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双馈风电机组的虚拟同步控制及弱网运行特性分析

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电力系统保护与控制 2017年第13期45卷 85-90页

作者：王磊张琛李征蔡旭电子信息与电气工程学院风力发电研究中心上海交通大学上海200240 东华大学信息科学与技术学院上海201620

采用传统矢量控制的风电机组对外表现为电流源特性,大型风电机组在接入配电网环境时容易引发电压失稳、缺乏惯量等问题。为此,研究了基于虚拟同步风电机技术的双馈风电机组控制方法。在详细分析影响并网点电压因素的基础上,研究电网等... 详细信息

采用传统矢量控制的风电机组对外表现为电流源特性,大型风电机组在接入配电网环境时容易引发电压失稳、缺乏惯量等问题。为此,研究了基于虚拟同步风电机技术的双馈风电机组控制方法。在详细分析影响并网点电压因素的基础上,研究电网等效阻抗对静态电压稳定性的影响。给出一种虚拟同步控制下双馈风电机组并网频率、电压的调节方案。研究结果表明,相对矢量控制方法,虚拟同步控制的双馈风电机组在弱电网下具有良好的电压稳定性。此外,该控制方法在降低机端电压冲击以及提供电网频率支撑等方面具有明显优势。仿真结果验证了所给虚拟同步控制策略的可行性和有效性。

关键词：弱电网风力发电双馈风电机组电流源型控制虚拟同步发电机

双馈风电机组低/高电压复合穿越的控制策略研究

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电气传动 2022年第17期52卷 32-39页

作者：严雨豪周步祥陈实董申刘治凡臧天磊四川大学电气工程学院四川成都610065 中国电力工程顾问集团西南电力设计院有限公司四川成都610021

目前研究双馈风电机组(DFIG)高电压穿越的重点是单次高压型故障,然而DFIG低电压穿越后,由于无功补偿策略的不合理性,会引发低\高电压复合型故障,对电压二次骤升的暂态分析造成一定影响。因此,在低压恢复阶段的前提下,对电压二次骤升下... 详细信息

目前研究双馈风电机组(DFIG)高电压穿越的重点是单次高压型故障,然而DFIG低电压穿越后,由于无功补偿策略的不合理性,会引发低\高电压复合型故障,对电压二次骤升的暂态分析造成一定影响。因此,在低压恢复阶段的前提下,对电压二次骤升下的转子电流公式进行合理推导,并提出一种转子过电流抑制策略。然后基于故障穿越时系统的无功需求,改进网侧变流器的控制策略。该策略一方面能够减少撬棒保护的投切频率,在一定程度上避免转子侧换流器旁路造成的不可控性;另一方面能够最大限度地向机组给予无功支持,保持直流母线电压处于稳定状态,提升高电压穿越的可靠性。

关键词：双馈风电机组低/高电压穿越低压恢复阶段撬棒电路转子过电流抑制

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双馈风电机组故障电磁暂态响应特征提取研究

电气传动 2023年第9期53卷 81-87页

作者：杨晓初王冠文罗国甘许世朋张丁旺上海能源科技发展有限公司上海200233 上海交通大学机械与动力工程学院上海200240

双馈风电机组组成复杂,其检修运维难度较大。由于故障电磁暂态特性相对较复杂,其提取质量直接影响双馈风电机组故障检测结果的可靠性。针对单一故障提取的局限性,研究一种双馈风电机组故障电磁暂态响应特征提取方法。利用暂态录波仪采... 详细信息

双馈风电机组组成复杂,其检修运维难度较大。由于故障电磁暂态特性相对较复杂,其提取质量直接影响双馈风电机组故障检测结果的可靠性。针对单一故障提取的局限性,研究一种双馈风电机组故障电磁暂态响应特征提取方法。利用暂态录波仪采集双馈风电机组故障电磁暂态响应信号并实施去噪和放大处理,采用经验模态分解法(EMD)分解暂态响应信号,得到若干图像形成模型(IFM)分量,从中提取能量熵、峭度以及中心频率3个特征并实施特征归一化处理。结果表明,无故障的双馈风电机组电磁暂态响应信号样本测得的能量熵在0.9以内,峭度在0.1以内,中心频率在0.012~0.016之间,与其他4组样本特征值相比更小,说明故障信号与正常信号的特征存在明显差别,为该研究提供了可靠依据。

关键词：双馈风电机组故障电磁暂态响应信号经验模态分解法特征提取

双馈风电机组的通用型机电暂态模型及其电磁暂态模型的对比分析

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电力系统保护与控制 2014年第23期42卷 89-94页

作者：刘其辉韩贤岁新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学) 北京102206

针对风力发电系统的电磁暂态模型复杂、计算速度慢的问题,研究了一种风力发电系统的通用性机电暂态模型。该模型不包含电力电子器件,由纯粹的数学计算完成,模型简单、计算速度快。该机电暂态模型分为风速模型、风力机及其控制模型、发电... 详细信息

针对风力发电系统的电磁暂态模型复杂、计算速度慢的问题,研究了一种风力发电系统的通用性机电暂态模型。该模型不包含电力电子器件,由纯粹的数学计算完成,模型简单、计算速度快。该机电暂态模型分为风速模型、风力机及其控制模型、发电机/变流器模型、电气控制模型四部分。在PSCAD对该机电暂态模型进行了仿真,得到的结果与电磁暂态模型的仿真结果吻合,且仿真时间大大减少,验证了该模型在保证一定计算精度的前提下大大提高了计算速度。该通用性机电暂态模型为大规模并网风电场的仿真建模提供了模型参考,具有实用价值。

关键词：双馈风电机组电磁暂态模型机电暂态模型 PSCAD 仿真对比

虚拟惯量控制下双馈风电机组对低频振荡的影响及控制策略

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虚拟惯量控制下双馈风电机组对低频振荡的影响及控制策略

作者：于金波沈阳农业大学

学位级别：硕士

随着新能源技术的发展,电力电子装备对于电力系统的影响也越发显著。为改善由于电力电子集群并网导致的系统惯量调节能力降低等问题,虚拟惯量控制的引入成为提高电力系统稳定性不可替代的关键措施。但随着大规模的虚拟惯量控制的新能源... 详细信息

随着新能源技术的发展,电力电子装备对于电力系统的影响也越发显著。为改善由于电力电子集群并网导致的系统惯量调节能力降低等问题,虚拟惯量控制的引入成为提高电力系统稳定性不可替代的关键措施。但随着大规模的虚拟惯量控制的新能源电力电子集群并网,逆变器的控制可能会导致与其他并网机组发生机电耦合,改变系统的阻尼特性,诱发更为严重的低频振荡。针对上述问题,本文选用含虚拟惯量控制的双馈风电机组进行对系统低频振荡的研究,并提出了一种惯量和阻尼自适应调节的控制策略。本文的主要内容如下:针对双馈风力发电机系统的原理,对其基本结构及其运行原理进行了系统性分析,建立了风力发电机模型、发电机模型、轴系传动系统模型及桨距角模型等的数学模型,并在此基础上建立了双馈风电机组转子侧及定子侧变流器控制方式的数学模型。为了对低频振荡问题进行后续分析,需要对风电机组的动态模型进行适当的简化。解释了双馈风电机组的虚拟惯量控制中虚拟惯量参数的数学原理,并构建了其并入电力系统的模型,对基于虚拟惯量控制的双馈风电机组在系统中并网造成的动态响应进行观察分析,通过改变系统中虚拟惯量系数、风电渗透率、风速及是否参与调频等特性,观察系统在此情况下受到的扰动,筛选出能达到对系统稳定性的最优运行效果的参数。搭建合适的含虚拟惯量控制的风电机组并入两区四机电力系统的模型,制造小扰动造成系统低频振荡,通过总最小二乘子空间旋转不变性算法(TLS-ESPRIT)的方法对系统输出的功率振荡信号进行分析,在不同工况如风电机组直接并网、等容量替代同步发电机及不同并网位置等情况下研究区域间和区域内的功率振荡情况。通过对惯量和阻尼在虚拟惯量控制中的作用进行分析,结合转动惯量和阻尼系数两种参数的特点及影响,提出了一种自适应的虚拟惯量与阻尼控制策略,分析并整合了惯量和阻尼的选取原则,可以更加灵活地对系统的惯量和阻尼系数进行调节,减小功率波动带来的危害。同时通过仿真验证了文中所提方法相较于固定参数的传统虚拟惯量控制策略可以更好地抑制暂态过程中频率和有功功率的波动,并减少了暂态时间。

关键词：虚拟惯量双馈风电机组低频振荡自适应控制

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基于MPC的双馈风电机组调频控制

基于MPC的双馈风电机组调频控制

作者：张费帅长春工程学院

学位级别：硕士

为了实现“碳达峰、碳中和”目标,新能源发电技术得到了快速发展。其中,风力发电接入电网发展势头迅猛,成为应用范围最为广泛的发电方式之一。高渗透率的风电并网,导致使系统惯性大大降低,会给电力系统频率稳定造成一定的影响。风电机... 详细信息

为了实现“碳达峰、碳中和”目标,新能源发电技术得到了快速发展。其中,风力发电接入电网发展势头迅猛,成为应用范围最为广泛的发电方式之一。高渗透率的风电并网,导致使系统惯性大大降低,会给电力系统频率稳定造成一定的影响。风电机组的内部结构存在逆变环节,其转子转速与系统频率呈解耦合关系,无法实现类似传统同步发电机一样的调频特性。由于风电机组的运行范围通常是保持在最大功率追踪运行,自身无法参与系统调频,所以在系统功率缺额的情况出现时不能有效提供额外功率支撑。因此,经改进后的风电机组使其具有并网的频率调整能力,对电力系统的稳定具有重要意义。风力发电机的种类众多,其中应用最为广泛的是双馈风力发电机。本文分析了双馈风机的模型结构和数学模型,将运行区间根据风速、转速和功率输出等分为不同区域,其对应不同控制方式。研究了风电机组最大功率控制运行原理以及有功备用控制的两种方法和适用范围。研究了电力系统调频的三个环节,并对单区域负载频率控制系统组成部分进行数学建模。根据双馈风机不同的运行区间制定相对应的减载控制策略参与一次调频。在额定风速以下时,通过超速控制达到减载效果,在系统存在功率缺额时,调整风电机组转子转速释放所“存储”的能量;在额定风速以上时,桨距角运行在次优工作曲线,系统频率变化时,通过控制桨距角动作控制有功输出。通过对模型预测控制器设计,利用其模型预测、滚动优化和反馈校正的优势,将模型预测控制控制器应用到双馈风电机组参与系统一次频率调节,改善双馈风电机组的惯性响应和控制有功的输出。利用MATLAB/Simulink平台搭建仿真系统,同时将具有综合惯性控制下的双馈风电机组作为仿真实验的比较对象,在恒定风速和变风速下进行仿真实验,以验证本文所提出的基于MPC控制的双馈风电机组在系统频率调节中的有效性。

关键词：双馈风电机组一次调频模型预测控制减载运行

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电压源型双馈风电机组并网稳定控制方法研究

电压源型双馈风电机组并网稳定控制方法研究

作者：马政阳哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

随着风能大规模的应用,目前采用的双馈风电系统大多为电流源型控制,缺少为系统提供惯量的能力,为此,电压源型控制应运而生,虚拟同步控制是其主要的实现方式,因此本文将对电压源型虚拟同步控制的双馈风电机组并网稳定控制方法以及惯量响... 详细信息

随着风能大规模的应用,目前采用的双馈风电系统大多为电流源型控制,缺少为系统提供惯量的能力,为此,电压源型控制应运而生,虚拟同步控制是其主要的实现方式,因此本文将对电压源型虚拟同步控制的双馈风电机组并网稳定控制方法以及惯量响应与一次调频进行研究。本文首先在两相同步旋转坐标系中建立了电压源型双馈风电机组状态空间模型,模型包括双馈风机本体、风力机轴系、转子侧变换器及其控制器、网侧变换器及其控制器和线路模型,在状态空间模型的基础上,实现基于电压源型控制的风电机组变流器稳定并网运行,通过频率扫描法验证了模型的正确性。基于上述分析,提出无锁相环整机虚拟同步控制结构,该结构去掉了锁相环部分,机网使用同一个角度进行控制。根据所建立的模型,通过波特图分析对比风力机轴系,网侧控制器以及电压源型整机虚拟同步控制的阻抗特性,此控制结构相比于有锁相环控制不仅简化了模型,而且还能降低系统的负阻特性,增强系统的稳定性。针对电压源型双馈风电机组惯量响应控制和一次调频。研究在转子动能、功率备用和外加储能不同能量来源的情况下,电压源型风电机组的变流器控制策略,其中功率备用包括转速备用与桨距角备用两种不同的方式,储能控制包括网侧控制直流母线电压与储能控制直流母线电压两种形式,通过分析线路参数越强,在一定范围内惯性时间常数越小,阻尼时间常数越大,系统的动态响应越快,不同调频控制方式控制参数的选取对调频能力至关重要。研究虚拟同步网侧锁相环控制,双虚拟同步控制,单电流环整机虚拟同步控制与整机虚拟同步四种不同电压源型控制结构的调频特性及惯量响应,得出四种控制可以在电网频率跌落时提供功率支撑,线路越强,功率与机侧虚拟角频率的动态响应越快,在一定范围内阻尼时间常数越大提供的功率支撑越多,惯性时间常数越小,稳定性越强;通过对比可以得到四种电压源型控制动态响应特性与功率支撑能力由于网侧控制结构的不同存在差异。通过仿真分析验证了电压源型双馈风电机组理论模型的正确性,对不同能量来源与四种电压源型控制结构的惯量响应和一次调频进行了分析,为接下来的研究提供了理论基础。

关键词：双馈风电机组电压源型控制状态空间建模惯量响应一次调频

含冗余储能的双馈型风电机组调频控制策略研究

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含冗余储能的双馈型风电机组调频控制策略研究

作者：范海林沈阳工业大学

学位级别：硕士

常规风电机组以追求最大输出功率为目标,这导致机组功率和系统频率解耦,进而引起电力系统惯量不和足和调频压力增加。基于虚拟同步发电机控制的双馈风力发电机（DFIG-VSG）能够增加系统的惯量和阻尼,进而提高系统频率稳定性。然而,由于... 详细信息

常规风电机组以追求最大输出功率为目标,这导致机组功率和系统频率解耦,进而引起电力系统惯量不和足和调频压力增加。基于虚拟同步发电机控制的双馈风力发电机（DFIG-VSG）能够增加系统的惯量和阻尼,进而提高系统频率稳定性。然而,由于传统DFIG-VSG提供的虚拟惯量和阻尼恒定,导致频率支撑和调节效果不理想。本文以含冗余储能的双馈型风电机组为对象,深入研究风电虚拟惯量和调频控制策略。论文的主要研究内容如下:建立了含冗余储能的双馈型风电机组模型,包括双馈发电机、双馈变流器、冗余储能装置等关键部件。其中双馈发电机模型采用定子电压方程、电机磁链方程和转子运动方程构建,并在此基础上分析了双馈发电机的频率特性,以及双馈发电机的输出特性及控制方式对电网频率的影响。传统双馈型风电机组虚拟同步控制的虚拟惯量不随工况变化而变化,导致频率调节效果较差。针对此问题,提出了可动态调整虚拟惯量的反正切灵活虚拟同步双馈发电机调频控制策略（DFIG-FVSG）。该控制策略可根据虚拟转子角速度变化率和机组的实时输出功率动态调整虚拟惯量,进而提高双馈风电机组频率支撑力。仿真结果表明,DFIG-FVSG可有效的削减系统振荡幅度及缩短系统调节时间,实现系统频率和有功功率的快速恢复。为进一步提升双馈风电机组对电网频率的调节能力,在双馈型风电机组的基础上引入冗余储能装置,提出了考虑荷电状态的含冗余储能的双馈式风电机组调频控制策略。该策略可根据储能系统荷电状态动态调节调频深度系数,实现一次调频过程的及时退出。结果表明,自适应控制冗余储能荷电状态的双馈发电机在一次调频过程中频率响应和功率响应均有明显优势。为了验证本文提出控制策略的可行性和有效性,基于1.5MW含冗余储能的双馈型风电机组建立了火风储系统模型,在阶跃负载扰动工况下进行了仿真。结果表明,对比四种不同的调频控制策略,采用风电储能调频时,系统输出功率偏差减小到1.4（pu）,系统频率偏差减小到0.28Hz,实现了提高双馈风电机组调频能力的预期目标。

关键词：双馈风电机组虚拟同步控制调频控制超级电容器风储联合系统

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双馈风电机组定子电流检测系统研究

一重技术 2022年第5期 51-55页

作者：刘金雨丛培田马野沈阳理工大学机械工程学院辽宁沈阳110159

在对双馈风电机组进行故障信号分析检测时,被测定子的电流信号中含有50 Hz基频干扰信号,使得对微弱故障信号的诊断变得十分困难。针对此问题,提出以50 Hz陷带滤波器为核心的定子电流检测系统,通过衰减基频干扰信号,利用程控六阶巴特沃... 详细信息

在对双馈风电机组进行故障信号分析检测时,被测定子的电流信号中含有50 Hz基频干扰信号,使得对微弱故障信号的诊断变得十分困难。针对此问题,提出以50 Hz陷带滤波器为核心的定子电流检测系统,通过衰减基频干扰信号,利用程控六阶巴特沃斯高通和低通滤波器对故障信号做分段检测,最后通过采集卡和上位机程序对处理后的信号进行时域及频域分析。实验结果表明:用此方法检测双馈风电机组定子电流微弱故障信号效果十分显著。

关键词：双馈风电机组定子电流检测 50 Hz陷带滤波器