风力并网发电系统

项目简介：官厅风力发电是北京奥运会绿色电力的重要组成部分,满足奥运场馆20％的用电。项目中全部采用1．5兆瓦直驱永磁风电机组。本机组采用多级同步永磁电机与叶轮直接连接进行驱动的方式,免去了齿轮箱这一高故障率的部件,使其具有传统风电机组所不具备的优势。该机组具有单机容量大、千瓦配套费用低、发电效率高等优势。1．5兆瓦风电机组采用先进的变速恒频直驱技术。     

直驱式永磁同步风力发电机不对称故障下的改进控制

在分析直驱式永磁同步风力发电机(permanent magnet synchronous generator,PMSG)全功率变换器功率特性基础上,推导了直流侧电压、并网电抗器功率及网侧输出功率之间的关系,提出了不对称故障下系统的改进控制策略,以实现该型机组的低电压穿越.该控制策略基于电网侧变换器、电机侧变换器功率平衡协调控制思想,将电网跌落信息反馈给电机侧变换器,实现两个变换器的协调控制;同时,在直流侧电压维持在安全范围内的前提下,采用弱控制,以一定的直流侧电压波动为代价,达到消除网侧有功功率2倍频波动的目的.仿真研究结果表明,基于功率平衡协调控制的改进控制策略可较好的实现直驱式永磁同步风力发电机的不对称故障穿越.     

含风电的电力系统动态频率分析

研究了风电接入某实际电力系统对系统动态频率产生的影响。通过建立直驱式永磁同步风电机组动态模型和含风电的实际电力系统模型,对含风电的电力系统动态频率进行了仿真分析。研究了风速扰动对系统动态频率的影响、风电渗透率上升对系统频率调节能力的影响以及风机脱网故障对系统动态频率的影响。在风机增加了基于虚拟惯性的频率控制系统,研究了具有调频系统的风电机组对系统动态频率的影响。研究结果表明大规模风电场的风速扰动将导致系统频率出现显著波动;随着系统风电渗透率的增加,系统的调频能力将明显下降;风电场在故障下的风机脱网事故将对系统动态频率造成严重影响。增加频率控制系统使风电机组具备了一定的调频能力,有效地抑制了扰动情况下的系统频率波动。     

基于模糊控制的永磁直驱风力发电机最大功率跟踪控制

针对永磁直驱风力发电机的输出功率难以稳定且快速地达到最大功率点的问题,提出了一种基于模糊控制的直驱式永磁同步风力发电机最大功率跟踪控制(maximum power point tracking,MPPT)策略。分析直驱式永磁同步发电机的工作特性和数学模型,进而阐述利用升压电路实现MPPT的原理与基础知识。以风电系统MPPT原理及模糊控制理论为基础,升压电路的本周期和上个周期占空比的差值、输出功率的差值作为模糊控制的输入,下个周期的升压电路占空比为输出。并根据所需预期控制效果推理模糊控制规则设计出一种适于永磁直驱风力发电机的模糊控制器,搭建包含MPPT的永磁直驱风力发电系统的Matlab/Simulink整体模型并仿真,结果证明该控制策略的可行性及优越性。     

基于模糊综合评价的海上直驱风电机组运行状态评估

直驱式技术正在成为海上风电机组传动系统采用的主流技术之一,对其运行状态的实时正确评估显得极为迫切。该文提出一种集成了相关系数法、劣化度分析法和模糊综合评判等多种方法的风电机组运行状态评价模型。采用客观赋权法中的相关系数法来计算指标权重;归一化指标参数采用劣化度分析法;利用多层次模糊综合评价法,自下而上、逐级地对风电机组各个子系统的运行状态进行评价。并对该评价模型进行实际直驱风机在线监测数据的应用分析,评价结果符合实际运行数据的分析。该文研究结果可为海上风电场直驱式风电机组日常运行维护的管理提供决策辅助,提高海上风电场运营效率。     

基于限幅环节动作时间的直驱永磁风电场等值建模

提出基于网侧控制器限幅环节动作时间分群的直驱永磁风电场动态等值建模新方法。分析了直驱永磁风电机组网侧控制器电流限幅环节动作特性的影响因素,指出网侧控制器限幅环节的动作特性主导了风电机组的动态。提出了基于稳态出力以及电压跌落程度的直驱永磁风电机组网侧控制器限幅环节动作时间的快速估算方法,进一步采用K-means方法将网侧控制器限幅环节动作时间相近的直驱永磁风电机组进行分群聚合。以某一风电场接入10机39节点系统为例,比较风电场分别采用详细模型和等值模型下的动态响应结果,以及风电场动态等值前后原系统的小干扰稳定性和暂态稳定性,证明了本文所提动态等值方法的有效性和可行性。     

混合风电场中双馈风电机组三相短路电流分析

近年来风力发电发展迅速,风电场逐渐形成了双馈风电机组和直驱风电机组混合运行的格局。由于双馈风电机组与直驱风电机组暂态特性的差异,直驱风电机组对双馈风电机组的短路电流可能产生影响,无法对混合风电场的短路电流进行准确计算。为此,针对双馈风电机组和直驱风电机组组成的混合风电场,建立了混合风电场故障工频等效电路,推导了不同机组影响下的双馈风电机组输出短路电流表达式。通过与单机双馈风电机组短路电流的对比,分析并总结了混合风电场中双馈风电机组短路电流的影响因素和变化规律。针对不同影响因素下双馈风电机组的短路电流,利用时域仿真进行了分析和验证,仿真结果证明了理论分析的正确性。     

直驱永磁风电机组输入输出特性拟合

运用曲线拟合方法,可拟合直驱永磁同步风电机组的输入输出特性.研究发现,理想条件下功率-风速的数值拟合精度高,而实际测量值拟合精度差,在高风速运行条件下,输入功率-机组转速和机组转速-输出功率的数值拟合精度高,而低风速运行条件下,拟合精度低.     

基于S能量熵的直驱式风电机组故障诊断方法

及时准确发现风机主轴故障,对直驱式风电机组安全经济运行具有重要意义。针对这一问题,该文提出一种基于S能量熵的直驱式风电机组轴承故障诊断方法。该方法利用广义S变换分析直驱式风机轴承振动信号的时频特性,使信号的主要能量在时频域分布更加集中,提高了信号的时频集聚性,并通过能量熵对广义S矩阵进行特征提取,构成故障分析向量,结合VPMCD方法建立故障诊断模型,对故障分析向量进行分析诊断。该文故障诊断方法对信号进行广义S变换,对变换结果采用能量熵提取特征,通过基于VPMCD方法的故障诊断模型判断运行状态。将该文方法应用于风电机组轴承故障诊断中,实验结果证明了该方法的可行性和有效性。     

双馈与直驱风电机组的小干扰稳定性对比分析

清洁能源在电力系统中的大规模利用,使得风电机组在电网中的占比日益扩大,其运行特性极大地影响电力系统的运行稳定性.本文分析了双馈变速与直驱同步风电机组的结构特点,建立了各个机组的降阶数学模型.在此基础上,对两区域系统进行了仿真计算.研究表明:风电机组并网增加了系统与风电机组强相关的振荡模式,且有很好的阻尼特性.当风电机组在系统中容量比例提高时,双馈机组会减弱新增局部振荡模式的阻尼,直驱机组能提高区域内相关的局部振荡的阻尼.     

永磁直驱式带式输送机系统动态特性及能耗分析

为解决传统异步驱动式带式输送机效率低、能耗高的问题,基于机械动力学理论和磁力传动技术,对永磁直驱式带式输送机的运动模型和耗能情况进行深入研究。针对永磁直驱式带式输送机复杂的非线性机电耦合关系问题,以永磁电机驱动的带式输送机为主要研究对象,在带式输送机离散系统的简化动力学模型基础上,引入同步旋转坐标下的永磁同步电机状态方程,建立了基于机电耦合关系的永磁直驱式带式输送机系统模型,并通过Harrsion软启动速度推导出该系统模型在启动过程中的能耗解析式;以矢量控制技术对系统进行仿真分析,得到了永磁直驱式带式输送机的动态特性,表明了带速及张力变化规律符合实际运行工况,并进一步将永磁直驱式带式输送机与异步驱动式带式输送机相比较,得到启动过程的张力和能耗对比图,结果表明:在启动过程中永磁直驱式带式输送机具有更小的张力峰值,同时在整个启动过程中永磁直驱式带式输送机比异步驱动式带式输送机降低了约8%的能耗。     

风力发电并网方式的研究

通过分析风力发电系统并网方式的原理,针对风力发电并网难的问题,提出利用直驱式永磁同步发电机实现风力发电并网。直驱式永磁同步发电机并网比传统的恒速恒频并网方式更加稳定。     

超导储能提高直驱风电系统低电压穿越能力的控制策略

针对电网故障、扰动引起的电网电压跌落给并网运行的永磁直驱风力发电系统带来的问题,应用超导储能系统提高永磁直驱风力发电系统的低电压穿越能力.研究永磁直驱风力发电系统以及超导储能系统的数学模型,设计相应的控制策略.利用Matlab/Simulink工具箱搭建系统仿真模型,给出不同电网电压跌落状况下,添加超导储能系统前后的仿真实验结果,并对实验结果进行对比分析.结果显示,当电网电压跌落时,超导储能系统能迅速平衡直流母线的功率变化,使直流母线电压保持稳定,直驱风电系统低电压穿越能力得到一定的提高.     

直驱式风力发电技术及其发展

直驱式风力发电是当前风力发电技术的一种极具潜能的发展方向。首先回顾国内外风力发电的发展情况,在此基础上,分析了风力发电机组技术尤其是直驱式风力发电机组技术,对直驱式风力发电技术中使用的功率调节方式进行了探讨。对直驱式永磁同步风力发电系统的结构与控制进行了分析,并展望变速风力发电的发展趋势。     

兆瓦级永磁直驱风力发电机瞬态场分析

永磁直驱风力发电机是风力发电的中核心装备,其设计分析具有重要意义.分析了永磁同步电动机转子磁极结构和永磁材料性能,利用Ansoft软件对兆瓦级永磁直驱风力发电机进行瞬态场电磁分析.得到了空载、负载运行时永磁直驱风力发电机磁场分布.为永磁直驱风力发电机的设计提供有效参考.     

电网短路状态下并网逆变器的谐振控制

为了改善电网短路故障情况下直驱式永磁风电系统的并网逆变器控制性能,提出基于比例积分谐振控制器的并网逆变器直接功率控制算法,通过设置基频谐振控制器实现网侧变流器输出电压、电流信号的无静差跟踪,同时在直流母线侧通过2倍工频谐振控制器可以抑制电网故障状态下直流母线的电压波动．与传统网侧逆变器的交直轴电流双闭环PI控制相比,该算法无须分离正负序电流分量,从而避免了电流滤波环节带来的系统带宽减小的弊端．在PSCAD／EMTDC环境下建立基于背靠背变流器的1．5MW永磁直驱风力发电系统仿真模型,仿真结果表明：当电网短路导致电压不平衡时,结合能量卸荷电路能够抑制直流母线电压的升高,限制了电网过电流,可以实现网侧逆变器的单位功率因数控制,增强了风电机组的故障穿越能力．同时搭建了10kV·A样机系统,试验波形证明了系统设计与控制策略的正确性和先进性．     

基于Maxwell/Rmxprt的直驱永磁风力发电机设计及仿真

为设计海上风电场高性能直驱永磁同步发电机,文章研究了360kW/690V直驱永磁同步发电机的设计及仿真,分析了直驱永磁同步风力发电机的结构特点及设计方法。按电机相似性原理,参照同类3kW/400V发电机设计方案,设计了360kW/690V表贴式永磁同步发电机,同时在定、转子结构上引入斜槽与斜极结构,以优化发电机性能,并在Maxwell/Rmxprt下进行了电机结构优化前后的参数计算与性能分析。通过Maxwell 2D仿真,对比电机优化前后的空载性能,仿真结果表明了所提优化性能方案的有效性。     

基于小波变换的风电机组传动系统故障诊断与分析

随着人类对能源的大量需求,电力行业飞速发展,风力发电以其投资成本低,机组结构简单,绿色环保,已经逐渐成为清洁能源的发展趋势,而风电场建成后的运行维护成本直接决定着风电场的效益,因此,对风电机组的典型故障进行分析,建好机组健康管理档案就显得非常重要.在对风电机组传动系统的组成和各部分的功能及风电机组的主要传动部件的故障机理及故障类型分析的基础上,以某风电场实际发生的弹性支承螺栓断裂及联轴器损坏故障为研究对象,应用小波变换进行故障的诊断和定位,分析故障产生的成因、发展过程及趋势.以新西兰况得实公司的风电机组振动检测仪器及自带分析软件对小波变换分析结果进行了验证,结果与实际状况非常吻合.据此提出了今后避免此类故障发生的预防措施和改进方法,以期为今后风电场的运营维护提供可靠的技术支持.     

永磁直驱式风力发电机三相不平衡的补偿控制算法

提出了一种用于电网侧三相电压不平衡情况下的永磁直驱式风力发电机的逆变控制算法.通过对不平衡三相瞬时电压的矢量变换、分解并形成负序电流分量,与通过锁相环单位归一化的逆变输出电流相加,可以保证永磁直驱式风力发电机逆变输出的电流具有良好的正弦及三相平衡特性.该控制算法解决了永磁直驱式风力发电机在电网侧三相电压不平衡情况下的输出畸变问题,算法简单有效,计算量小,硬件采用分立元件即可实现,方便且可靠.     

直驱风机变频器实现LVRT的策略分析与测试

本文对双馈和直驱两种风电机组的变频器LVRT能力的实现方式进行了介绍：分析了直驱风电机组全功率变频器和双馈风力发电机组变频器实现低电压穿越能力的几种控制策略。并通过对全功率变频器的实际测试,验证了全功率变频器LVRT的控制策略的可行性,并根据LVRT过程中直流侧电压的实际数据提出了对变频器直流电容的保护设置要求．