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。     

双馈风电机组中频谐波电流建模与分析

随着风电产业的快速发展与电力电子设备容量的不断提升,双馈风电机组得到了更多应用与装备,其引起的中频段(100~1 000Hz)谐波问题不容忽视。为准确反映双馈风电机组电机内部及其与电网之间谐波的相互影响,需建立可评估双馈风电机组定子侧输出中频谐波电流的等效谐波模型。采用典型矢量控制的双馈风电机组为研究对象,研究了电网背景谐波、脉宽调制死区对双馈风电机组定子侧中频谐波电流的影响机理,建立了包含电网背景谐波、脉宽调制死区并可评估双馈风电机组定子侧中频电流的数学模型。最后,通过3.0 MW双馈风电机组的仿真结果、计算结果和现场测试数据的对比,验证了所建立的双馈风电机组谐波模型的准确性。     

一种双馈风电机组网侧变流器抑制低次谐波的多环控制

针对电网电压低次谐波对双馈风电机组网侧变流器并网电流和直流母线电压造成的不良影响,提出了一种双馈风电机组网侧变流器抑制低次谐波的多环控制。该多环控制在双馈风电机组网侧变流器的电网电压定向矢量控制的电压、电流双闭环基础上增加了一个重复控制环路,抑制了网侧变流器并网电流和直流母线电压的低次谐波。通过MATLAB/Simulink仿真研究验证了所提双馈风电机组网侧变流器抑制低次谐波多环控制的有效性。     

基于实际风电场的双馈感应风电机组联网运行特性仿真分析

随着并网运行风电场数量逐年剧增,双馈感应风电机组作为广泛应用的主流机型之一,其联网运行特性对研究风电场与电网之间的交互作用具有重要作用。本文给出了双馈感应风电机组的数学模型,包括风力机模型、发电机模型和四象限变流器模型。以东北某实际风电场双馈感应风电机组为例,在PSCAD/EMTDC电力系统仿真平台上,搭建了双馈感应风电机组联网运行仿真系统,对双馈感应风电机组在不同工况下的联网运行特性进行了分析,揭示双馈感应风电机组联网运行特性,电气设备阻抗参数与外特性之间的内在关联关系。     

双馈风电机组短路电流对变压器保护二次谐波制动的影响

二次谐波制动是避免励磁涌流造成保护误动,从而保障电力变压器保护可靠动作的关键技术措施。为验证大规模双馈风电机组接入电网后对变压器二次谐波制动正常运行可能造成的影响,研究了电网对称故障下双馈风电机组短路电流的谐波特性。基于转子侧变流器控制对定子短路电流谐波特性的影响分析,解释短路电流二次谐波的产生机理并推导二次谐波的解析表达式,指出在变流器矢量控制下双馈风电机组产生的短路电流二次谐波可能威胁变压器二次谐波制动的可靠运行,并通过短路实验和时域仿真验证了分析的正确性。     

双馈风机等效惯性时间常数计算及转差率反馈惯量控制策略

通过对并网的双馈风电机组实施惯量控制可以使其在电网频率变化时提供有功功率短时支撑,以改善电网频率偏差。在分析双馈风电机组的数学模型及其控制策略的基础上,建立了含惯量控制的双馈风电机组的简化数学模型,通过计算等效惯性时间常数,对双馈风电机组惯量响应能力进行定量表征,提出将转差率控制应用于矢量控制框架的基于转差率反馈的双馈风电机组惯量控制方法。基于DIgSILENT搭建仿真模型,仿真对比分析表明:转差率反馈惯量控制环节能够在电网负荷波动时减小频率偏差,且转速恢复快,不造成频率的二次跌落。     

双馈风电机组低电压穿越能力的研究

随着风电机组容量的逐年增大,为减少大规模风电接入系统对电网的影响,对风电提出了新要求,即风电机组具有一定的低电压穿越能力。介绍了变速恒频双馈风电机组的基本结构,建立了双馈风电机组动态数学模型。以Matlab/Simulink为仿真平台搭建了系统仿真模型,结合风电场低电压穿越能力要求的规定,针对不同电网电压跌落的情况下,仿真研究了变速恒频风电机组的低电压穿越能力,结果表明：双馈风电机组在电网电压跌落时满足继续并网运行的条件,且为电网电压恢复提供了无功,提供的无功功率大小与电网电压跌落程度有关。     

双馈风电机组参与次同步振荡分析及抑制技术

近年来,随着风电机组装机容量不断扩大,风电机组的振荡问题也日益凸显。这里针对双馈风电机组(DFIG)参与系统次同步振荡进行了理论分析,双馈风机的次同步振荡类型为双馈电机并网控制参与的感应发电机效应。借鉴了常规同步机组的电力系统稳定器以及抑制高频谐振的有源阻尼策略提出了次同步虚拟电阻策略,以华北某大规模风电汇集区域发生双馈-串补次同步振荡为原型,搭建了风电机组并网等值仿真模型,在此基础上分别进行了电磁暂态时域仿真及半实物测试,测试结果表明,该策略可将次同步成分衰减为振荡时的10%以内,同时不会对机组的低电压穿越、电能质量、电网适应性等功能造成影响。     

双馈风电并网系统高频谐振机理及抑制策略

双馈风电机组并网时,由于机网相互作用可能会发生高频谐振,造成巨大的经济损失。针对该问题,首先,综合考虑机侧变流器和网侧变流器的影响,建立双馈风电机组的阻抗模型,并考虑风机接入电网时所采用的不同补偿方式建立双馈风电并网系统阻抗模型,通过绘制和分析阻抗频率响应曲线,揭示双馈风电并网系统高频谐振的产生机理;然后,借鉴光伏逆变器高频谐振抑制的思想,在机侧变流器和网侧变流器原有控制策略中附加阻尼控制环节进行阻抗重塑,以实现风电并网系统高频谐振的有效抑制;最后,通过仿真验证了所提策略的合理性与有效性。     

基于PSCAD/EMTDC的双馈型风电机组连锁脱网研究

随着大规模风电机组并网数量的不断增加,风电机组脱网问题成为威胁电网安全稳定运行的重要因素。分析了双馈感应风电机组单机运行特性,在电力系统仿真平台PSCAD/EMTDC中搭建了双馈型风电场群的两机仿真等值模型。通过仿真模拟机组连锁脱网过程,揭示了双馈型风电机组群的连锁脱网机理。     

无功与电压控制方式对双馈风机轴系的暂态稳定性影响

针对双馈风电场的不同控制策略对轴系暂态特性的影响,提出了基于PI控制的双馈风电机组转子侧的有功、无功、电压控制策略。搭建双馈风机系统等效二质量块数学模型。在Matlab/simulink搭建了某风电场的电力系统仿真模型,对无功、电压控制模式下轴系暂态运行工况进行仿真,验证了所提控制策略的正确性与有效性。     

基于变流器改进控制的双馈风电机组SSO抑制方法

针对双馈风电机组经串联补偿电网运行时发生的次同步振荡问题,建立了双馈风电机组统一导纳模型,并根据变流器控制特点,进一步研究了抑制次同步振荡的策略。基于d-q坐标系下双馈风电机组统一导纳模型,利用广义奈奎斯特判据分析了双馈风电串补输电系统次同步振荡的主要影响因素,研究了在转子侧变流器上采用定子电流扰动反馈,在网侧变流器上利用网侧变流器电流扰动反馈的附加阻尼控制策略。比较分析了在转子侧变流器和网侧变流器上同时附加阻尼控制对次同步振荡的抑制效果,结果表明同时附加阻尼控制在串补度较高的情况下也能抑制次同步振荡。最后,通过仿真验证了所建模型及理论分析的正确性。     

基于Matlab的双馈感应风电机组故障运行特性分析

随着我国风电大规模发展,装机规模不断扩大,单台风电机组的容量也不断在提高。在目前的兆瓦级的风电电机组中,变频恒速的双馈异步风电机组占有很大的份额,由于双馈式风电机组能够在恒功率因数下有功无功解耦控制,因此双馈式风电机组成为研究的热点。本文从电网的故障角度出发,探讨了双馈感应风电机组的控制策略,在Matlab上搭建了风电机组模型并进行了仿真,分析了在电网故障情况下机组的运行特性。     

基于阻抗频域灵敏度的双馈风电机组次同步振 荡抑制措施

随着风力发电技术的快速发展以及风电出力占比的持续增加,电力系统中出现了一种由风电机组与线路相互作用产生的新型次同步振荡现象。风电引发的次同步振荡不同于传统的次同步振荡,电力电子变换器参与了振荡的形成,其机理及抑制措施有待进一步的研究。针对双馈风电机组接入含串补电容系统引发的次同步振荡问题进行研究,首先建立了双馈风电系统的频域阻抗模型,然后引入阻抗频域灵敏度这一概念,分析了双馈风电机组控制参数对于系统次同步振荡的影响程度,并根据灵敏度分析结果提出了次同步振荡的抑制措施,最后通过时域仿真验证了所提抑制措施的有效性。     

基于PSCAD的双馈风电机组暂态等值模型研究

随着接入电网的风电场规模日益增大,电力系统暂态过程研究对风电场准确简洁建模的需求愈发迫切。本文研究了一种基于PSCAD仿真平台的降阶双馈风电机组等值模型。该等值模型保留了原双馈风电机组(DFIG)详细模型中的风力机模型、轴系模型以及发电机模型,同时采用两组独立可控电流源及其对应配套控制策略,替代了由电力电子装置构成、仿真计算资源需求大、精度要求高的背靠背PWM变流器组及配套控制系统。基于PSCAD的仿真分析对所搭建的双馈风电机组等值模型的基础控制特性、暂态响应特性,以及仿真计算效率进行了验证,证明了该模型既可以有效保持双馈风电机组的暂态响应特性,同时又大幅度提高了仿真计算效率。     

基于虚拟同步控制的双馈式风机组并网控制策略的仿真分析

针对双馈式风电机组经出口逆变器并网时缺乏惯性和阻尼会导致电网稳定性受到冲击的问题,首先简述了基于虚拟同步控制的双馈式风机整体控制策略;然后分别介绍了整体控制策略中的转子侧和网侧逆变器的控制策略,并搭建了含网侧虚拟同步控制的双馈式风机组模型;最终针对电网的故障工况及不同运行风速,通过MATLAB/Simulink对该模型进行仿真分析,与原始的双馈式风机模型仿真结果进行对比。验证了含网侧虚拟同步控制的双馈式风机比采用传统控制策略的双馈式风机组具有更优异的调节特性。     

励磁涌流对双馈式风力发电机组二次谐波特性的影响

大规模双馈风电机组并网使得电网的谐波特性与接入传统电源时大不相同。变压器空载合闸是电网产生谐波电流的常见场景,该场景下双馈风机的谐波特性尚未见具体分析。因此以风电场相邻变电站内变压器空载合闸为研究背景,从励磁涌流引起的并网点电压谐波畸变着手,通过定量分析变流器控制下风机定、转子磁链的暂态响应,揭示了励磁涌流影响下双馈风机二次谐波电流的产生机理。进一步分析了双馈风机二次谐波电流对变压器保护的影响,在此基础上提出通过在转子侧变流器控制环节附加陷波器滤除基频分量来实现二次谐波抑制,该方法对场景适用性较强,且实施起来相对简单可行。最后,利用时域仿真验证了理论分析的正确性及抑制措施的有效性。     

电网侧换流器无功功率控制改善双馈风电机组稳定性的研究

研究了改善双馈风电机组（DFIG）的并网风电场暂态稳定性的措施。目前现存的大部分双馈型变速风电机组并不具备故障穿越能力。在DIgSILENT/PowerFactory14.0中建立了具有暂态无功调节能力的变速风电机组电网侧换流器控制模型以及故障后桨距角控制模型,通过对并网风电场仿真分析验证了模型的有效性。仿真结果表明：当风电场电网侧发生短路故障情况下,双馈风电机组电网侧换流器能够产生一定的无功功率支持电网电压;桨距角控制能够降低风电机组的机械转矩,防止机组超速以及电压失稳。双馈风电机组的故障穿越能力得以实现。     

风电场中双馈风电机组之间的谐波干扰研究

目前,许多风电场中安装了大量的双馈异步风电机组,其中应用了大量的电力电子设备,不可避免地在工作过程中产生谐波.当双馈风电机组检修后重新并网时,与风电场中其他正处在不同工作状态的双馈风电机组之间会产生谐波干扰.为研究此问题,首先分析双馈风电机组在不同工作状态下的功率流动情况及造成双馈风电机组之间谐波干扰的原因;之后,在Matlab中根据瞬时无功理论对双馈风电机组之间产生谐波干扰的过程进行仿真,总结出相关规律,即在亚同步发电状态下的双馈风电机组与超同步发电状态下的双馈风电机组之间由于功率流动会造成谐波干扰,并且随着超同步发电状态下风电机组数量的增多,产生的谐波干扰也随之加剧.     

改进的配电网双馈风电场电压控制策略

结合双馈风电机组(doubly-fed induction generators,DFIG)的运行特点,提出了一种改进的适用于与配电网连接的双馈风电场的电压控制策略,其中既包括了传统的通过无功功率控制电网电压的方法,也包括电网负序电压的补偿控制策略。以双馈风电系统的功率关系为基础,给出双馈风电机组不同运行状态下的无功功率的计算方法,阐述双馈风电机组的无功功率控制方法及通过风电场无功功率控制电网电压的方法。针对电网电压不平衡的情况,给出通过双馈风电机组抑制电网负序电压影响的控制方法,分析了双馈机组的控制电网负序电压的限制条件和控制策略。由双馈风电机组构成的与配电网连接的风电场的仿真结果验证了所提出的电压控制策略的有效性,仿真结果表明这种电压控制方法可以有效地提高电网及风电场运行的稳定性。