基于云模型的DFIG型风电场动态电压等值方法

DFIG低电压穿越动态特性及穿越策略的研究的开题
报告
一、选题背景及意义
目前，风力发电是清洁能源的一种新兴发展模式，但由于其依赖于
天气环境，导致风电发电机在供电过程中存在着一些动态性能问题，如
低电压穿越问题。

其中，直驱式风电发电机（DFIG）由于其较高的发电
效率、适应性好等特点，在风电领域得到了广泛应用。

而DFIG面临的低电压穿越问题，给电网运行和设计带来一定的难度，因此研究DFIG低电压穿越动态特性及穿越策略，对于提高风电发电机的稳定性和电网质量
有着重要的意义。

二、研究内容
1. 定义低电压穿越及其影响：通过分析风电接入电网时可能出现的
低电压问题，探讨低电压穿越的定义及其对电网质量的影响。

2. DFIG低电压穿越动态特性分析：通过建立DFIG的数学模型，探讨DFIG在低电压条件下的动态特性，包括发电机的励磁特性、电网电压与频率的变化等。

3. 低电压穿越策略探讨：通过对已有的低电压穿越策略进行整理归纳，分析各种策略的优缺点，并提出一种具备更好优化效果的策略，以
便实现DFIG低电压穿越的控制与优化。

三、研究方法
1. 建立DFIG的数学模型，分析其在低电压条件下的动态特性，并
利用MATLAB等软件对DFIG的动态响应进行仿真。

2. 通过实验仿真与分析等手段，分析已有的DFIG低电压穿越策略，并提出改进策略，以提高风电发电机的稳定性和电网质量。

四、预期成果
通过对DFIG低电压穿越动态特性及穿越策略的研究，预期解决DFIG低电压穿越问题，提高风电发电机的稳定性和电网质量，为风电发电机的应用和推广提供有力的支持和保障。

考虑弃风的DFIG风电场动态等值模型王增平;张乐丰【期刊名称】《电力系统保护与控制》【年(卷),期】2014(000)013【摘要】我国弃风现象严重，在此大环境下，为了得到更为准确的风电场模型，提出了一种考虑弃风的双馈感应异步发电机（DFIG）风电场的建模方法。

该方法考虑了由于尾流效应导致风电场内各台风力机输入风速不同，兼顾调度部门向风电场下达的弃风指令，提出了以风能利用率C p为分群指标，建立了DFIG风电场的多机等效动态模型，大幅度提高了仿真速度。

该方法更贴近风电场实际运行情况，分群指标易于得到。

通过PSCAD算例仿真及结果对比，表明该风电场等值模型的输出在稳态和故障情况下都能更好地拟合详细模型。

%In China, wind power curtailment is very common. For geting a more accurate wind farm model, a new wind farm model of DFIG considering wind power curtailment is proposed. This method takes both wake effect and the order from power dispatchers into account, to make power coefficient as a classification index, a multi-machine dynamic equivalence model with DFIG is built, the run time of this model is less. Classification index is easy to get and the model is more similar to actual operation situation. By establishing models on PSCAD platform, the results show that the proposed equivalent model can more accurately describe the output of the detailed model under both steady state and transient state.【总页数】6页(P1-6)【作者】王增平;张乐丰【作者单位】华北电力大学电气与电子工程学院，北京 102206;华北电力大学电气与电子工程学院，北京 102206【正文语种】中文【中图分类】TM619【相关文献】1.弃风条件下考虑机群电价差异的风电场控制策略 [J], 刘晓光;吕渤林2.弃风条件下考虑机群电价差异的风电场控制策略 [J], 刘晓光;吕渤林;3.含DFIG的风电场仿真等值模型研究与稳定性分析 [J], 刘文;康积涛;王德林;傅晓锋4.考虑最小弃风的风电场接入容量与位置优化方法 [J], 孙珂;孟健;程林;王智冬5.考虑弃风成本和深度调峰成本的弃风临界值计算 [J], 蔡振华;李立雄因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

电气传动2020年第50卷第7期摘要：针对目前风电场无功调节能力不足现状，提出了一种基于本地模式DFIG 无功控制策略。

针对根据DFIG 定转子电流和静态稳定极限确定了DFIG 的无功输出极限，从直流电压波动角度得到二者之间的优先级。

在风电场无功电压损耗计算的基础上，给出了基于定子电压和输出功率的无功给定参考函数的本地模式无功控制策略。

通过DIgSILENT/Power Factory 算例对比了机组单位功率因数运行和本地模式DFIG 无功控制策略运行方式的结果，验证了所提控制策略的有效性。

关键词：双馈异步发电机；网侧变流器；无功控制；功率因数调整；DIgSILENT/Power Factory 中图分类号：TM28文献标识码：ADOI ：10.19457/j.1001-2095.dqcd19589Local Mode DFIG Wind Farm Reactive Power Control StrategyDU Xingwei 1,YAN Shuaibang 2,WANG Juan 2,CUI Jinlan 2,LI Wulong 3（1.State Grid Henan Electric Power Supply Company ，Zhengzhou 450018，Henan ，China ；2.State Grid Zhengzhou Electric Power Supply Company,Zhengzhou 450000，Henan ，China ；3.Beijing Zhongheng Borui Digital Electric Technology Company ，Beijing 100085，China ）Abstract:For solving wind farm reactive power weak regulation ability,a local mode DFIG reactive power controlstrategy was proposed.DFIG reactive power capacity limit was deduced from rotor and stator current as well as steady stability limit,and the priority of DFIG grid side converter and stator reactive power generation was given on the basisof DC link voltage fluctuation.According to wind farm reactive power loss calculation results,a local mode reactive power control strategy was proposed.Both constant power factor and wind farm local reactive power control strategy were simulated by DIgSILENT/Power Factory,which verify the effectiveness of local mode reactive power control strategy.Key words:doubly fed induction generator (DFIG)；grid side converter (GSC)；reactive power control ；power factorregulation ；DIgSILENT/Power Factory基于本地模式的DFIG 风电场无功控制策略杜兴伟1，闫帅榜2，王娟2，崔金兰2，李武龙3（1.国网河南省电力公司，河南郑州450018；2.国网郑州供电公司，河南郑州450000；3.北京中恒博瑞数字电力科技有限公司，北京100085）作者简介：杜兴伟（1980—），男，硕士，高级工程师，Email:*****************ELECTRIC DRIVE 2020Vol.50No.7由于我国能源负荷分布所呈现的逆空间分布特性，大规模新能源汇集特高压送出方式输送至负荷中心的方式较为普遍[1]。

专利名称：DFIG风电场外特性等效模型的构建方法专利类型：发明专利
发明人：徐振华,李欣然,李培强,朱琳,户龙辉
申请号：CN201210518143.2
申请日：20121206
公开号：CN103023027A
公开日：
20130403
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种DFIG风电场外特性等效模型的构建方法，DFIG总体等效模型响应为其中、Q、P、Q、P分别表示DFIG整体有功、无功响应，定子有功、无功响应、网侧有功响应；P、Q 分别表示控制等效模型有功、无功响应，在此忽略网侧无功输出；下标“”表示此为等效模型响应，以区别于仿真模型响应。

该DFIG风电场外特性等效模型的构建方法拟合精度高，且仿真速度快。

申请人：湖南大学
地址：410082 湖南省长沙市岳麓区麓山南路2号
国籍：CN
代理机构：长沙市融智专利事务所
代理人：黄美成
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大规模风电场的静态及动态等值方法引言：工程实际中,风电并网对电网的影响经常是“场”，即若干台“机”集聚后对电网的综合效应。

因此,建立能够精确反映风电场运行特性的模型是进行所有其它相关问题研究的基础。

通常,大规模风电基地包含几千台风电机组,针对每台机组对风电场进行详细建模的任务相当繁琐，同时会导致潮流难于收敛，并且大大延长仿真时间，对系统分析软件计算规模提出更高要求。

同时复杂的风电场模型对运行调度部门进行日常方式安排和安全稳定措施控制研究也很不方便。

因此，对大规模风电场进行等值计算分析，对于工程实际很有意义。

风电场常用等值方法风电场常用等值方法有两种。

等值方法1如图1 所示。

图1 等值方法1图1把风电场等值成1台风电机和1台发电机，等值风电机组的容量等于所有风电机组容量的代数和，其输入为平均风速。

等值参数的计算公式如下：式中：MM为风电机组台数，下标eq表示等值后；S、P、C、H、K、D、Z G、Z T、v分别表示容量、有功功率、补偿电容、惯性时间常数、轴系刚度系数、轴系阻尼系数、发电机阻抗、机端变压器阻抗和风速。

等值方式2如图2所示。

图2 等值方法2等值方式2中，把风电场等值为1台发电机，保留所有风力机和风速模型，叠加风力机的机械转矩Tusm，并把其作为等值发电机的输入。

等值参数的计算公式如下：当风机间风速差异较大时，风速波动下采用等值方式1会出现有功功率和无功功率误差，而等值方式2仅会出现无功功率误差；故障条件下等值方式1、2都会出现有功功率和无功功率误差，其误差大小与故障持续时间、故障前风电机组的风速有关，此时等值方式2的等值精度优于等值方式1。

故障条件下，常用等值方法与分类方法相结合，这样可以显著提高风电场动态等值模型的精度。

风电场机组稳态等值：为了对含有风电场的电力系统进行传统的潮流分析,需要考虑不同类型风电场在潮流程序中的节点类型，理想的情况是将风电机组的稳态等值电路添加在潮流程序中,得到相应的滑差、有功和无功,从而求得修正方程式中的有功、无功不平衡量,进而修改雅克比矩阵,进行后续迭代计算。

基于DFIG可用无功裕度的风电场无功电压控制方法
崔杨;彭龙;仲悟之;尹佳楠
【期刊名称】《电测与仪表》
【年(卷),期】2016(053)002
【摘要】本文提出一种新型双馈风电场无功电压控制方法,旨在满足风电场并网点电压要求的同时能够减少各机组机端电压的差异,以提高机组联网运行能力.该方法考虑了风电场的有功电压特性与双馈型风机的无功调控裕度,通过实时监测风电场升压站高压侧母线电压偏差能较准确地计算风电场无功需求;建立了以降低各机组机端电压差异为目标的无功控制模型,并利用遗传算法确定各机组无功输出分配方案.仿真算例验证了该方法能有效降低各机组机端电压差异,使并网点电压满足电网运行指标.
【总页数】6页(P15-20)
【作者】崔杨;彭龙;仲悟之;尹佳楠
【作者单位】东北电力大学电气工程学院,吉林吉林132012;东北电力大学电气工程学院,吉林吉林132012;中国电力科学研究院,北京100192;东北电力大学电气工程学院,吉林吉林132012
【正文语种】中文
【中图分类】TM761.1
【相关文献】
1.基于DFIG自身无功能力提高风电场的电压稳定性的研究 [J], 高瑶;陆浩;李权周
2.计及无功裕度的双馈风电场无功电压协调控制 [J], 孙伟伟;付蓉;陈永华
3.基于风电机组无功裕度预测的风电场无功分层控制策略 [J], 刘颖明;刘闯闯;王晓东
4.基于节点电压控制的风电场无功控制方法 [J], 赵希
5.考虑无功裕度的受端电网暂态电压稳定性控制方法研究 [J], 张运厚;柳顺楠;刘继成;任普春;关皓闻
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含DFIG的风电场仿真等值模型研究与稳定性分析刘文;康积涛;王德林;傅晓锋【摘要】根据风轮机原理提出了等值风速的概念,以及一种建立风电场等值机模型的方法.就风电场三种不同分布形式,分别提出了等值机模型建立的方法.针对所建立模型在PSCAD/EMTDC上进行仿真分析,验证所建模型的正确性,同时根据动态特性说明所建模型的适应性.%According to the principle of wind turbine,the concept of equivalent wind speed is put forward.The method of establishing the equivalent model of wind farm is put forward for the three kinds of different distribution forms of it.Simulation analysis is carried out in the PSCAD/EMTDC to verify the correctness of the proposed model,and the adaptability of the model is verified by the dynamic characteristics.【期刊名称】《电测与仪表》【年(卷),期】2017(054)005【总页数】6页(P34-39)【关键词】双馈风机;风电场等值;适用性分析【作者】刘文;康积涛;王德林;傅晓锋【作者单位】西南交通大学电气工程学院,成都610031;西南交通大学电气工程学院,成都610031;西南交通大学电气工程学院,成都610031;西南交通大学电气工程学院,成都610031【正文语种】中文【中图分类】TM6140 引言对含双馈风机的风电场分析大多是将一定数量的同型机等效为一台等值机［1-2］，这种等值方法往往忽略了输电线电抗影响，以及不同区域风速变化的影响，所得到的结果往往是理想值，与实际的情况有所偏差。

双馈式感应发电机(D F I G)说明双馈式感应发电机（DFIG）简介刘大明双馈电机（或称为交流励磁电机），它早在四十年代就已经出现。

随着电力电子技术和数字控制技术的发展，双馈电机在电气性能方面所具有的一系列优点和巨大的潜力，已经引起国内外的高度重视。

双馈式感应发电机(Doubly-Fed Induction Generator, DFIG) 使用绕线式转子，由于电力可经由转子侧之电力转换器双向流动，因此发电机馈入电力系统的界面同时包括定子侧（Line side）及转子侧（Rotor side），其电力转换器功率仅为发电机额定功率之20~30%，故成本较低，而且发电机可变速范围可达同步转速之±30%，因此性能/价格比值最高，为目前大型风力发电机中最普遍采用之组态。

全球前10大风力发电机制造商的产品中有六成以上的变速风力发电机采用双馈式感应发电机，本文将介绍双馈式感应发电机的基本原理与特性。

一、双馈式感应发电机（DFIG）基本原理双馈式感应发电机（DFIG）是在同步发电机和异步发电机的基础上发展起来的一种新型发电机，其转子具有三相励磁绕组结构。

当通以某一频率（转差频率）的交流电时，就会产生一个相对转子旋转的磁场，转子的实际转速加上交流励磁产生的旋转磁场所对应的转速等于同步转速，则在电机气隙中形成一个同步旋转磁场，在定子侧感应出同步频率的感应电势。

从定子侧看，这与同步发电机直流励磁的转子以同步转速旋转时，在电机气隙中形成一个同步旋转的磁场是等效的。

双馈式感应发电机与一般感应发电机不同之处在于联接其转子侧之PWM脉宽调变电力转换器具有四象限之运转能力，电力转换器提供低频（转差频率）的交流电流(或电压)进行励磁，调节励磁电流(或电压)的幅值、频率、相位，来实现定子恒频恒压输出，其定子输出特性与同步发电机十分类似，所以有一些文献指出，双馈式感应发电机可以视为同步发电机与感应发电机之综合体。

从能量流动的特性来看，与采用直流励磁的同步发电机相比，同步发电机励磁的可调量只有直流励磁电流的幅值一个，所以同步发电机励磁一般只能对无效功率进行调节，而双馈式感应发电机，其励磁的可调量除了励磁电流的幅值外，还有励磁电流的频率和相位。