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。     

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.     

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.     

基于双向直流变换器与储能系统的直驱式风机能量输出控制

本文提出一种包含储能单元的永磁直驱风力发电系统,通过对储能系统的控制实现对风机输出能量的控制,减小风机出力波动对于电网的影响。风机通过一个全功率背靠背变流器连接至电网,储能系统和双向DC-DC变换器通过背靠背的直流母线接入系统。背靠背变流器机侧使用最大功率追踪控制(MPPT),实现对风能的最大捕捉。储能单元通过检测风机的功率输出来进行充放电控制。基于Matlab/Simulink搭建了系统仿真模型,结果表明提出的系统的结构及控制策略可以有效地抑制风机的能量波动。     

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.     

风力发电机组动平衡系统

为解决风力发电机组转子不平衡问题,开发了风力发电机组动平衡系统。该系统考虑了风机转速低、转速不稳定的特点,可对风力发电机组进行现场动平衡及状态监测。实验验证表明,风力发电机组动平衡系统可有效地降低风机的不平衡响应。     

运用下垂控制的并网储能系统惯量阻尼特性分析

为了揭示并网型储能系统的惯量与阻尼特性,缓解分布式能源接入导致的电网稳定性降低的问题。本文通过构建并网型储能系统的直流电压时间尺度的动态模型,利用静止同步发电机模型分析了影响并网储能系统惯性效应、阻尼水平以及同步能力的内在机制、主要参数及其影响规律。同时,下垂控制模式的并网储能系统从物理本质上对应了原动机的下垂控制特征。研究结果表明:DC/DC变换器使用频率下垂控制策略、并网逆变器使用电压电流双闭环控制策略,则通过调节频率控制环和恒压控制环的PI参数即可等效改变储能系统的惯性效应、阻尼水平以及同步能力。本文的研究结论不但可以用于设计有效的并网储能系统控制策略,而且可以辅助提升分布式发电系统的惯性效应、阻尼水平以及同步能力。     

基于混合储能的电网友好型分布式电源的控制策略研究

本文提出了一种由间歇式可再生能源发电系统、能量型和功率型混合储能系统组成的分布式电源的控制策略.该控制策略包括直流母线电压控制和交流换流器的电网自适应控制两部分.首先,本文提出了直流侧可再生能源发电及混合储能系统之间的协调控制策略,并利用直流母线电压分区控制和DC/DC变换器多运行模式归一化模型有效地实现了直流母线电压稳定及各种运行模式的平滑切换,优化了锂电池的充放电过程,提高了储能系统的技术和经济性能;其次,提出了基于电压源下垂控制的交流侧换流器的电网自适应控制策略,引入了虚拟阻抗和自同步控制,提高了分布式电源的电网适应性,最后,通过PSCAD/EMTDC的建模仿真,验证了本文控制策略的有效性.     

基于储能单元SOC的改进下垂控制策略

针对孤岛直流微电网中的储能单元间荷电状态(state of charge,简称SOC)不均衡的问题,提出基于储能单元SOC的改进下垂控制策略.分析各储能单元SOC及其在一定时间内的变化率,对各储能单元设置独立的下垂系数,实时控制各储能单元充放电电流,实现SOC均衡控制.采取更新指数的方法解决均衡速率逐渐变慢的问题.在Matlab/Simulink中仿真验证改进控制策略,结果表明:相对于传统下垂控制策略,改进下垂控制策略能实现各储能单元SOC均衡控制,且提升了均衡后期的SOC均衡速率.     

电网故障下双馈风力发电机组的控制策略研究

双馈风力发电机(DFIG)系统变流器仅对发电机的转差功率进行变换,因此它比同容量直驱风力发电机的变流器容量小很多,但这使得它对电网故障的抵御能力较弱.本文针对双馈风力发电系统在电网故障下的控制策略进行研究.在电网故障时,DFIG系统的控制包括阻止风轮过速进行的桨距角控制和功率变流器在电网故障期间和之后的保护和电网电压支持控制.为了在电网故障期间提高DFIG电网电压支持能力,在正常运行时的DFIG控制结构基础上加入了另一控制级.这个控制级包括阻尼控制器、转子侧变流器、电压控制器和网侧变流器无功补偿器.仿真结果证明了所提出方案的可行性.     

基于风力发电的配电网侧储能容量优化设计

本文主要解决风力发电中配电网侧储能容量存在的问题,提高风力发电配电网的稳定性。阐述储能设备对风电系统影响集中在减少电网扩容频率、减少电能损耗、减少常规备用电容方面,面对传统风力发电配电网侧储能容量小、工作状态不稳定等问题,通过采用高性能电容与储能电池、选择合适的电路接入方式、储能设备成本的优化,可以有效缓解风电系统不稳定问题,能提高风力发电的效率,提高风力发电系统的稳定性。     

双馈风电机组总体控制策略及运行性能

为了全面准确分析并网风力发电机组实时运行特性,有必要对风电机组总体控制策略及其运行性能进行研究。针对双馈风力发电机组类型,建立了风力机、传动链和双馈发电机的数学模型。从风能最大利用和风机安全运行角度,提出了考虑电机损耗最小的风电机组最大功率输出控制策略,以及考虑转速和功率限制的变桨控制策略。结合双馈发电机功率解耦控制策略对风电机组的总体运行性能进行了仿真。通过仿真、理论分析以及实际风电机组运行数据的比较,结果表明所建立的双馈风电机组数学模型和总体控制策略是有效的。     

电网不对称故障下直驱永磁风电机组并网逆变器的双电流闭环控制策略研究

在分析不对称电网电压条件下直驱永磁风力发电机组并网逆变器数学模型的基础上,提出了正负序双电流闲环控制策略,完成风力发电机组在电网发生不对称故障下的不脱网运行.在PSCAD/EMTDC环境下建立基于IGBT背靠背变频器的1.5 MW永磁直驱风力发电系统仿真模型,仿真结果证明该控制策略的可行性.     

考虑储能调频死区与荷电状态的一次调频策略

为更好改善电网频率特性,发挥储能电池辅助调频作用及快速响应优势,提出考虑储能调频死区和荷电状态(State of Charge,SOC)的电网一次调频自适应控制策略。基于对电网幅频特性的分析,设置储能调频死区小于传统机组调频死区,使储能先于传统机组快速响应负荷扰动,有效平抑频率波动。通过分析虚拟惯性控制在一次调频过程中的出力特点,提出正反向虚拟惯性控制,使储能在整个调频过程中出力方向始终与频率恢复方向一致,降低频率恶化速度,促进频率恢复。在此基础上,提出储能电池综合控制方法：在传统机组调频死区内,储能采用下垂控制;传统机组参与调频后,储能采用下垂与正反向虚拟惯性相结合的控制方式,并根据频率偏差和SOC实时调整二者的控制系数及出力比重,有效避免电池过充过放。最后在MATLAB/Simulink平台搭建含储能的区域电网一次调频模型,在不同工况下仿真验证了所提策略的有效性。     

双馈风力发电机组协调多目标非线性控制

为平抑双馈风力发电机组额定风速以上的转速和功率波动,基于协调无源性方法,提出一种同时考虑桨距角和转子励磁控制的协调控制策略。首先,在分析风力机特性和双馈感应发电机基本电磁关系的基础上,给出风力发电机组桨距角调节、转子励磁控制的四阶系统非线性模型。特别对风能利用系数进行了关于桨距角的多项式拟合,并对拟合的不确定性建模,确保了模型的准确性。其次,由Lyapunov方法设计前两阶鲁棒控制器,得到桨距角控制输入,再用协调无源性方法设计励磁控制部分,使得整个系统达到反馈无源,既保证了系统的鲁棒性,又保证了整个系统的渐近稳定性。最后,通过仿真验证了控制策略的控制效果,并与其他控制策略进行了比较,验证了该控制策略的有效性。     

考虑SOC与电压信号的直流微电网变下垂截距虚拟惯性控制

为解决高渗透率直流微电网带来的低惯性问题，利用储能单元充放电提供的惯性支持能力，提出一种考虑SOC与电压信号的直流微电网变下垂截距虚拟惯性控制策略。首先，考虑荷电状态与电压波动约束，建立复合控制函数对下垂截距进行调节，使储能单元支撑功率均衡分配，又能跟随电压波动迅速动作，给系统提供惯性支持；其次，建立直流微电网小信号模型，给出变下垂截距定量约束，并论证了该约束内系统的稳定性；最后，利用MATLAB/Simulink仿真算例验证了该策略在储能单元充放电极限区域内的可行性，结果表明所提方法不仅能够增强系统惯性，还可实现储能单元的功率均衡。     

计及储能调节的时滞互联电力系统频率控制

针对互联电力系统中源荷不确定以及通信延时导致系统频率偏差过大的问题,提出了计及储能调节的两域时滞电力系统频率控制策略.建立了含汽轮发电机、风机和储能等设备的两区域时滞互联电网模型,根据区域控制偏差(ACE)所在的区间对储能装置和汽轮发电机的调频任务进行分工.利用改进粒子群(MPSO)算法优化比例积分微分(PID)负荷频率控制器实现二次调频,提升了一定时滞区间内负荷频率控制(LFC)系统的频率稳定性.对储能装置设计分数阶PID(FOPID)控制器,调节其输出功率以平滑源荷波动,提高了储能系统的辅助调频性能,进一步控制互联电力系统的频率偏差.在MATLAB/Simulink平台对不同工况进行对比分析,验证了所提频率控制策略的有效性.     

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.     

一种基于滑模自抗扰控制器的风电机组变桨距控制策略

为了改善风力发电系统在恒功率区的性能,提出了一种基于滑模自抗扰控制器的变桨距控制策略.在高于额定风速的风况下,通过变桨控制器改变桨距角,保证风力发电机输出功率稳定在额定功率附近.通过MATLAB仿真软件对所提变桨距控制策略与PID控制策略对比,仿真结果表明:基于滑模自抗扰控制器的变桨距控制策略下的风力发电机组能够使输出...     

不平衡电网电压下永磁风力发电机并网逆变器的新型直接功率控制策略

为了研究不平衡电网电压条件下永磁风力发电机系统增强运行能力的有效控制策略,提出了比例-谐振电流控制方案,并将该方案应用于并网逆变器的直接功率控制中,以实现直驱永磁风力发电系统无需正、负相序分解的统一控制.在PSCAD/EMTDC环境下建立基于背靠背IGBT变频器的1.5 MW永磁直驱风力发电系统仿真模型,仿真结果表明,在不平衡电网电压下,该系统能够实现最大风能跟踪,且新型的直接功率控制策略结构简单,能够实现单位功率因数控制,具有良好的动态性能,有效地抑制了直流母线电压的升高,增强不平衡电网电压故障下直驱永磁风力发电系统的不间断运行能力.