无源性的变速恒频双馈风力发电机控制仿真研究控制框图
双馈变速恒频风电系统控制研究

1 引言根据国家能源局的统计数据,2022年我国用电量继续保持上升势头,全年用电量达到8.4万亿千瓦时,同比增长2.2%。
2030年,我国一次能源消费预计将达到60亿吨标准煤左右,若希望其中传统能源占比不超过80%,则意味着二十年内非化石能源需增加一倍之多[1],任务依旧十分艰巨。
随着风电技术和风力发电机组技术水平的提高,风电机组单机容量不断增加,风电行业向着大功率、高功率密度方向发展。
目前双馈风电机组的主流控制方式为电流源型矢量控制方式,但其缺乏自主的频率与电压支撑能力,而电压源型虚拟同步机控制方式能解决上述缺点,通过一种双馈风电机组电压源电流源双模式运行平滑切换控制策略,分析以上两种控制方式,使控制模式切换问题转变为保证电流内环输入与相位平滑切换问题[2]。
薛利晨等[3]在DSPACE环境中实时实现基于双馈感应发电机(DFIG)的风能转换系统(WECS)的自适应非线性控制策略,而且DSPACE-DS1104板与风力发电系统的实验台直接相关[4]。
目前,非线性反步控制器已经实现,用于控制通过两个转换器(电网侧和机器侧)直接连接到电网的双馈风电机组的转子动能和减载功率。
针对双馈异步风力发电机组的特点,孙浩宁等[5]从转子动能入手,通过控制减载运行方式,协调风机的转子动能与减载功率之间的关系,控制转子能量的释放过程,充分利用转子的旋转动能,可以提升风机电网调频能力;从另一个方面来说,随着风电渗透率的不断提高,双馈风电机组能够快速响应电网频率的变化,具有重要的惯性响应特性。
有学者从双馈感应发电机的励磁控制原理入手,对比了同步发电机在故障下的瞬态频率特性,提出双馈感应发电机可以通过励磁来控制发电机的转速或有功功率[6]。
为了减少风电场节点电压偏差和网络损耗,王耀翔等[7]基于双馈风电机组有功功率数据,估算出机组的无功功率极限,并分析了风电场的无功容量构成及计算方法以减小风电场节点电压偏差、降低网络损耗和利用风电机组无功潜力为目标,构建多目标问题,最后利用优化算法求解。
变速恒频双馈风力发电系统控制技术的探讨

变速恒频双馈风力发电系统控制技术的探讨变速恒频双馈风力发电系统是当前风力发电的核心技术,在这一系统运行过程中对其进行针对控制具有重要意义。
专业的控制是保证变速恒频双馈风力发电系统正常运行的重要前提。
针对该发电系统的控制主要是集中在电网低压故障时的双变流器控制以及网侧变流器的控制。
本文将结合发电系统原理来探讨如何实现科学高效的专业控制。
变速恒频风力发电技术,是当前运行效率较高,电能质量较优的的发电技术。
这项技术在风力发电领域中有着广泛应用。
随着我国能源形势的日益紧张,变速恒频双馈风力发电系统在风能发电中的作用越来越重要。
在这样的背景下加强对变速恒频发电控制技术的研究具有重要意义。
双馈风力发电是专业系统的的发电技术,这一系统的发电涉及到变流器控制、电网低压故障控制以及电机控制等多个领域。
这些方面的控制是保证变速恒频风力发电技术正常运行的重要措施。
当前针对变流器的控制主要是通过矢量控制技术来实现,这一技术相较于其他技术而言比较方便。
非线性矢量控制变速恒频双馈风力发电系统是一个多变量、非线性、强耦合的系统,实现对这一系统的及时有效地控制,有必要采用非线性矢量控制的方法来实现。
针对该系统的控制设计人员先是要推算出系统的状态方程,而后根据状态方程推导出逆系统,最后根据逆系统来实现系统内模控制。
1.1.状态方程。
状态方程是表述系统特性的一种典型手法,工作人员可以通过既定的数学模型来推导双馈风力发电系统的状态方程。
双馈风力发电系统的最大控制目标是能够充分利用风能,也就是指在风速一定条件下,能够发挥发电系统的最大有功功率。
因而我们要把风力发电系统的有功功率作为被控制量。
输出量则应该是无功功率。
此时我们设输入变量是u,输出变量是y,那么我们就可以得到以下状态方程和输出方程.1.2.对双馈风力发电系统专业分析。
一个系统能否能利用非线性矢量控制技术来进行有效应用,一个重要前提就在于该系统能否可逆。
因而在控制之前还需要通过逆系统法来判断双馈风力发电系统是否可逆。
双馈风电机的控制仿真

2020.05科学技术创新双馈风电机的控制仿真耿秀明(内蒙古电子信息职业技术学院,内蒙古呼和浩特010011)1概述经济的飞速发展带动了各行各业的发展,电能需求的日益增长与发电容量不足的矛盾显得越来越明显。
在目前能源紧缺与环境日益恶化的全球背景下,节能环保的可再生能源的的发展受到了各国的高度重视。
从风能资源的形成来看,其具有典型的可再生性和无污染性,而且风能资源总量大,分布广,是清洁能源战略的重要选择路径之一[1]。
目前,我们所使用的电能中,火电,水电和核电占据了主要的部分[2]。
由于制造、控制技术的发展应用比较成熟,这类发电厂生产的电能能够稳定的供给运行,并变送供给公共电网进行输电配送。
在中国,火力发电的份额占有主导地位,火电厂排放的灰尘、C02等,是造成大气污染的主要来源,并且随着煤炭资源的过度开采,现有储备量也大幅度缩减。
在国家大力的新能源政策扶植下,我国的风电产业迅猛发展,并相继投产了很多大容量风电场[3]。
因风能资源的随机性和波动性,使发出的电能不稳定,造成大部分风电场不能并网运行。
目前双馈发电机是风电场的主要机型,研究双馈风电机对研究风电并网,解决并网电压不稳定问题具有较高的应用价值和研究基础。
2双馈风电机双馈风电机(DFIG )是风电场的主要机型[3],风力机通过连接机构带动双馈风电机转子转动,转子绕组通过变换器组与电网连接,通过调节控制转子转速获得最大风能捕获。
定子绕组与电网连接,发电系统根据转速的变化调节励磁电流的频率,实现电机的变速恒频运行[4]。
连接机构主要是齿轮箱,双馈风电机结构如图1所示。
图1双馈风电机结构图当风速较高时,双馈电机转子转速大于同步转速时,转子绕组产生的旋转磁场方向与转速方向相反,电机在超同步状态运行,电能通过变换器从转子侧反馈到电网;当风速较低时,双馈电机转速小于同步转速时,转子绕组产生的旋转磁场方向与转速方向相同,发电机运行在次同步转速状态,转子将通过变流器从电网吸收功率[5]。
变速恒频双馈风力发电机组交流励磁控制系统研究pdf

变速恒频双馈风力发电机组交流励磁控制系统研究鲍薇,尹忠东,任智慧(华北电力大学电力系统保护与动态安全监控教育部重点实验室,北京102206) 摘要:介绍了变速恒频双馈风力发电系统的工作原理,分析了双馈型风机的运行性能,重点对采用双PWM 换流器结构的交流励磁系统进行了介绍,提出了一种矢量控制策略,对网侧和转子侧变换器采用不同的矢量控制,从而实现不同的控制目标。
并通过EM TDC/PSCAD 软件进行了建模仿真,仿真表明,采用介绍的控制策略,能实现风力发电系统的最大风能追踪及有功无功解耦控制,保证输出功率稳定,实现高功率因数并网运行。
关键词:变速恒频;风力发电系统;交流励磁;PWM 换流器;矢量控制;最大风能追踪中图分类号:TM614 文献标识码:AStudy on AC -excited Control System of VSCF Doubly -fedWind Pow er G eneration SystemBAO Wei ,YIN Zhong -dong ,REN Zhi -hui(Key L aboratory of Power S ystem Protection and Dynamic Security Monitoring and Control under Ministry of Education N orth China Electric Power University ,Bei jing 102206,China )Abstract :The operation principle of doubly -fed VSCF wind power generation system was analyzed ,it es 2pecially introduced the doubly -fed generator ′s AC -excited system based on a structure of dual PWM con 2verter ,presented a vector control strategy ,which adopted different vector control between the grid -side con 2verter and the rotor side converter ,in order to achieve various control goals.The simulation on EM TDC/PSCAD software shows that adopting this control strategy this article presented ,it is able to track the largest wind energy ,achieves the decoupling control of wind power system ′s active and reactive power ,ensures the stability of output power and operate on high power factor.K ey w ords :variable -speed constant -frequency ;wind power generation system ;AC excitation ;PWM con 2verter ;vector control ;tracking largest wind power 基金项目:“十一五”国家科技支撑项目(2008BAA14B05) 作者简介:鲍薇(1985-),女,研究生,Email :baowei_19850627@1 引言目前我国的风电场装机绝大多数是恒速恒频机组。
基于无源性的变速恒频双馈风力发电机控制系统_图文(精)

2010年 7月电工技术学报 Vol.25 No. 7 第 25卷第 7期 TRANSACTIONS OF CHINA ELECTROTECHNICAL SOCIETY Jul. 2010基于无源性的变速恒频双馈风力发电机控制系统高勇张文娟杨媛安涛(西安理工大学自动化与信息工程学院西安 710048摘要无源性理论应用于变速恒频双馈风力发电机的控制是一种全新的方法。
本文从能量的观点考虑双馈电机作为非线性控制对象,将风电系统定子侧单位功率因数运行、最大风能捕获及系统稳定性三者相结合,研究了双馈电机无源性控制的设计步骤。
所设计的电流内环与转速外环的相互协调,保证了定转子电流及转速的渐进跟踪。
与传统的矢量控制相比,无源控制策略在高速、有效实现最大风能捕获的同时,对电机参数摄动及负载转矩变化具有很强的鲁棒性。
基于Matlab 的仿真结果证明了该设计的有效性。
关键词:双馈电机无源性控制最大风能捕获鲁棒性中图分类号:TM614; TM315Passivity-Based Control System for VSCFDoubly Fed Wind Power GeneratorGao Yong Zhang Wenjuan Yang Yuan An Tao(Xi’an University of Technology Xi’an 710048 ChinaAbstract The application of the passivity-based control (PBC theory to the VSCF wind power generator control is a novel method. In this paper, the doubly fed generator isconsidered as a non-linear system using energy concept and the main purpose is to design a passivity-based control algorithm that combines the three aspects of unity power factor in the stator side, the maximum wind energy capture and system stability. The asymptotic tracking of currents and rotor speed are obtained by the harmonious operation between current inner-loop and rotor outer-loop. The designed controller achieves maximum wind energy capture in such a way that the fast dynamic response and good accuracy, meanwhile, it has strong robustness under generator parameters and load disturbance compared to conventional vector control. The reasonability and validity is testified by the simulation results based on Matlab.Keywords :Doubly fed induction generator, passivity-based control, maximum wind energy capture, robustness1引言近年来变速恒频双馈风力发电得到了世界各国的广泛重视 [1],其相关研究主要集中在基于矢量控制的定子磁链定向双馈电机有功、无功解耦控制上 [2]。
变速恒频双馈电机风力发电系统的研究与仿真分析

图3-4网侧PWM整流器系统的控制策略框图………………………..32
图3-5‘q电流内环简化结构…………………………………….33
图3-6电压外环控制的简化结构…………………………………33
图3-7坐标变换系统………………………………………….35
图3-8定子磁链定向下的变速恒频风力发电矢量控制系统框图………….37
图2—6双馈电机的两种工作状态…………………………………16
图2—7双馈电机并网等效电路…………………………………..17
图2-8双馈电机时空矢量图…………………………………….17
图2—9利用叠加原理的等值电路分解……………………………..18
亚同步速发电状态
超同步发电状态…………..22
图2-10双馈电机处于发电状态的两种工况…………………………22
achieve the maximum energy conversion efficiency and to meet and
grid·connection conditions,the wind generator must be running with VSCF.And the VSCF of DFIG are implemented by controling the the rotor side converter,the paper analysis and compares the suitable excitation of doubly-fed the advantages and disadvantages of the various converters,Select the dual PWM converter as a doubly—fed motor Excitation converter.,the paper sets up a mathematical model of grid-side converter.base on the grid voltage vector orientation,deduce the grid side converter control method for doubly-fed machine,base on the dq axis mathematic model,of the DFIG,investigate the dual closed-loop control strategy of rotor side converter on the orientation of stator flux,investigate grid-connection control strategy of DFIG,including the no-load and load.and draw the control diagram.during the control,during the vector control of DFIG,the rotor speed and position detection iS essential,because the installation of the sensor reduces the reliability of the system.for speed sensorless has a very good application in VVVF,
基于PSCAD的变速恒频双馈风力发电机的转差功率控制研究

*
ds Lls ids dm dr Llr idr dm dm Lm (ids idr )
Lls Ls Lm Llr Lr Lm
本文根据风力发电的特点和 Scherbius 传动系 统的基本控制原理 [5][6] ,设计了一个基于电压源 PWM 变换器的转差功率滞环控制系统,该控制以 电流作为触发信号,实现风力发电系统变速恒频。 仿真试验表明,该控制策略下的变频器励磁系统能 量双向流动,输出响应特性好,系统能在较宽风速 范围内运行,控制方案行之有效。
e r sl p p
式中:p 为极对数。 由频率与转速之间的关系可得 fe f f r sl p p
(1)
( 2)
式中: f e 、 f r 、 f sl 分别是电网频率、转子旋 转频率和励磁电流频率。 根据 Scherbius 传动系统的运行模式可知
Pm Pg sPg
双馈变速恒频风力发电系统(Scherbius 传动系统)
0
引言
今天,包括中国在内的世界各国面临着能源问 题,风能作为安全、清洁、丰富的资源受到了广泛 的重视,变速恒频风力发电技术已经成为利用风能 发电的主流技术。在追求最大风能利用、降低系统 成本、提高系统稳定性等方面人们已经开展了广泛 而深入的研究[1][2]。 为了最大限度地利用风能,人们不希望风力机 失速运行,风速变化时,发电机转子转速会随之变 化,如果没有任何措施,输出功率、频率也会随着 风力的变化而变化, 这是不允许的。 对发电机而言, 解决的方法有两种[3]:其一,在定子输出端加交直 交变频器,先将输出的电压转换成直流,再逆变成 交流,该种方法缺点就是并网困难,且变频器的功 率等级高;其二,采用双馈发电机,定子输出保持 恒定, 通过转子进行转差功率 sPg (s 转差率) 控制, [4] 即 Scherbius 传动系统控制 ,功率流向见图 1,超 同步运行时,多余的功率通过转子输入到电网,亚 同步运行时,从电网输入功率,以保证定子输出恒 定。因此,风力发电系统的双馈变速恒频控制就是 对 Scherbius 传动系统的控制, Scherbius 传动系统 包含一个能量双向流动的变频器,相比较第一种控 制方法而言,变频器的等级低得多,因为它仅仅控 制的是转差功率,而且经过多年的研究,控制方法 也较多。
双馈风力发电系统仿真与控制研究

双馈风力发电系统仿真与控制研究
Research on Control Strategy and Simulation of Doubly-Fed Wind-Power Generator System
李跃华
2013 年 12 月
国内图书分类号:TM614 国际图书分类号:621.3
关键词:双馈风力发电;电磁暂态特性;协调控制策略;低电压穿越
I
华北电力大学硕士学位论文
Abstract
As a result of dual constraints of fossil energy depletion and environmental protection, wind power industry has a rapid development all over the world. With the access to grid of wind generation power centralized and on a large, the core control technology of doubly-fed induction generator (DFIG) which is one of the mainstream models of variable speed constant frequency wind power generation system, becomes the essential issue. Because of the structure difference of DFIG and traditional synchronous and asynchronous motors and its transient characteristics and fault mechanism has not been revealed thoroughly, it makes relay protection setting difficult, the safety of electrical equipment vulnerable and the stable operation of power grid out of safety. Based on DFIG wind power generation system, the in-depth study of control strategy in grid-side converter and machine side converter is conducted in this thesis. Firstly, stable operational model of DFIG is built on the RTDS simulation platform. A reasonable filter and control parameters is designed to satisfy the requirements of its access to the grid a. Secondly, based on the space vector model of DFIG based derivation of symmetrical fault, the stator and rotor flux and current analytical expression under symmetrical three-phase fault is derived. Analysis of the transient current mechanism of action is conducted and the correctness of the analytical results is verified by simulation. Finally, for the Low Voltage Ride-through (LVRT) of DFIG under symmetrical three-phase fault, a rotor Crowbar adaptive control method which based on voltage dip degree is proposed. The simulation results on the RTDS platform confirmed the effectiveness of the proposed control strategies. Keywords: doubly-fed induction generator, electromagnetic transient characteristics, coordinated control strategy, low voltage ride through
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12
算(2
C2S /2R
43; udc ∗ iq + + -
PI
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P
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变 换 器
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i sb
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F
电网
图(4)
Q∗
θ e-j e
电网
2 3 4 5 6 7
图2 图3 图4 图5
定子侧变换器矢量块控制框图 转子侧变换器矢量控制框图 变速恒频双馈风力发电机控制系统框图 电网不平衡条件下DFIG矢量控制框图
8 9
无源性的变速恒频双馈风力 发电机控制仿真研究
比例
1:1
材料
1
班级
共2张
第1张
设计
L
0
审核
电气工程与信息工程学院
1
10
11
p
ir_αβ
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3/2
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I
ωσLr iqr 2 ω ( Lqriqr+ L2 ims /L) s m σ
2 ∗
滤波 器
j eθs
-
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Encoder
M
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( e −j θs−θr)
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3/2 1 Lm
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PLL urp unp
解耦
n (ir ,is,us) dq
e θ
iq
电网电压 位置计算
iαβ
3/2
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式(4-39)
∗ ir_pdq
+ ir_pdq
PI
1 urq
∗ ur_pdq
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+
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s
r
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G
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图(2)
+
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ud
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电网 式(4-39)
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变 换 器
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Q
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变 换 器
(ir ,is,us) dq
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u
1
C3S /2S
+ -
ωrdt
ira irb irc
C
ωs
ωr + ω1
d /dt C3S /2S
usa usb usc
电网
θ s
角度 变换
+ ωr
ω
1
u1
ωr
+
e θ
e θ +900
光电 编码 器 校 正
D
图(1)
Q
功率计
usd usq
ird
+
u1rq
1 urd
PI
u Δ rq u Δ rd
∗ isd
−Ld /Lm
∗ ird
+ + -
∗ urq
∗ urd
C2R/2S
C2S/3S
∗ ura ∗ urb ∗ urc
网侧变 换器
电网
PWM 调制
转子 侧变 换器
B
ird irq
光电 ωr 编码 器 电压补偿计 算(1) K/P 变换
C2S /2R C3S /2S
u1 ω1 除法器 Ψ1 1/ Lm
∗ ird
网侧变 换器 电网
Ψ1
ωr
1/Lm
+
∗ irq
转差 频率
A
+ -
PI
ωs Lrisd P∗
+ ∗ urq
∗ urd
C2R/2S C2S/3S
-
∗ ura ∗ urb ∗ urc
PWM 调制
+
q m
转子 侧变 换器
Q∗
PI
+ - irq +
∗ isq
−L /L PI PI
J
ims
+
传感器位置
滤波 器
ir_αβ
j eθs
ur_αβ
3/2 M
ω2
+
is_abc us_abc
图(5)
电网
ωr d/dt 图号
j e_θs
名称 图1 ω
图(3)
1
K
变速恒频双馈风力发电机电机空载并网控制系统框图
d/dt
θ 磁通角的 计算
s
定子磁链 计算
iαβs iαβs
3/2
iabcs uabcs