变速风力发电系统统一功率控制策略研究

针对变速定桨风力发电机组,提出一种统一的全风速范围功率控制策略。该控制策略首先通过扰动观察最大功率跟踪控制方法找出机组的最佳功率运行关系,然后根据得出的最佳功率关系对机组实施功率反馈最大功率跟踪控制以提高跟踪速度。该方法不需要预知风轮的气动特性曲线,具有统一的最大功率控制性能。此外,针对高风速区限转速和限功率控制难的问题,该控制方法通过在高风速区降低机组的运行转速,迫使机组进入失速区运行,实现了机组恒功率软失速运行。在对所提出控制策略的工作原理进行详细分析后,通过实验室建立的风力机模拟系统,对采用不同参数的风轮构成的风力发电系统进行了实验研究,实验结果验证了本文提出方法的正确性和可行性。     

定桨距风力发电机组的主动失速控制

定桨距风力发电机组叶片与轮毂直接刚性相联,具有结构简单、可靠性高等优点,尤其适合于海上风电场.文中重新对定桨距机组进行了探讨,采用主动失速控制方法,限制机组在高风速时的气动功率.在介绍主动失速控制工作原理的基础上,分析了切出风速对机组年发电量的影响,指出针对不同平均风速的风电场,需要对机组的切出风速进行优化设计.随后,从主动失速控制的效果出发,对风力机的气动特性设计提出了要求,对定桨距风力机的优化设计有一定的指导意义.最后,建立了一台额定功率为1.5 MW的定桨距永磁直驱风力发电机组的仿真模型,仿真结果验证了主动失速控制的可行性.     

用STATCOM提高风电场暂态电压稳定性

研究了用STATCOM改善基于定转速风电机组和基于转子电阻可调的绕线式发电机风电场的暂态电压稳定性.分析了异步电机电压暂态稳定性的机理.在DIgSILENT/PowerFactory中建立了定转速风电机组及转子电阻可调风电机组的模型和静止同步补偿器(STATCOM)控制模型,通过包含风电场的电力系统仿真验证了STATCOM对基于定转速风电机组和带有可变转子电阻控制的风电机组风电场暂态电压稳定性的贡献.仿真结果表明,STATCOM能够有效地帮助风电场在电网发生故障后恢复电压,提高了风电场的故障穿越能力,确保风电机组连续运行及电网安全稳定.     

风电场机网扭振的小信号建模及仿真

风电场实际运行监测结果显示,机网扭振问题已严重制约了风电机组的使用年限。而相比于单个风电机组,多个相同风电机组组成的单一机型风电场的机网扭振会发生传递。实际风电场多采用不同机型的风电机组互补运行,机网扭振特性的变化更加复杂。先建立常见的失速、双馈、永磁直驱3种风电机组的单机小信号模型和对应的3种单一机型风电场模型,然后建立双馈?永磁直驱、失速?双馈和失速?永磁直驱3种混合机型风电场模型。通过模态分析法和相关因子分析了风电机组间的扭振传递作用,并总结出所有单一机型风电场和混合机型风电场的机网扭振特性。     

国内首次风电机组低电压穿越能力测试完成

2010年7月29日,美国穆格公司下属工业集团宣布,近日成功协助中国国电集团旗下的国电联合动力有限公司完成国内首次风电机组低电压穿越能力测试。通过测试风电机组位于吉林省长岭县国电双龙风电场一期,该风电场一期所有33套风机均配备满足低电压穿越要求的穆格变桨系统,这批变桨系统从安装之初已经稳定运行了6个月。     

风电机组变桨距控制

定桨距是指桨叶根部与轮毂采用刚性联接,即桨叶的安装角(或称节距角)固定。定桨距风电机组常采用双速发电机,当低于额定风速时,低转速的小电机运行,以追求最佳的风能利用效率;当高于额定风速时,桨叶的攻角会增大,同时产生较大的涡流,使风轮效率降低,发生失速,以限制发电机的输出功率。定桨     

基于模糊评价的风电场有功功率分配算法

按风速权重风电场有功功率分配算法存在有功功率输出波动大、桨距角频繁调节的问题,为此本文提出一种基于模糊评价的风电场有功功率分配算法。将风电机组限功率运行分为变速、变速变桨和变桨三个运行区,以风电机组的桨距角、转速和风速为输入,通过分区域模糊推理,得到风电机组的健康度和调节能力,最终采用按能力权重分配算法得到风电机组有功功率给定。仿真结果表明,基于模糊评价算法的风电场有功功率输出平滑,风电场机组转速变化和桨矩角变化都较小。     

风电场有功功率控制策略研究

风电场传统的有功功率分配以平均分配为主,未能充分考虑风电场内机组的运行信息。对此,提出了一种基于机组分类的有功功率控制策略,即根据风电机组的出力特性、运行状态和功率预测等情况对风电机组进行分类,按不同类型风电机组升降功率能力的不同,依次对每类机组进行控制,从而提高风电场有功功率输出的准确性和响应速度。通过仿真分析,所提风电场有功功率控制策略能够较好地协调风电场有功出力。     

定桨失速型风电机组在电网短路故障时的暂态分析

以WD750型定桨失速风力发电机组为研究对象,通过分析异步电机定子侧等效电路阻抗与转差的关系,给出了异步电机次暂态电抗的计算方法,并对该机组在电网故障时的暂态电流进行了理论计算和仿真实验。分析结果表明:定桨失速型风电机组在电网发生短路故障时的暂态电流短时非常大,峰值大约为额定电流的12倍左右,大约0.2s后衰减至零,并且理论计算的峰值比仿真结果略大。因此,风电机组中需加装Crowbar等保护电路以消除电网故障引起的暂态不利影响。     

基于运行数据和高斯过程回归的风电机组发电性能分析与监测

采用SCADA运行数据,结合风电机组的运行原理,详细分析了对发电性能有密切影响的因素,包括环境因素及机组各个子部件如变桨系统、偏航系统、控制系统的运行状态。采用适合风电机组运行数据强随机性和高噪声特点的高斯过程回归方法建立了发电性能模型。该模型表征了机组发电性能正常时风能利用系数与其影响因素之间的复杂关系,将实时运行数据作为发电性能模型输入,通过分析模型预测残差能够实时监测风电机组发电性能的异常变化。通过风电场实际运行数据仿真,验证了所提方法的可行性。     

风电机组变桨系统的研究

随着风电技术近几年快速的发展,风电机组的尺寸和容量也在不断地增大,变桨系统对风电机组的安全性和运行性能越来越重要。本文介绍了风电机组变桨系统的工作原理,分析了其运行工况和控制策略,研究了两种不同形式的变桨系统。     

金风S50／750型风力发电机组的失速特性分析

根据定浆距风力发电机的设计特点和能量传榆特性及机组在不同空气密度及风速下的运行状况。分析机组的失速特性及有效失速保护,并通过改变桨距角来调整叶轮的能量捕获,改善风力发电机组失速性能,使机组运行在可靠的安全范围之内。     

电网故障下含DFIG的风电场暂态电流特性分析

风电场故障特性是其保护整定与配置的重要依据之一。在阐述双馈风电机组数学模型构建过程的基础上,建立了双馈风电机组提供的短路电流表达式和风电场联络线接地故障短路电流表达式,量化分析了诸如Crowbar控制策略、风电机组并网数目、风电机组运行风速、无功补偿等因素对该短路电流的影响;进一步,在分析风电场主要保护配置及其特征的基础上,推导与分析了上述短路电流及其主要影响因素对风电场配置的主要保护的影响。最后,以新疆某1.5MW风电场为背景,基于PSCAD/EMTDC平台仿真验证了上述理论分析的正确性。     

风力发电机组防雷保护

随着风电机组单机容量和风电场规模的增大,风电场的安全运行问题日益受到重视。在影响风电场安全运行的诸多因素中,遭受雷击是一个重要方面。本文结合风电机组防雷的研究成果,对雷电的形成及危害、风电机组叶片、机舱、电控系统的防雷措施和接地技术进行了较全面的阐述。     

风力发电及其控制技术新进展

综述了风力发电技术态势,即单机容量大型化、海上风机、定桨矩向变桨、变速恒频、无齿轮箱（直驱式）、结构设计发展,以及风电场远程监控及无线网络技术应用;论述了风力发电系统结构,如定速、变速风力发电系统原理及特点;列举了机组状态监测系统、测量参数,以及系统构成及实施功能;介绍了风电机组功率控制策略,以及变桨距控制、偏航控制、发电机控制原理及技术特点;提出了风电机组低电压穿越技术措施,如转子旁路保护电路、转子旁路加定子侧电力电子开关的组合电路、改进变换器控制算法、定子侧有源保护电路等;最后,针对多端电压源换流器高压直流输电用于风电场并网,分析结果表明双馈风电机组等效模型能正常稳定工作,在逆变侧发生故障时能较快恢复,且控制效果明显。     

考虑变桨机组动态响应的风电场闭环有功控制方法

受参数与工况差异影响,风电场多机组间响应特性存在差异,难以同时完成功率参考值给定,降低了控制系统的稳态精度和动态特性。文中提出一种考虑变桨机组动态响应的风电场闭环有功控制方法,使得其能够在外部控制特性上达到或接近常规机组的水平。该方法从单机定功率控制响应特性出发,建立能反映外特性的降阶模型并验证模型精度;以风电场闭环最优动态响应为目标,综合考虑含多种不同类型风电机组的风电场运行状态与动态风速信息,并且基于降阶模型等效时间常数协调。最后,通过仿真验证了所提方法的正确性和有效性。     

风电不同外送输电系统低电压穿越特性研究

随着风电机组安装容量不断增加,风电场在电网故障情况下的暂态运行特性变得尤为重要。本文应用PSCAD软件建立了分别含有直驱永磁风电机组、双馈感应式风电机组的风电场动态模型,并研究了2种模型对电网暂态稳定性的影响。仿真分析了风电场-电网系统的传输线路上分别发生对称故障和不对称故障2种工况时,风电场中2种机组的低电压穿越能力以及在加装无功补偿装置后风电场低电压穿越能力。比较不同风电机组有功功率、无功功率和直流电压的特性,得出以下结论:双馈感应式风电机组虽然可以通过串联制动电阻提高低电压穿越能力,但在故障消除后电网电压的突变对双馈机有一定的影响,其对电网具有很强的依赖性;直驱永磁风电机组由于自身结构的特点,在电网故障时具有较好的运行特性,有利于优化电能质量。针对风电场不同机组采用无功补偿装置来提高故障时电网电压恢复能力,维持系统稳定运行。     

风电机组变桨减载一次调频模型及聚合方法

风电参与频率调节已经成为明确的趋势,因此在电力系统频率动态仿真中需要加入风电场的一次调频模型。风电机组通过变桨减载预留备用参与调频是风电调频的一种典型方式,针对该方式建立了风电机组的一次调频模型并提出了风电场调频模型的聚合建模方法。首先建立单风机变桨减载一次调频模型,保留风能捕获、转子动态、有功控制和桨距角控制等关键环节,忽略快速的变流器控制过程。然后提出了采用同型号风机的风电场调频模型聚合方法,考虑到风机运行工况和调频能力的差异,以保证聚合前后功率动态过程一致为目标,推导了调频模型参数的聚合等值方法,将多台风机聚合为一台等值机,使得等值机在调频过程中的输出功率尽可能等于各单机输出功率之和。仿真结果验证了所提方法的有效性。     

风电场风机失速引发的倒塔事故分析

某风场发生一起风机失速引发倒塔事故,事故的直接原因是风机维护消缺后未合上紧急变桨直流电源开关导致紧急收桨失败、风机失速、飞车。风机紧急变桨电源没有投入机组仍正常开机、维护人员违规操作、风机维护消缺管理不到位、运行维护人员的技术水平低等是事故发生的间接原因。本文在分析故障原因基础上,提出了相应的防范措施。     

电网故障下并网异步风电机组的暂态特性分析

研究了由笼型和双馈型异步风电机组组成的风电场并网后风电机组的暂态行为,并对比分析了在同一接入点接入不同比例容量的笼型异步发电机和双馈异步发电机时,外部三相短路故障对风力发电机组电压和转速的影响。提出了在双馈型风电机组中采用一种PI控制器,以提高风电场的稳定运行能力的方案。仿真结果表明,故障清除后,能有效地提高风电机组的稳定运行能力。该试验结果可为风电场的建设提供参考。