双馈风机的虚拟同步发电机控制技术研究

随着风电渗透率的逐渐提高,导致电力系统的转动惯量变小.通过虚拟同步发电机技术(Virtual synchronous generator-VSG)模拟传统同步发电机的外特性,对风电场进行惯量补偿.采用虚拟同步机控制策略的储能系统与风电场并联输出的接口特性模拟同步发电机的外特性,分析了在风速变化下协助风电场实现虚拟惯量控制,减小系统频率振荡的幅值,以及在负荷扰动时用于增大系统惯量实现频率调整的作用,最后讨论了虚拟同步机参数对系统稳定性的影响.通过Simulink建立了由风电场、储能系统和大电网组成的风储并网发电系统模型,仿真结果验证了建立的虚拟同步型双馈风机的适用性.     

考虑源荷特性的双馈风电机组动态减载协同调频控制

为使双馈风电机组(doubly fed induction generator, DFIG)的有功输出能响应电网频率的变化,有效参与电网频率调节,提高风电系统的稳定性,文中分析了虚拟惯性控制、下垂控制以及减载控制的基本原理,探究了相关参数对风电并网系统频率特性的影响。在此基础上,提出一种考虑系统源荷特性的动态减载协同调频控制策略。该策略结合源荷扰动情况实现减载率修正,通过MATLAB/SIMULINK仿真验证表明：当负荷波动时,该控制策略相较于固定减载调频使含风电系统在不同风速下的频率稳定性有了显著提高。     

计及需求侧资源主动响应的含风电互联系统负荷频率控制

我国正在构建以新能源为主体的新型电力系统,该系统相较于传统电力系统在电源侧和负荷侧具有双随机波动特性,挖掘并提升系统中灵活资源的主动响应能力是保障新型电力系统安全稳定运行的重要手段。本文以空调类需求侧资源为例,建立了计及需求侧资源主动响应的含风电互联系统负荷频率控制模型;并综合考虑系统电源侧和负荷侧的双随机特性,设计了可最大化需求侧主动响应能力的线性自抗扰控制策略;最后,以某区域电力系统为例,仿真测试了不同风电渗透率下风电场功率波动、负载扰动等多组场景下的控制效果,结果表明：所提策略显著提升了含风电互联系统的负荷频率控制性能,为大规模新能源电力并网提供了有力支撑。     

双馈风力发电机的一次调频控制

风电机组并网冲击导致系统惯性降低,双馈风机发电机可通过对励磁电流的控制改变电机转速,从而利用转子动能调节功率支撑,减小对电网的扰动.针对变速风电机组的综合调频问题,通过对风力发电机一次调频特性的分析,结合矢量控制调功、附加功率惯性控制和PI变桨控制技术,实现了双馈风机一次调频组合控制,基于Matlab搭建了双馈风机发电系统仿真模型,仿真结果显示所采用的组合控制方案能对系统提供功率支撑,提高了系统频率稳定性.     

附加转速优化虚拟惯性控制的双馈风机一次调频研究

双馈风机由于自身运行特性,不再具备同步发电机所具有的惯性响应能力,导致双馈风电机组大规模并网后,减弱电力系统中惯性响应能力,系统发生功率扰动后,不足以维持频率在规定范围内变动,对电力系统稳定运行产生不良影响。首先分析电力系统引入风电机组后,风机对电力系统的影响;提出双馈风电机组附加转速优化虚拟惯性控制策略,在传统虚拟惯性控制中添加转速优化模块,并与转子转速控制相结合,使风机转子释放或吸收能量更多且平缓,减少对电网的冲击,并在该控制策略中加入转子转速保护模块,防止转子转速过低或过高,从而导致风机切出电网或对风机造成损伤,使双馈风机组具有与常规同步发电机同样的特性;最后在电网发生负荷突变情况下,引入附加转速优化虚拟惯性控制和综合控制进行仿真,验证所提出控制策略在电网等效惯性进一步降低时的有效性。     

考虑尾流效应的风电场建模以及随机潮流计算

采用变量变换法拟合了风速频率的三参数weibull分布函数,在风能分布的Jensen和Lissaman模型的基础上,结合风速的频率分布模型与风力发电机组的单机稳态模型,建立了大型并网运行风电场的综合模型.该模型同时考虑了尾流效应和风电场地形因素对不同位置风机风速的影响,得到了考虑以上因素时风电场的输出功率.在此基础上,应用蒙特卡罗法对风电场接入系统进行了随机潮流计算.最后,以40机的风电场为例建立了风电场模型,将此模型引入到IEEE14系统中,通过随机潮流计算得到系统节点电压的概率分布以及风电场输出功率的概率分布,分析了风电场并网运行对系统各节点电压的影响,从而为减小风电接入系统的电压波动提供参考.     

PSASP/UPI在异步风机潮流计算及风电接纳能力研究中的应用

根据异步风机的稳态潮流模型,在电力系统分析综合程序PSASP7.043中的用户程序接口(UPI)模块中,利用VC++6.0编写了异步风机的稳态潮流程序,通过动态链接库与PSASP连接,实现了含异步风机风电场的潮流计算;同时编写了用来研究静态电压稳定性及电力系统接纳风电能力的风电场P-V曲线的计算程序,实现了P-V曲线的快速求取。结果表明,在进行含异步风机风电场电力系统潮流计算时,风机内部功率损耗可以忽略不计,即风机输入的机械功率近似等于风机输出有功功率;通过P-V曲线的快速求取,可以快速地计算出电网中基于静态稳定下某一并网母线的风电穿透功率,从而节省了大量的计算时间,提高了计算准确度,为更深一步研究电网的风电接纳能力提供了依据。     

大规模风电接入送端系统后的风电场-负荷分段模型分析与计算

我国风电多集中、大规模分布于偏远网架薄弱的地区,风电高渗透率对系统调频的影响不容忽视,传统的频率响应模型无法满足系统调频的需求。该文介绍了适用于风电高渗透率地区的风电场-负荷频率响应模型,并采用某实际电网数据,将等值模型计算结果与PSASP全时域仿真结果进行了对比,验证了模型的有效性,为分析风电高渗透率地区的频率响应提供了一种可行的计算方法。     

漂浮式风电场的基础形式和发展趋势

阐述了海上风电场的分类,并对漂浮式风电场风电机组的浮式基础作了详细的介绍。随着风电开发技术的成熟,风机容量大型化、垂直轴风机的应用及建立非并网风电多元化应用系统将是以后漂浮式风电场发展的趋势。     

基于分频和自适应死区控制的火电机组一次调频策略

随着大规模的新能源并网，电力系统的频率稳定问题面临着巨大挑战。由于火电机组惯量更大，可以深度挖掘其一次调频的潜力，本文通过分频装置对一次调频系统的反馈信号进行分解得到不同频段的信号，对不同频段信号设置适当的频率死区区间，从而能够分频段对火电机组进行控制调节，进而改善提升火电机组的一次调频性能。为了研究机组分频控制对系统一次调频能力的影响，在仿真软件中搭建电力系统一次调频模型，在不同工作环境状况下的仿真结果表明分频控制能够有效地改善系统调频性能。，此外还引入了锅炉的协调控制系统模型，通过对锅炉主蒸汽压力的研究分析，验证了该策略在加强机组一次调频能力的同时，也提高了机组的稳定性。     

采用模糊规则的风机超速区 变参数综合惯性控制方法

对风机参与电力系统调频的控制策略进行研究,提出一种基于模糊规则的风机超速区变参数综合惯性控制方法.首先,分析风机传统综合惯性控制方法,针对电网频率的二次跌落问题,对风机超速状态下的惯性响应特性进行研究,使风机具有更好的转速恢复能力;然后,针对风机实际运行状态与惯性控制系统参数间的动态匹配问题,以频率差值和频率变化率为考量标准,制定模糊规则,实现风机惯性控制更优的动态响应,并进一步减小电网频率的二次跌落.仿真实验表明:文中方法具有可行性和有效性.     

液压能量调节型风力发电机组储能发电的恒频控制

为了消除风能波动性和间歇性对电网平稳运行的冲击影响,实现风轮捕获能量的储存与调节,将储能系统引入到液压型风力发电机组的泵控马达闭式液压系统中,利用AMESim软件建立了无风时独立依靠储能系统储存液压能驱动马达旋转的数学模型.针对这种新型液压风力机液压系统的组成和工作原理,提出了一种恒压差+恒转速的双闭环马达恒转速控制策略以保证储能发电时发电机始终工作在同步转速.对比分析了在恒压差单闭环与恒压差+恒转速双闭环控制作用下系统各变量的响应曲线和变化趋势.仿真结果表明所设计的双闭环马达恒转速控制策略可以使马达转速稳定在1 500 r/min,满足储能单独发电时对输出电能频率的要求.     

双馈风力发电机组仿真装置研究

以某风电场2 MW风力发电机组为仿真对象,对风力发电机进行结构分析,并采用模块化建模方法分别建立风速模型、风机模型、传动模型、电机模型和控制模型,给出了相应的数学模型.在南京工程学院JSCC仿真支撑系统下,用Fortran语言编写了仿真算法并建立全范围风力发电机组仿真模型.根据该风电场典型工况进行模拟计算,模拟风速从8 m/s至20 m/s变化时风电机组系统的变化动态特性,模拟结果表明所建立仿真模型能够反应实际机组的动态特性,系统能够满足风电场运行人员培训及风电系统优化等要求.     

用BP网进行变速风力发电机组控制分析

传统的控制需要精确的风力发电机的数学模型,而因为空气动力学的不确定性和电力电子的复杂性,使风力机系统精确模型难以建立,特别是在风速突变以及有扰动存在时,风力机的控制和分析很复杂;为了克服这一困难,用神经网对变速风力发电机组进行控制;设计功率系数曲线的BP网模型及最佳桨距角的BP网模型,在低风速时跟随风速获得最大功率系数,高风速时保持功率最大并在允许范围内.在MATLAB环境下给出了用BP网对变速风力发电机控制的仿真模型和仿真结果,显示采用神经网控制器控制有很好的抗风速突然波动的作用,能有效地抑制扰动.     

含变速恒频风电机组的电网运行特性仿真

风力发电机组的输出功率会随着风速变化而变化,对系统的稳定性和可靠性造成一定的影响。本文通过Simulink模块来搭建风力发电机组各部件系统的仿真模型,并将搭建的风力发电机模型与电网模型进行并网运行仿真。研究了不同风速下风力发电机组并网对电网的影响,以及不同故障下风力发电机对电网运行稳定性的影响。结果表明：当风力发电机组在高风速和低风速下运行时,风力发电机组输出的无功功率、有功功率都远小于在额定风速下的,从而造成不小的功率缺额,对电网系统电压幅值的稳定和维持整个电网系统频率的恒定有重要影响。通过对比发现,对稳定性影响程度最大的是三相短路故障,其次的是系统发生两相接地短路故障,接着是发生两相相间短路故障,其中故障后对电力系统稳定性影响程度最小的是发生单相接地短路故障。     

基于高阶滑模观测器的风机改进反演滑模控制

针对风电机组风速波动幅度大、发电机转矩抖振大、功率无法平滑输出等问题,同时考虑风电机组中部分状态参数难以准确测量的问题,设计一种基于高阶滑模观测器的改进反演滑模控制策略。通过在反演设计中引进积分项来实现系统的有效控制和全局调节。采用高阶滑模观测器来实现时估计系统的状态,避免了直接测量会引入高频噪声的问题,使系统在外界扰动干扰的情况下具有较强的鲁棒性。为了验证算法的优越性在MATLAB中进行控制器仿真实验。最后通过仿真证明了所提方法的正确性,可行性。     

基于直流发电机的风力发电系统及其控制策略

针对风力发电系统的特点,结合直流发电机的特性,提出了基于直流发电机的风力发电系统.从理论上分析了该系统的可行性及其优点,重点对其控制策略进行研究,在动模实验室内建立基于直流发电机的风力发电系统的模拟系统,以直流电动机作原动机,调节直流电动机的转速,模拟风速变化引起的风力机转速的变化,并通过试验验证了该系统的可行性.     

试论风电系统中的电压波动及抑制措施

针对风电系统中电压波动的问题,分析了风电系统中电压波动的产生机理,指出风速的变化、临近风电场的电网结构、风力发电机类型等是影响风电系统中电压波动的主要因素;提出了几种抑制措施,即优化电网结构、提高风电场风速等。     

基于PID控制器的超导储能装置抑制风速和故障扰动下风电场功率波动

因风速的随机性和间断性会给电网带来不稳定因素．为了降低风电场并网对系统稳定的影响．首先建立双馈感应风力发电机和超导储能装置的数学模型;然后合理设计功率解耦的比例-积分-微分超导磁储能控制器抑制功率波动,从而平滑风电场的输出功率;最后基于Matlab中Simulink．对含6台单机容量为1500kw的双馈感应风力发电机组成的风电场进行仿真研究．仿真结果表明,该控制策略的超导储能装置能够降低四分法风速和单相短路接地故障对电网电压的冲击．     

并网双馈风力发电机组整机建模与仿真

为了充分地研究风速波动、风向变化和电网扰动等外部激励对于并网双馈异步风力发电机组影响,利用Simpack与Matlab/Simulink软件为仿真平台,搭建了某MW级风力发电机组联合仿真模型,并结合风电机组在实际运行中的控制策略,对各外部激励与机械系统之间的相互作用关系进行了深入的研究。通过在湍流风条件下的时域计算结果,分析了齿轮副动态啮合力,并求解了在不同外部激励作用下,塔筒产生的振动响应。研究结果为风力机可靠性设计和动态性能优化奠定了基础。