并网双馈感应风电机组的轴系扭转特性研究

风力发电机作为结构复杂的电气设备,通常运行在恶劣的自然环境中。鉴于风电机组内部用于连接关键部件的传动轴刚度有限,来自风速的随机变化和电网故障的扰动,会对机组各部分的动态响应造成重要影响,将直接影响风电机组和并网系统的稳定运行。本文通过搭建机械传动链的三质块等效模型,分析了机组各部分处于风速扰动和电网故障时的动态响应,机组关键参数变化对稳定性的影响,以及机组可能出现的振荡模式及扭转特性。该研究结果对于风电机组的设计、稳定运行及使用寿命的提高,具有重要的指导意义。     

双馈风电机组轴系扭振的稳定与控制

在侧重研究双馈风电机组与电网的动态作用时,双馈风电机组轴系可用等效两质量块模型表示。在外界扰动下,轴系动态以振荡方式呈现,并反映在输出功率上,由于这一振荡频率接近电力系统低频振荡,因此会对同步机组的功角稳定产生影响;不仅如此,轴系振荡还会影响双馈风电机组自身的稳定性以及使用寿命。本文首先采用小信号分析方法,对有功控制回路进行电气阻尼特性分析,得出双馈风电机组在最大功率跟踪控制下的负电气阻尼特性,不利于轴系稳定;随后,提出一种轴系镇定器,包含电气阻尼和电气刚度两个回路,增加电气阻尼可以使轴系振荡得到有效抑制,对双馈风电机组和电力系统的稳定有利;增加电气刚度,等效加强了轴系的耦合强度,可有效抑制转速振荡的幅值,有益于延长机组寿命。     

改善电力系统阻尼特性的双馈风电机组控制策略

为了增强含有大型风电场的电力系统的机电阻尼,提出了一种新型双馈风电机组的附加阻尼控制策略的设计方法。首先,提出了风电场动态频率特性的概念,推导了动态频率特性的计算公式;然后,基于动态频率特性的概念,证明了风电场对其接入的电力系统产生纯阻尼作用的相位条件和幅值条件,基于这一条件,在传统双闭环控制结构的基础上设计了附加阻尼...     

并网双馈风力机感应发电机效应研究

中国大型风电场的建立,使得大容量风功率需交流输电系统远距离输送。风力机通过含串联电容补偿的交流输电系统外送功率时,可能诱发感应发电机效应(Induction Generator Effect,IGE),威胁系统的安全稳定运行。建立了双馈风力发电系统模型,从理论角度分析了影响感应发电机效应的因素;采用复转矩系数法,计算了串补度、输电线路电阻及风速变化时,系统的电气阻尼,最后进行了时域仿真验证。研究结果表明,串补度的增大、风速的减小及输电线路电阻的减小可以增大系统的电气负阻尼。当系统等效电气负阻尼大于定子和输电系统等效正阻尼之和时,将导致输出功率发散振荡,即产生感应发电机效应。     

励磁控制引起的双馈风电机组轴系扭振机理

从电磁转矩观点出发,证明了双闭环比例积分(PI)调节参数和前馈补偿参数是影响电磁转矩性质的2个关键因素.由于PI调节器积分常数取值的不同,在励磁调节器框图上从q轴励磁电压参考点到有功功率点之间的相位差可能在大范围内变化,这是影响阻尼转矩的因素之一.另一个影响因素是前馈补偿项参数——定、转子绕组间互感系数,由于设计控制器时所使用的该互感系数很难保证就是电机的实际参数,故存在误差,误差的正负性和大小对阻尼转矩的方向和大小有直接影响.上述2个独立因素可组合为4种情形,文中研究了各种情形下电磁转矩的阻尼性质,其中有2种情形将产生电气负阻尼,会导致轴系扭振.最后,通过时域和频域相互校验的仿真手段验证了机理分析的正确性.     

双馈感应发电机准同期并网技术的研究

作为主流风力发电技术,双馈感应发电机具有变速恒频运行,优越的暂、稳态运行性能及相对较小的励磁容量等特点.随着风电机组单机容量的增大,其并网问题越来越受到人们的重视.结合双馈感应发电机并网运行的特点,模拟传统同步发电机准同期并网方法,对现有基于矢量控制的双馈感应风力发电机功率控制策略进行了适当修改.新方法在实现发电机组快速、安全并入电网的同时,简化了控制器的硬件和软件复杂性.为验证改进的准同期并网控制原理的正确性,建立了双馈感应风力发电系统MW级仿真模型及15 kW试验机组.仿真与试验研究验证了准同期并网技术的正确性和町行性,从而为该技术的工程实际运用奠定了相应的理论基础.     

双馈型风电系统变流器控制参数对振荡模态的影响

研究双馈型风力发电系统变流器控制参数对振荡模态的影响。在MATLAB/Simulink中建立系统详细的小信号模型,利用特征值分析和相关因子分析,对机网相互作用振荡模态进行辨识和分类。通过改变变流器控制参数,研究振荡模态的变化特性。最后,在MATLAB/Simulink上进行仿真验证。研究表明,优化变流器控制参数,可有效抑制振荡。     

双馈感应发电机空载并网的高阶滑模控制策略

围绕双馈感应发电机（DFIG）空载并网问题,将基于矢量控制的电网电压定向技术应用于双馈风力发电的并网发电上,提出一种基于电网电压定向的高阶滑模控制的空载并网控制策略。从分析DFIG的运行特性入手,研究了空载并网控制原理,基于DFIG的空载数学模型,提出了具有鲁棒性的高阶滑模空载并网控制器。对DFIG并网前后的整个过程进行了仿真研究,仿真结果表明,所提出的策略是一种较理想的空载并网方式。     

电网谐波条件下双馈感应风电系统改进控制

为提高电网谐波条件下双馈感应发电机DFIG(doubly-fed induction generator)的安全稳定运行性能及系统并网电能质量,利用基于串联网侧变换器的双馈风电系统具有定子机端电压灵活可控的特性,在对含有5、7次谐波电网电压条件下该系统运行行为分析的基础上提出了电网谐波条件下适用于该系统的改进控制策略;在实现发电机电流无畸变,且其输出功率、电磁转矩无波动的同时,亦可实现系统输出功率无6倍频波动或输出电流无畸变2种可选的运行功能;最后,对1台2 MW基于串联网侧变换器的DFIG系统在电网谐波条件下的仿真分析,验证了所提改进控制策略的有效性。     

双馈风力发电系统双PWM变换器控制技术

结合双馈感应发电机(DFIG)的数学模型,分别根据网侧变换器和转子侧变换器的控制目标对其单独进行SVPWM双闭环控制。提出控制系统中二阶PI调节器的参数优化设计方法,从而加快控制系统的响应速度,实现最大风能追踪,使DFIG能够在次同步、同步和超同步状态下进行快速、平稳过渡。最后根据优化设计后的参数对整个系统进行仿真研究,证明了该控制系统的快速性和可靠性。     

电网故障下双馈感应式风力发电系统的无功功率控制策略

双馈感应式风力发电机已逐步成为风力发电的主流机型,通常情况下双馈感应式发电机组采用单位功率因数运行的无功功率控制策略。电网发生故障后会导致发电机端电压下降,此时传统的单位功率因数运行方式可能无法保持系统稳定运行,需要风力发电场向系统提供无功功率以帮助系统恢复稳定运行。文中以一座由双馈感应式风力发电机组成的9 MW风电场为例,在电网电压下降为正常水平15%的情况下,分别对保持单位功率因数运行和利用网侧变换器进行无 功补偿的控制策略进行了仿真分析,仿真结果表明,故障清除后通过双馈感应式风力发电机的网侧变换器对电网进行无功支撑可以明显增强系统恢复稳定运行的能力。     

采用双馈机组的风电场无功功率控制技术

通过对双馈异步发电机的无功功率极限和定子输出无功功率对电机损耗影响的详细分析,提出了双馈机组无功功率参考值的2种确定方法。在此基础上,采用发电机并联的方式,构建了精确的风电场模型,并给出了风电场的无功功率分配方案。最后对一台1.5 MW的商用双馈机组和由4台机组组成的6MW风电场进行了仿真分析。仿真结果验证了理论分析和所提策略的正确性和有效性。     

变桨距型双馈风电机组并网控制及建模仿真

变桨距型双馈风电机组在并网过程中,转子励磁控制虽然具有良好的定子电压调节效果,但是对转子转速缺乏控制。针对该问题提出了结合变桨距系统调整转子转速,共同完成并网的方案。由于双馈发电机并网前后的控制策略不同,分析了控制系统间无扰切换的方法。采用分开建模、分时仿真的思路建立了风电机组模型,实现了风机并网全过程仿真,研究结果证明了本文所提方案的有效性。     

双馈风力发电机及其运行方式的研究

论述发展风力发电的重要性,分析了变速恒频风力发电技术发展的必然性.根据变速恒频发电技术的实现方法,选择了双馈风力发电机,详细介绍了双馈风力发电机运行方式,并对风力发电技术做了前景展望.     

不平衡电网电压下双馈风力发电系统的比例–积分–谐振并网控制

提出双馈发电机(doubly-fed induction generator,DFIG)的比例–积分–谐振(proportional integral resonant,PIR)并网控制方法,以实现电网电压不平衡工况下 DFIG 风力发电系统的并网控制.并网控制器由同步旋转坐标系中的比例–积分控制器和谐振控制器组成,比例积分控制器控制定子 d-q轴电压的直流分量,谐振控制器控制定子 d-q 轴电压的交流分量,使其分别实现对电网 d-q 轴电压直流、交流分量的精确跟踪.该比例–积分–谐振并网控制策略具有无需采用正负序分离算法,无需设计负序控制器等优点.仿真结果表明,该并网控制策略在电网电压平衡和不平衡条件下,均可控制DFIG 定子电压实现对电网电压的精确跟踪.     

双馈异步风力发电机组联网运行建模及其无功静态调节能力研究

受风速变动、电网运行方式变化等诸多因素影响,风电机组接入点电压有时波动很大.双馈异步风电机组通常采用功率因数cos? =1的恒定功率因数控制,而没有根据所接入电网运行要求来发挥其自身的无功调控潜能.本文建立了双馈异步风电机组的动态模型,以双馈异步发电机容量为约束条件,导出了双馈异步风电机组在不同风速下的无功功率调控能力,构建了面向接入点电压运行要求的风电机组无功功率调控策略,利用"电力系统综合分析程序"(PSASP)分析了某4.93万kW实际风电场采用所构建的无功控制策略抑制风速变化、电网运行方式变化等对接入点电压扰动的效果,仿真结果验证了所提出控制方法的有效性.     

双馈风电机组有功-无功混合调制阻尼控制

目前风电机组系统级阻尼控制中均采用单一有功调制或无功调制,无法兼顾系统阻尼和轴系振荡阻尼。为解决上述问题,针对双馈风电机组提出了有功-无功混合调制阻尼控制器,并提出了序贯优化算法设计阻尼控制器参数,通过特征值分析和时域仿真验证了该控制器在风电机组不同运行模式下的有效性和鲁棒性。结果表明,相比于单一调制,混合调制更能充分利用双馈风电机组转子侧变换器的阻尼控制能力,同时最小化对风电机组本身轴系振荡阻尼的不利影响。     

变速恒频双馈风力发电系统及其发展趋势

分析了变速恒频双馈风力发电系统的工作原理。结合风力机特性和双馈发电机特性,说明了变速恒频运行方式下的最优风能捕获策略,并介绍了风力发电系统的滑模变结构控制、自适应控制、鲁棒控制和人工神经网络控制。总结了变速恒频风力发电系统的发展趋势。