基于功率耦合的双馈风机并网系统同步控制技术

双馈风机处于虚拟同步运行时与同步发电机的功率耦合关系是合理设计控制参数、降低附加运行风险的关键。建立双馈风机并网系统的动态模型,分析处于虚拟同步运行时的双馈风机与同步发电机之间的功率耦合关系。分析风机同步并网耦合关系及控制参数对稳定性的影响,并引入耦合系数。基于此,提出基于功率耦合的双馈风机同步并网优化控制策略,通过动态调整风机虚拟惯量使双馈风机同步并网系统处于稳定运行区域,从而降低运行风险。最后,通过搭建双馈风机同步并网仿真系统验证了风电机组能够根据系统运行状态的动态变化提供虚拟惯量响应,从而为并网系统提供可靠的动态稳定支撑。     

虚拟同步双馈风机对同步机作用路径及低频振荡影响分析

针对具有虚拟同步控制的双馈感应发电机机对系统低频振荡产生影响的问题,基于虚拟同步双馈风机的内电势运动方程,通过建立两机系统的线性化模型,分析了虚拟同步双馈风机对同步机作用的路径和物理过程,并采用阻尼转矩法阐明了虚拟同步双馈风机对同步机低频振荡的影响机理,最后进行了仿真验证。仿真结果表明:虚拟同步双馈风机内电势的相位受同步机内电势相位和幅值的变化而变化,继而直接影响同步机有功功率,或通过影响同步机端电压幅值变化的支路间接影响同步机有功功率,它们是虚拟同步双馈风机影响同步机阻尼的主要途径,此外,增大虚拟惯性时间常数和阻尼系数可以改善同步机低频振荡的阻尼,而增大电压控制带宽则会使同步机低频振荡的阻尼恶化。     

撬棒投入对双馈风机电磁功率暂态特性影响

风电的装机容量在电网中所占比例不断增加,其电磁功率特性会对系统的稳定性产生影响。本文研究了故障期间撬棒投入对双馈风机电磁功率暂态特性的影响。以双馈风机数学模型为基础,推导了双馈风机电磁功率的表达式,分析了影响双馈风机电磁功率的相关因素。从理论上分析了撬棒投入后,与电磁功率相关因素的暂态特性变化及其对电磁功率产生的影响,并与不投入撬棒情况进行了对比分析。通过理论分析和仿真表明,在故障期间,投入撬棒使得双馈风机电磁功率输出具有很大的波动性,不能简单认为保持不变,这也为含撬棒的双馈风机对电网暂态稳定性的影响研究提供了基础。     

基于定子虚拟阻抗的双馈风电机组虚拟同步控制策略

随着可再生能源的渗透率越来越高,分布式电源面临多重挑战,虚拟同步发电机技术模拟同步发电机运行机制,成为有效解决方法之一。以双馈风电机组为研究对象,研究分析其虚拟同步控制策略,使双馈风电机组具有更大的惯性和频率支撑能力。内环采用改进型双馈风电机组定子电压、转子电流双闭环控制结构,并且建立定子电压控制模型及发电机输出阻抗模型。针对并网时功率存在的耦合问题,采用基于自适应的定子虚拟阻抗控制策略,实现了双馈风电机组并网功率的解耦。最后,通过实验验证了所提方法的有效性。     

基于等效功角同调的双馈风电场等值建模

首先以双馈风机数学模型为基础,推导了双馈风机电磁功率的表达式,分析了影响双馈风机电磁功率的相关因素,说明了以等效功角作为双馈风机同调识别观察量的合理性,即等效功角可表征不同工况及控制方式下双馈风机的动态特性,并定义了基于等效功角的双馈风机同调判断准则。其次,根据双馈风机的外特性,提出了功率聚合算法,即以双馈风机输出有功功率为权重求取等值机的等效内电势并确定等值母线及等值机参数;该方法有效解决聚类分群的复杂性和局限性,并提出了适合同调双馈机群母线化简方法。最后以实际南方电网中某地区风电场为例的仿真验证了所提模型具有合理性,聚合精度较高。     

同步耦合双馈风机的虚拟惯量优化控制技术

双馈风电机组在同步并网时虚拟出的可控惯性将显著影响电网的动态特性,仍须通过优化控制减少其附加运行风险,充分发挥其控制潜力。该文首先建立引入虚拟同步控制后的双馈风电机组的动态模型,并分析双馈风机与同步发电机之间建立的虚拟同步耦合关系。在此基础上,构建双馈风机同步并网系统的能量函数,基于同步并网耦合关系提出双馈风电机组的变惯量优化控制策略,并借助控制参数对系统稳定性的影响分析,设置虚拟惯量参数范围。最后,搭建双馈风机同步并网系统进行仿真验证,双馈风机的虚拟惯量需要在合理范围内通过变惯量优化才能为并网系统提供可靠的动态稳定支撑。     

计及双馈机组影响的同步发电机短路电流特征研究

针对电磁耦合作用下双馈风电机组可能造成的同步发电机故障输出变化,建立了同步发电机和双馈发电机组的数学模型并推导了短路电流的表达式,分析了双机系统中双馈风电机组影响下同步发电机短路电流的变化,采用Matlab/Simulink仿真分析了双馈机组影响下同步发电机短路电流的特征。仿真结果表明,在双馈风电机组影响下,同步发电机输出的短路电流呈现不同的特点,可能造成电网短路电流的变化,影响继电保护的正确动作。     

双馈风电机组电网背景谐波运行与谐波抑制策略研究

针对电网背景低次谐波引起的双馈风电机组定子电流畸变、功率及电磁转矩脉动,建立了能够反映电网5、7次谐波电压下双馈发电机的特征谐波模型,揭示了电网背景谐波电压对双馈发电机功率与电磁转矩脉动的影响机理。通过双馈发电机控制目标分析,提出了基于比例-积分-谐振(PIR)调节转子电流内环的双馈发电机双闭环控制策略,有效地消除了双馈风力发电机定子输出电流中的5、7次谐波和电磁转矩脉动。在Matlab/Simulink中建立了1.5 MW双馈风电机组仿真模型,实现了风电机组谐波运行与抑制的全过程仿真。利用电网谐波发生模拟装置,进行了双馈机组谐波运行与抑制现场试验,仿真与现场试验证明了理论分析的正确性与谐波抑制策略的有效性。     

双馈风力发电机三相短路电流分析

为了研究双馈风力发电机组的低电压穿越控制问题,分析了双馈风力发电机定子端三相短路时短路电流的产生机理,给出了双馈风力发电机在空载同步转速条件下的定转子短路电流的近似解析表达式.在此基础上,根据双馈风力发电机内部的电磁关系,分析了发电机故障前不同转速、输出有功功率及无功功率等运行状态对双馈发电机短路电流的影响.在理论分析的基础上,建立了3 MW双馈风力发电机的模型,对发电机定子端三相短路故障状态进行了仿真研究.仿真结果表明:通过定转子短路电流的近似解析表达式和发电机故障前的初始状态可以有效对双馈发电机短路电流进行定性分析,为进一步研究双馈风力发电机的低电压穿越能力提供了理论依据.     

限功率下双馈风机基于模型预测控制的一次调频策略研究

风力发电主要机型之一的双馈风力发电机(DFIG),其转子侧与系统频率端高度解耦,导致了双馈风机不能直接响应系统的频率变化。对此,提出了一种利用模型预测控制(MPC)进行综合惯性控制的策略,利用传统综合惯性控制中系统频率与补充功率的关系,将系统的频率与风机减载功率分别作为MPC预测值,通过滚动预测,在既定的减载量的条件下,让系统输出最利于系统频率稳定的功率。最后,搭建仿真平台验证了加入MPC后,能更好地响应中、低风速下系统频率的变化,提升风机参与一次调频的调频效果。     

双馈风力发电机斜率控制特性分析

针对并网运行双馈风力发电机斜率控制系统结构及控制特性进行了分析。考察了控制系统对周边电网的影响。并进行电压骤降下的机电暂态特性动态仿真分析,姑果表明：双馈风力发电机在电压骤降下能够维持稳定的功率输出,有功功率输出减小,无功功率输出增加,但在双馈风机在运行所允许的范围内变化;同时在定转子功率交换过程中直流电压能够保持恒定值,系统稳定运行;此外,在电压骤降消失后．风机能够调节有功功率和无功功率输出,在机纽允许的功率输出范围内恢复初始运行状态;最后,双馈风机的斜率控制器应该合理进行选取,斜率过大将造成系统的低频振荡。     

双馈风力发电机串补输电系统全运行区域的次同步特性分析

针对双馈风力发电机串补输电系统中出现的次同步谐振(subsychronous resonance,SSR)问题,现有研究多是针对风机处于最大功率跟踪运行区域的情况进行的,不够全面;风机还有恒转速运行区域和定功率等其它运行区域。对双馈风机全部运行区域进行了分析,以华北地区某风电场实际的风机参数及运行方式为原型,建立了双馈风机与无穷大系统的线性化模型和PSCAD仿真模型,进而利用特征值分析和时域仿真方法对双馈风机串补系统全运行区域的次同步特性进行了研究,得到了SSR稳定区。结果表明:在低风速条件下,风机无论运行于最大功率跟踪状态还是其他运行状态都会发生SSR现象;随着风速增大,风机稳定运行区域的面积逐渐增大。据此,对实际风电场的稳定运行提出建议。     

基于运行状态评估的双馈风机自适应虚拟同步发电机控制EI北大核心CSCD

双馈风机机械与电气解耦,使得接入电网总有效转动惯量降低,增加电网频率调节压力。分析了双馈风机通过虚拟同步发电机控制实现对系统频率响应技术,研究了双馈风机在调频过程中在不同运行工况下能量变化评估方法,提出基于机组状态评估的双馈风机自适应虚拟同步发电机控制。在理论研究基础上进行时域仿真,结果表明,基于运行状态评估的双馈风机自适应虚拟同步发电机控制在不同出力水平下可以对系统频率提供有效支撑,提高系统频率稳定性,同时调频过程中保证机组运行稳定。     

基于运行状态评估的双馈风机自适应虚拟同步发电机控制

双馈风机机械与电气解耦,使得接入电网总有效转动惯量降低,增加电网频率调节压力。分析了双馈风机通过虚拟同步发电机控制实现对系统频率响应技术,研究了双馈风机在调频过程中在不同运行工况下能量变化评估方法,提出基于机组状态评估的双馈风机自适应虚拟同步发电机控制。在理论研究基础上进行时域仿真,结果表明,基于运行状态评估的双馈风机自适应虚拟同步发电机控制在不同出力水平下可以对系统频率提供有效支撑,提高系统频率稳定性,同时调频过程中保证机组运行稳定。     

双馈异步发电机的工作原理及电磁设计

双馈异步发电机是结合了异步发电机和同步发电机优点的一种发电机。它在风力、水力等发电领域有广泛的应用前景。该文分析了双馈异步电机基本工作原理,给出了其电磁设计的特点,包括确定电机的计算功率及主要尺寸电机的电磁负荷及转子励磁电压等。     

基于稳态模型双馈异步风力发电机功率特性分析

双馈异步风力发电机的优势在于其灵活的有功无功调节特性,因此对功率特性的研究是双馈异步发电机研究中一项重要内容。此项研究的意义在于：为发电机本身的电磁设计提供理论依据;为控制系统功率特性控制提供方法和思路。本文以双馈异步风力发电机“T”形等效电路为模型,分析电磁功率特性,并与传统异步发电机做比较,指出其异同;根据能量守恒原则分析有功功率和无功功率特性,提出控制思路;对双馈异步风力发电机功率特性做仿真,以验证理论分析。     

双馈风电机组MPPT动态功率特性分析

为研究双馈风电机组DFIG最大功率跟踪MPPT动态特性,在Matlab/Simulink仿真平台上建立了功率信号反馈算法的风机MPPT控制模型。以矩形风速为例,理论推导了MPPT静态工作点的过度时间和风机输出能量的计算公式,通过仿真和理论分析了不同转子惯性对风电机组动态功率、转速、叶尖速比、风能利用效率的影响,结合转子动能阐述了双馈风电机组MPPT动态功率特性,指出风机惯性时间常数越大风能利用系数越低。最后比较了几种不同风速下的风机MPPT动态特性,结果表明,随机风的风机转速跟踪能力最差,阵风和渐进风的风机转速跟踪效果较好。     

湍流对风力发电机输出功率影响的研究

针对风电场中湍流对风能捕获和风力发电的影响,依据“湍流圆”模型、空气动力学模型与经典的湍流强度表达式,反向推导因湍流影响而导致风能捕获的损失.以双馈式感应发电机为例,对其并网功率输出与理论风机功率输出进行比较,分析湍流时风机功率输出曲线变化;利用风电场的实际湍流强度值,通过Fluent软件仿真风机运行情况,证明在湍流影...     

基于人工神经网络的海上风场双馈风机功率分配优化策略

针对海上风电场双馈发电机的功率调节方式和可调范围,以风电场线路损耗最小为优化目标,通过改进粒子群算法获得功率分配优化数据,并以此优化数据作为人工神经网络聚合模型的学习数据。以风电场出口电网侧有功、无功需求和各风机的风速作为人工神经网络的输入,将各双馈发电机直接功率控制的有功和无功参考值作为输出,搭建了某海上风电场34台3 MW双馈发电机构成的四层36-102-102-68节点人工神经网络聚合模型。仿真结果表明:所提出的人工神经网络聚合模型可用于模拟风电场双馈发电机最优功率分配,具有较高的拟合精度;同时通过比较不同算法,得出改进粒子群算法对减小线路损耗具有显著效果。     

不平衡电网电压下双馈发电机多目标模型预测控制

电网电压不平衡时,双馈感应发电机定、转子电流也会出现较大不平衡,使发电机有功功率、无功功率和电磁转矩发生振荡,危害机组运行。鉴于模型预测控制在大功率变流器中的优越性和多目标约束能力,基于有限集模型预测控制策略对电网电压不对称故障下的双馈发电机多目标控制进行研究。在两相静止坐标系上对双馈发电机建模,并建立其预测方程,以抑制不平衡故障下双馈发电机输出有功功率脉动、无功功率脉动和转矩脉动为目标,提出一种双馈发电机多目标控制策略,增强双馈发电机不平衡故障下稳定运行的能力,同时避免复杂的坐标变换和转子电流指令值计算。在理论分析的基础上,建立11kW的双馈发电机实验平台,通过仿真和实验结果验证该控制策略的有效性。