大型双馈风力发电系统小信号动态建模及附加阻尼控制器设计

由于风电场输出功率的波动性及远距离输电等原因,大规模风电场接入互联电力系统后会面临不同区域电网间的低频振荡问题。建立了大型双馈风力发电系统的小信号动态模型,该模型包括风力机及传动系统动态方程、异步发电机动态方程、变频器动态方程以及变频器控制系统动态方程4个部分,具有一般性。以双馈风力发电机转子侧变流器有功功率参考值为输入,以互联电力系统区域间同步发电机功角差值为输出,通过系统辨识方法得到二者间的开环传递函数。在此基础上,利用极点配置方法,设计了双馈风力发电机的附加阻尼控制器。非线性时域仿真表明,配备了阻尼控制器的大规模风电场能够有效抑制互联系统的低频振荡,增加互联系统的阻尼。     

计及广域信号时变时滞影响的大型双馈风力发电系统附加鲁棒阻尼控制

大规模风电接入互联电力系统可能会导致电网联络线上严重的功率振荡。大型双馈风力发电系统能独立控制有功和无功功率,可以通过将控制信号附加到有功功率控制环节来调节输出的有功,以此用来阻尼系统功率振荡。针对系统中可能存在的功率振荡,采用广域测量数据并选择合适的反馈信号实现了快速的广域时滞阻尼控制。在建立的电力系统线性化模型中考虑了广域测量信号时滞。基于自由权矩阵方法获得了线性化模型标准化时滞鲁棒控制方法,可以由线性矩阵不等式进行求解。在此基础上,设计得到了广域时滞状态反馈控制器。控制器参数可以通过所提出的LMI迭代算法优化得到。结合状态观测理论获得了一种新型广域时滞输出反馈控制器。基于四机两区域仿真模型建立了含风电接入的互联电力系统研究模型。时域仿真表明,所提出的广域时滞阻尼控制器能有效地阻尼系统区间振荡。     

基于遗传粒子群算法的双馈风电场广域阻尼控制器优化设计

介绍了双馈风力发电系统的广域阻尼控制策略和控制器结构,在此基础上,分析了遗传算法和粒子群算法的各自特点,综合两种算法的优势,给出了遗传粒子群算法,利用遗传粒子群算法优化得到了广域阻尼控制器参数。以含150 MW容量双馈风电场的四机两区域互联电力系统为对象,仿真验证了所设计的广域阻尼控制器的控制效果。     

双馈风电机组抑制电力系统低频振荡的鲁棒控制策略

针对大规模风电场接入电力系统面临的低频振荡问题,提出了一种双馈风电机组(doubly-fed induction generator,DFIG)附加鲁棒控制策略,通过控制双馈风电机组的转子侧无功输出向系统注入无功功率以达到提升系统阻尼的目的。首先采用TLS-ESPRIT辨识算法辨识出系统模型,然后采用基于区域极点配置的鲁棒控制理论设计附加阻尼控制器。为对所提控制方法相比于传统控制方法的优势,设计了基于极点配置的阻尼控制器。最后在PSCAD软件中搭建含风电的两区域模型验证所提控制方法的有效性。仿真结果表明DFIG附加鲁棒控制器能有效抑制电力系统低频振荡,具有较好的鲁棒性。     

基于广域测量信号的双馈风电机组阻尼控制策略

为了抑制电力系统的区域间低频振荡,本文提出了一种应用于双馈风电机组(DFIG)的附加阻尼控制策略。首先,建立了双馈风电机组的动态模型及其控制策略。然后阐明了动态有功功率注入和动态无功功率注入提高系统阻尼的原理,在此原理的基础上提出了双馈风电机组附加阻尼控制器的设计方法。阻尼控制器基于电力系统稳定器(PSS),将广域测量信号区域间同步机组电压相角差作为输入信号。考虑到DFIG有功功率和无功功率可解耦控制,控制器输出信号附加到DFIG有功功率控制环和无功功率控制环。最后,建立了四机两区域电力系统仿真模型,通过特征值分析和时域仿真分析验证了附加阻尼控制策略的有效性及动态功率注入提高系统阻尼原理的正确性。     

含双馈风电机组系统的广域阻尼控制器协调优化策略

为了提高含双馈风电机组系统抑制低频振荡的能力,提出一种基于自抗扰控制器的广域阻尼控制器协调优化策略。首先对含有双馈风电机组的电力系统进行建模;然后基于系统可观/可控性综合几何指标选择广域阻尼控制回路;最后利用人工蜂群算法对自抗扰控制器和广域阻尼控制器进行协调优化,以增强系统的稳定性。通过2区域4机系统和新英格兰10机39节点系统案例验证了所提出的方法在抑制含双馈风电机组系统低频振荡方面的可行性和有效性。     

双馈风电场无功功率阻尼控制策略

基于暂态能量函数分析方法,提出双馈风电场的无功功率附加阻尼控制策略。以削减区域间暂态振荡能量为目标,分析调节风电场输出无功功率能抑制电力系统低频振荡的可行性。基于常规PSS控制方法,对风电场无功功率阻尼控制的效果进行分析。为进一步提高阻尼控制效果,提出基于暂态能量函数方法的双馈风电场无功功率模糊阻尼控制策略。仿真结果表明基于模糊控制的风电场无功功率阻尼控制调节策略比常规PSS控制策略能更好抑制低频振荡。     

基于二自由度的双馈风力发电系统并网控制策略

控制系统调节器的设计直接影响了整个双馈风力发电系统的动态性能和稳态性能,甚至整个电力系统的稳定性。针对双馈风力发电系统一般将其内环整定为Ⅰ型系统时其抗扰性能不佳的缺点,并且结合Ⅰ型系统动态响应较快、超调较低的特点,提出了基于二自由度的电流内环Ⅱ型系统的设计方法,在对系统的快速性能和抗干扰性能进行折衷考虑下,对系统在不同自由度系数情况下的过渡过程进行了仿真分析,通过合理选择自由度系数,在较大地增强了系统抗干扰性能前提下,降低了系统的超调量。最后在实验室11kW双馈风力发电系统平台上进行试验,结果表明,提出的基于二自由度的双馈风力发电并网控制策略提高了系统的抗干扰性,同时系统还具有较快的动态响应性能,解决了系统并网电流产生低频振荡的问题,验证了理论分析和控制策略的有效性。     

不平衡电压下双馈异步风力发电系统的建模与控制

提出了不平衡电网电压条件下双馈异步发电机(DFIG)在正、反转同步速旋转坐标系中的完整数学模型,推导和分析了不平衡电网电压条件下DFIG定子输出瞬时有功、无功功率组成.在此基础上,提出了小值稳态不平衡电网电压条件下增强DFIG不间断运行能力的4种可供选择的控制方案.讨论了不同不平衡控制目标下转子正、负序电流指令值计算原则,设计了正、反转同步速旋转坐标系中DFIG的双幽转子电流控制器的不平衡控制方案,实现了不平衡电网电压条件下转子正、负序电流的独立跟踪控制,有效地提高了小值稳态不平衡电网条件下风电机组的不间断运行能力.仿真研究验证了理论分析的正确性和所提出的双dq转子电流不平衡控制方案的有效性.     

双馈式风力发电系统实时数字仿真研究

为了研究大容量双馈式风力发电系统的运行控制特性,根据双馈式感应电机(doubly-fed induction generator,DFIG)动态数学模型,采用典型控制策略,分别在PSCAD/EM TDC、RTDS仿真平台下建立了4.5 M W双馈式风力发电机系统的动态模型。在此基础上,对风力发电系统在不同风速下的运行控制特性进行了仿真研究。仿真分析结果表明,所建立的大容量双馈式风力发电系统有较好的动态响应与控制特性,与理论分析相吻合。     

风电场接入对电力系统阻尼特性的影响

推导了适用于小干扰稳定性分析的双馈感应风电机组(doubly-fed induction generator,DFIG)的数学模型,研究了PSD-BPA中双馈感应风电机组的模型。在PSD-BPA中搭建了包含双馈感应风电机组的IEEE30节点系统,采用特征值分析法详细研究了不同风电穿透率下的双馈感应风电机组接入后对电力系统阻尼特性的影响。理论分析和仿真结果表明:双馈感应风电机组接入后系统的阻尼特性得到了一定的改善,但当系统中风电穿透率较高时,系统阻尼有变弱的趋势。     

双馈风力发电矢量控制电流环参数特性分析

基于dq坐标系模型的矢量控制是双馈风力发电中应用较广的控制策略,但一般都按照并网前和并网后2种模式进行研究。文中建立了并网前后的双馈电机统一数学模型,并将控制器与双馈电机转子方程统一为一个4阶模型。详细分析了转子电流环控制参数对系统控制性能的影响,提出了控制参数的设计原则和方法,最后通过仿真验证了这种方法的有效性和实用性。     

并网风电场改善系统阻尼的仿真

提出一种基于双馈变速风电机组的系统稳定控制技术,将双馈电机转差信号引入转子侧变频器控制模型。在系统发生功率振荡时,通过改变转子励磁电压的相角调节双馈变速风电机组输出与振荡相关的阻尼功率,达到使风电场能够改善系统阻尼的目的。在电力系统分析软件DIgSILENT/PowerFactory中建立风电场和实际电力系统等效模型,对双馈变速风电机组采用电力系统稳定器(PSS)前后的系统进行特征值分析和系统故障时域仿真。2种分析结果表明,引入PSS控制环节的基于双馈变速风电机组的并网风电场能够改善系统阻尼,对系统功率振荡具有很好的阻尼和抑制作用,加强了系统动态稳定性。     

大规模DFIG风电场接入对电网的影响及其对策研究

首先简要阐述了DFIG风电的拓扑结构;然后重点介绍了大规模的风电并网对电网对电能质量、电压、电网频率和系统稳定性等的影响;接着讲述了包括使用静止无功补偿器、有源滤波器等方法提高系统的故障穿越能力一般的应对措施;最后介绍了国内外风电研究技术,包括模糊C均值聚类算法在风电场中的应用、谐波辐射分析、针对弱电系统的风电模型等的新成果,为风电的发展起重要的推动作用。     

双馈风电场模糊附加阻尼控制策略

基于暂态能量函数分析原理,提出双馈风电场模糊附加阻尼控制策略。首先,以区域间暂态振荡能量下降为目标,从理论上分析了调节风电场输出有功或无功功率能抑制电力系统区域间低频振荡的可行性。其次,在阐述双馈风电场常规 PSS 附加阻尼控制策略的基础上,以传输线有功功率变化作为暂态能量振荡阶段的判断依据,提出了基于模糊控制的双馈风电场附加阻尼控制策略。最后,以双馈风电场接入IEEE两区域四机系统为例,针对电网传输线三相短路故障和区域内同步发电机输入功率小扰动两种情况,对采用模糊附加阻尼控制时系统的运行性能进行仿真,并与常规PSS附加阻尼控制和无附加阻尼控制的运行效果进行比较。仿真结果验证了风电机组有功或无功功率环模糊附加阻尼控制策略的正确性,同时表明基于无功功率环的模糊附加阻尼控制不仅能更好地抑制传输线有功功率振荡而且又能减小风电机组传动链轴系扭矩的波动。     

广义相位补偿法在接入双馈风机电力系统的稳定器设计中的应用

为提高接入双馈风机的电力系统小干扰稳定性,对采用广义相位补偿法的电力系统稳定器(PSS)设计问题进行了拓展研究。基于同步系统中的广义相位补偿法,将广义相位补偿法推广到双馈风机并网系统中。采用广义相位补偿法能较容易地确定PSS的安装地点,并且能够分别计算每台同步机的补偿角度。此外,广义相位补偿法还将PSS的增益计算转化为简单的多项式优化问题。研究结果表明:当不稳定系统配置了由广义相位补偿法整定的PSS后,不稳定模态都移动到了左半平面的指定位置,系统小干扰稳定性得到显著改善。因此,应用广义相位补偿法在接入双馈风机的电力系统中进行PSS设计,对提高系统小干扰稳定性是可行、有效的。     

双馈风力发电机励磁系统的研究与设计

在分析现有变速恒频双馈风力发电励磁控制系统的基础上,提出了一种基于单神经元自适应PID算法的双馈励磁控制方案,可根据风速的变化调节双馈发电机的励磁,使发电机输出恒定.在额定风速以下,获得最大风能利用系数;在额定风速以上,保证发电机输出功率恒定.该控制方案简化了系统硬件结构,提高了系统稳定性和抗干扰能力,并具有扩展性强的特点.     

双馈变速风电机组频率控制的仿真研究

双馈变速风电机组采用双脉宽调制（PWM）变流器实现电磁与机械的解耦控制,这也使得双馈变速风电机组对系统频率变化的响应降低。文中以双馈变速风电机组模型为基础,根据双馈变速风电机组控制特点和控制过程,在电力系统仿真软件DIgSILENT/PowerFactory中增加了频率控制环节,在系统频率变化时,双馈变速风电机组通过释放或者吸收转子中的一部分动能,相应增加或者减少有功出力,实现了风电机组的频率控制。仿真结果证明了频率控制环节的有效性和实用性,并证明了通过增加附加频率控制环节,风电场能够在一定程度上参与系统频率调整。     

电网电压骤升故障下双馈风力发电机变阻尼控制策略

双馈风力发电机在电网电压跌落情况下的不间断运行已成为当前研究热点,而电网电压骤升对双馈风力发电系统的运行也构成了威胁。为研究双馈风力发电机的高电压穿越特性及其控制策略,分析了电网电压骤升激起的双馈感应发电机的电磁过渡过程。针对不同转速和电网电压骤升幅度对系统的影响,提出一种基于变阻尼的转子励磁控制策略,减小了故障情况下...