-speed wind turbines or multi-turbines system to suit their needs. This is then followed by a case study that explains how the small-signal stability model can be used to study wind turbine shaft torsional vibration issues. Results obtained from the case study show that the model performs as expected.     

定桨恒频风电机组机网扭振的建模与机理

报告了风力机组机网扭振问题的研究现状,指出了研究并网大型风力机组机网扭振问题的必要性。针对定桨恒频双速异步风力发电机,建立了研究风力发电机和电网之间扭振相互作用的统一机电动态模型:利用有限元分析法对风机叶片进行了建模,将风力机机械部分(包括叶片、低速轴、齿轮箱、高速轴、转子组成的旋转系统)等效为柔性连接的三质量块模型,计算了机械旋转系统的固有频率;对电气部分(包括发电机定子和电网)在dq0坐标系下进行了建模。在电磁暂态仿真软件中了建立了仿真模型,通过在输电线路始端设置三相接地短路故障,激发了风力发电机的机网扭振现象。对扭振曲线进行频域分析,发现了扭振频率与计算得出的机械旋转系统固有频率相吻合,验证了模型的准确性。     

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。     

双馈式风电机组机网扭振的建模与仿真

建立了双馈式风力机组机网扭振的小信号分析模型,包括风力机的机械旋转系统模型、发电机模型、控制模型及电网模型.其中机械旋转系统包括风力机的桨叶、高速轴、齿轮箱、低速轴和发电机转子,等效为三个集中质量块-弹簧模型;发电机、电网及控制模型均在 dq 坐标系下建立.推导了整个模型的状态方程.在电磁暂态仿真软件 EMTP 中建立...     

具有低电压穿越能力的风电接入电力系统继电保护的配合

具备低电压穿越能力的风电机组要求在一定的故障条件下不脱网,需要相关继电保护与之配合。详细分析了风电场送出线以外输电系统元件故障、风电场送出线故障、风电场内部电网故障以及风电机组本体故障情况下,输电系统保护以及风电场内部保护应有的配合关系。进一步分析了当前集中式接入风电场的继电保护配置,指出风电机组保护及变流器保护选择性不强,在风电场内部保护或系统保护动作切除故障之前,风电机组已经脱网,而且将风电网等同于单侧电源的配电网,没有考虑风电机组对短路的贡献。最后分析了单风电机组本体保护、风电场主变保护、风电场送出线保护需要进行的改进,以保证低电压穿越能力的发挥,并指出各保护需要注意的问题。     

大型风电场机网扭振分析与抑制研究

风能作为可再生型和环境友好型能源,风力发电技术已经迅速在全世界范围内到了发展。随着风电的快速发展,大型风电场并网安全问题也越来越受到关注。主要针对由变速恒频风电机组组成的大型风电场,研究其并入在含有串联补偿线路的电网后,在严重电网故障情况下机网扭振情况。扭振现象对于风电机组的零部件和电网安全稳定运行构成严重的威胁。建立建立风力机的四质量块模型和感应发电机数学模型,采用等值机形式,构建了9 MW的大型风电场。首先验证了在三相短路故障情况下,大型并网风电场中存在机网扭振现象。然后,通过改进传统的串联补偿环节,提出了利用晶闸管控制的可控串联补偿装器（TCSC）对机网扭振进行抑制。利用Matlab软件仿真进行实时仿真,并且进行了频谱分析,结果验证了可控串联补偿器可以减少机网扭振。