直驱永磁风电机组虚拟惯量控制对系统小干扰稳定性影响分析

虚拟惯量控制方式下,直驱永磁风力发电机组(DDPMSG)能够为电力系统提供较好的频率支撑,但虚拟惯量控制使DDPMSG与系统之间产生了新的耦合关系,给系统的小干扰稳定带来新的影响。建立了包含DDPMSG的风电并网系统状态空间平均模型,并通过线性化得到其小信号模型。基于该小信号模型,利用特征分析法分析了虚拟惯量控制的比例系数和微分系数对风电并网系统的小干扰稳定性的影响,同时对比分析了虚拟惯量控制及最大功率跟踪控制对系统小干扰稳定的影响。结果表明虚拟惯量控制对系统阻尼特性的影响与DDPMSG接入系统的位置及容量有关,且主要影响其所接入区域的局部振荡模式和系统的区域振荡模式。     

直驱永磁风电机组的小干扰稳定性分析研究

在直驱永磁风电机组的数学模型基础上,推导了简单风电系统的小干扰稳定分析模型,利用特征值法分析了简单风电系统的小干扰稳定性、系统的振荡模态以及系统的阻尼特性。最后在Matlab／Simulink仿真平台上搭建了简单风电系统的模型,通过仿真对特征值分析法进行验证。分析表明本文的直驱永磁风电系统是小干扰稳定的。     

虚拟惯量控制对直驱风电机组载荷影响的分析及评估

针对虚拟惯量控制诱发风电机组机械载荷的问题,开展虚拟惯量控制对采用直驱永磁同步发电机（D-PMSG）的风电机组载荷影响的理论分析和仿真评估研究。从叶片、塔筒等机械结构低阶模态出发,建立虚拟惯量控制下D-PMSG线性化多体动力学模型,并通过线性化多体动力学模型分析虚拟惯量控制对机组载荷的影响机理。采用软件联合建模方法,构建涵盖永磁同步电机及其控制、电网、机械和气动特性等的D-PMSG非线性机电耦合模型。依据冲击载荷最大值、最大变化幅度百分比及等值疲劳载荷等指标,通过所建立的非线性机电耦合模型仿真分析并量化评估虚拟惯量控制对机组冲击载荷和动态疲劳载荷的影响。结果表明,D-PMSG附加虚拟惯量控制后,电网侧频率突变会使得传动轴和塔底侧向出现显著冲击载荷,且其随虚拟惯量时间常数增大而增大,在湍流风运行工况下机组传动轴和塔底侧向等值疲劳载荷较无附加虚拟惯量控制均有所减小。     

双馈风电机组虚拟惯量控制对系统小干扰稳定性的影响

含虚拟惯量控制的双馈风电机组与电力系统的动力学特性存在耦合关系,而锁相环的跟踪能力将直接影响虚拟惯量的控制输入量,因此,考虑虚拟惯量控制的双馈风电机组在锁相环作用下,对系统小干扰稳定性的影响成为亟需解决的问题。首先,计及双馈风电机组的转子电压、锁相环、虚拟惯量控制、转子侧变频器、风电机组机械部分等暂态特性,建立了考虑锁相环与虚拟惯量控制的双馈风电机组并网的互联系统小干扰模型。在此基础上,考虑到锁相环与虚拟惯量控制均会影响同步发电机振荡模态,采用解析的方法从机理上揭示了二者共同作用下系统的小干扰稳定性,即对于含虚拟惯量控制的双馈风电机组,锁相环主要通过影响虚拟惯量对系统的参与程度进而影响系统阻尼:锁相环比例—积分(PI)参数越小,虚拟惯量控制状态变量对区间振荡模态的参与因子越小,机电振荡模态阻尼比越大,这与不含虚拟惯量控制的双馈风电机组中锁相环对系统阻尼特性的影响相反。仿真结果验证了所建模型的合理性与分析结果的正确性。     

基于VSG的永磁直驱风电机组惯量支撑控制策略

风电并网容量比重不断加大,减弱了系统的调频能力与惯量支撑能力,电网失稳日益严重。针对这些问题提出了基于虚拟同步机（VSG）的永磁直驱风电机组的控制方案。模仿同步机的功频控制特点,使系统具有惯量响应能力。风电机组经PWM变流器并网,在机侧变流器利用直流电压外环和电流内环控制,维持直流母线电压稳定,VSG从网侧变流器接入,通过设计有功频率和无功电压控制方案,对系统进行调频、调压。使用Matlab软件搭建模型,调整仿真参数,仿真结果表明,该控制方案使系统可以模拟同步发电机的惯量响应特性,能够有效地解决由于风速或者电网负荷改变引起的频率震荡问题。     

适应于弱电网的永磁直驱风电机组虚拟惯量协调控制策略

大规模的风电机组并网使电力系统面临惯量减小与调频能力不足的问题,而风机的虚拟惯量控制是解决这一问题的重要手段。当前,永磁直驱风电机组的虚拟惯量控制主要通过将电网频率引入其功率控制或转矩控制中,来实现风机对电网的功率支撑,风电机组仍采用锁相环实现与电网的同步。但在弱电网下,锁相环的动态性能将恶化,甚至会导致风机的失稳。为此,提出一种适应于弱电网的永磁直驱风电机组虚拟惯量协调控制策略,该控制策略可利用直流电容动态实现直驱风电机组网侧逆变器的并网自同步,从而使直驱风电机组无需经过锁相环并网并且能适应于弱电网运行。此外,该控制策略可利用存储于风机的旋转动能为电网提供虚拟惯量。详细讨论了相应的并网自同步机理及惯量模拟机理,并基于MATLAB/Simulink仿真验证了该协调控制策略的有效性。     

风电机组接入对系统小干扰稳定性的影响研究

针对大规模风电并网后系统小干扰稳定性的变化情况,通过简单系统算例仿真,详细分析了不同风电渗透功率水平下,分别采用固定转速风电机组、双馈感应风电机组和永磁同步直驱风电机组并网对系统阻尼特性的影响,并且通过实际系统仿真算例,验证了分析结果.结合定速风机、双馈风机和直驱风机的仿真结果进行对比分析,对考虑风机并网后系统动态特性因素的风电机组选型提出了建议.     

永磁直驱风电系统永磁同步发电机单位功率因数控制

使用永磁同步发电机(PMSG)的直驱风电系统目前发展得很快,选择合适的PMSG控制策略对系统性能非常重要.采用单位功率因数(UPF)控制方法对PMSG进行控制,可以降低永磁直驱风电系统变流器的功率等级,节省变流器容量;同时使用高精度增量式编码器对电机转速和相位进行测量.仿真和试验结果证明了UPF控制策略的有效性.     

永磁直驱风电系统永磁同步发电机单位功率因数控制

使用永磁同步发电机（PMSG）的直驱风电系统目前发展得很快,选择合适的PMSG控制策略对系统性能非常重要。采用单位功率因数（UPF）控制方法对PMSG进行控制,可以降低永磁直驱风电系统变流器的功率等级,节省变流器容量;同时使用高精度增量式编码器对电机转速和相位进行测量。仿真和试验结果证明了UPF控制策略的有效性。     

直驱型永磁风电机组并网控制系统的研究

对直驱型永磁风电机组并网控制系统工作结构与原理进行讨论,并研究变流器电机侧与电网侧的并网控制电路与控制策略。应用并联多变流器的方法,采取电网电压定向的电流、电压双闭环矢量控制模式,设计逆变并网控制。基于对交-直-交背靠背双PWM变流器的控制,运行软件仿真了690 V/2.5 MW直驱型永磁风电机组的变流器并网过程。实验结果表明,控制电路与策略正确有效,并网变流器能进行双向的能量传递,并且具有良好的静动态特性。     

并网永磁直驱式风电系统的模态分析

为研究永磁直驱风电系统（PMSG）并网后自身的稳定性问题,进行了并网风电系统的模态分析。建立了适用于系统小扰动稳定分析的PMSG风电系统模型,研究了并网风机无穷大系统的模式特性。采用特征值法分析了轴系模型、轴系刚性参数、运行点、并网距离对并网风电系统模式的影响。并在PSCAD/EMTDC上建立了相应的非线性模型,利用Prony方法对输出功率曲线进行模式识别,验证了模态分析结论。研究从模态分析的角度说明了轴系双质块建模的重要性,以及上述参数对并网PMSG稳定性影响的相关结论,结果有助于了解并网PMSG风电系统稳定性问题的本质。     

直驱永磁风力发电系统仿真与优化控制

分析了直驱永磁风力发电系统的基本原理及各模块的控制策略,在Matlab/Simulink中搭建风电系统及其控制器的仿真模型,仿真验证了模型的正确性。在发电机精确模型的基础上,忽略发电机定子暂态得到实用模型,并对两种模型的适用性进行讨论。仿真分析表明:当分析发电机本身的动态问题时,可采用精确模型;当进行并网计算时,实用模型和精确模型均可以准确描述。最后利用粒子群算法对直驱永磁风力发电系统中的控制器参数进行优化,提高了系统的动态特性,实验结果验证了该直驱永磁风力发电系统控制器参数优化方法的有效性和可行性。     

直驱式风电场对电力系统的暂态稳定性影响分析

为研究大容量直驱式风电场并入对电力系统暂态稳定性的影响,建立了风速、风力机、轴系、直驱永磁同步发电机、全功率变流器的数学模型;研究了变流器控制策略和桨距角控制策略;并搭建直驱式风电场并网的仿真模型.以风电场并网点电压为研究对象,用电压跌落深度、电压冲击幅值、暂态电压恢复时间三个指标,对风电场出口故障、风电场突然切出、在同一点发生三相短路故障时不同风电场容量及三相短路故障发生在线路不同位置时对系统暂态稳定性的影响进行了分析.仿真结果表明直驱式风电场具有一定的低电压穿越能力;风电场突然切出时,并网点电压有小额增幅;风电场接入会改善系统的暂态电压稳定性,但当容量增大到一定程度时系统稳定性下降;随着故障点与风电场电气距离的增大,系统的暂态电压稳定性逐渐改善.     

直驱永磁同步风电机组在全风速范围内的控制策略研究

为实现直驱式永磁同步风电机组在全风速范围内的高效、稳定运行,提出了一种基于最优转速给定的最大功率点跟踪控制策略与一种变桨距控制策略。当风速波动时,发电机转子转速的参考值将根据风电机组运行状态的不同选择不同的计算方式,使得风力机功率系数最大或稳定在额定转速不超速。而桨距角的大小将根据发电机的输出功率变化,当输出功率小于额定值时保持为0,大于额定值时增大使得输出功率稳定在额定值附近。最大功率点跟踪控制系统及桨距角控制系统都以发电机的输出功率大小作为控制方式的切换条件,无需复杂的切换规则。在Matlab/Simulink仿真平台上全风速范围内的风电机组的运行结果验证了所提出的控制策略的正确性与有效性。     

含双馈风电场的互联电力系统虚拟惯量与虚拟阻尼协调控制方法

风电场的大规模接入会同时降低互联电力系统的相对惯性和阻尼,虚拟同步发电机(VSG)技术能够有效支撑电网频率,目前对VSG技术虚拟阻尼方面的研究成果较少。为了更有效地利用VSG虚拟阻尼,进一步提升高风电渗透率电力系统的稳定性,推导了VSG控制器参数与虚拟惯量、虚拟阻尼之间的数学关系,针对VSG虚拟惯量与虚拟阻尼调节存在的矛盾,提出一种结合系统主导振荡模式在线辨识和粒子群优化算法的VSG控制器参数协调控制策略。最后通过含双馈风电场的两区域互联电力系统仿真模型验证了所提控制策略的有效性,仿真结果表明所提控制策略可实现系统频率稳定性和功率稳定性的综合优化。     

基于频率稳定性提升的虚拟惯性优化控制策略

基于传统一阶虚拟惯性的新能源逆变器并联弱电网时,其有功稳态和动态特性调节存在矛盾。首先,总结了基于各种改进结构虚拟惯性算法的新能源逆变器并、离网时的特性及存在问题。然后,针对此问题,以频率稳定性提升为目标,通过调整二阶虚拟惯性算法中一阶微分补偿环节和一阶惯性环节在功率外环前向通道的位置,提出了二阶虚拟惯性优化控制策略。最后搭建了一台100 kW新能源逆变器并网仿真平台,对理论分析结果进行仿真验证。理论分析与仿真结果表明,该算法在保证逆变器有功稳态特性和功率振荡抑制能力的同时,有效减小了动态响应初始阶段的频率变化率,提高了系统频率稳定性。     

TSMC直驱风力发电系统MPPT优化控制

以基于双级矩阵变换器(TSMC)的永磁同步风力发电系统为研究对象,阐述了最大风能追踪的原理,分析了TSMC直驱式风力发电系统的功率集成控制,提出了一种利用转子转动惯量功率实现最大风能追踪的控制算法。在传统功率控制算法中加入一个比例控制器,加快了系统捕获风能的速度。在Matlab中搭建了TSMC风力发电系统的仿真模型,仿真结果表明:新MPPT算法在风速突变时,加快了系统的动态响应;在风速不变时,保持系统的稳定运行,使系统能快速且准确地捕获风能。     

基于新型滑模观测器的永磁直驱风机控制

针对永磁同步电机高速运行的无传感器控制,结合滑模观测器对电机参数变化和测量具有很强鲁棒性且响应迅速的优点,引入连续的饱和函数,设计了防高频抖动的新型滑模观测器,并详细分析了基于转子磁场定向的矢量控制策略,建立了基于新型滑模观测器的永磁直驱风力发电机的无速度传感器矢量控制模型,并进行实验验证。实验结果表明,该控制系统不仅能准确估算风机转子的角度和位置信息,实现高性能的无传感器矢量控制,而且能够实现有功、无功功率的独立调节,具有良好的动静态性能。