双馈式风力发电机的机电暂态建模_訾鹏

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双馈感应风力发电机的动态建模

双馈感应风力发电机的动态建模摘要许多大型风力发电厂采用双馈感应发电机（DFIG ）的变速风电机组，这一现象是现在公认的。

许多这样的风力发电厂已经运转着这样的机组,还有更多正在计划或在施工建设中。

随着风力发电进入电网的比例不断上升,需要更加深入的关于风力发电站和电力系统相互作用的综合研究。

这就需要精确的双馈感应风力发电机模型及相关的控制和保护电路。

因此，一个动态模型被推倒出来,可以用来模拟使用单笼和双笼的双馈感应风力发电机及它的控制和保护电路。

该模型适用于研究大型电力系统的暂态稳定过程。

利用该动态模型，可以研究在各种系统干扰下的风力发电厂和电力系统的表现。

考虑了在不同的控制收益下，通过使用变换器定子侧和转子侧电压控制，研究了DFIG 对于风力发电场的稳定性的影响。

关键词：双馈感应发电机，电力系统动态稳定性，电力系统建模符号说明s v 定子电压 r v 转子电压r s i i , 定转子电流d r s R R R ,, 定子，转子和双笼转子的电阻r s ωω, 同步角频率和转子角频率λ 磁通匝数 m L 磁感 rm L 转子互感d r s L L L ,, 定子，转子和双笼转子的漏感dd rr ss L L L ,, 定子，转子和双笼转子的自感s 转差J 风机的转动惯量机械力矩，电磁力矩和设定点力矩最优力矩最优风机力矩速度比 p dt d /上标表示每单位数量qd , 第一种小标表示正轴和交轴量optT optK sp e m T T T ,,d rs ,, 第二种小标表示定子，转子和双笼一、绪论许多国家现在认可了风是可持续发展的能源，而且全球的风力发电机的装机容量现在已经超过了25兆瓦。

因为可以减少网络兼容性和机械载荷这两个原因,许多大型风力涡轮机(安装在离岸或陆上的)都可变速运行的，且使用双馈感应发电机(DFIGs)。

[1]在过去,大多数国家的网络设计规范和标准不需要风电场在干扰中支持电力系统。

暂态谐波电网下双馈风力发电机建模与控制技术

暂态谐波电网下双馈风力发电机建模与控制技术
焦浩然;金萧;许国东;周波;年珩
【期刊名称】《电力系统自动化》
【年(卷),期】2024(48)3
【摘要】换相失败、励磁涌流、冲击性负荷等引起的暂态谐波进入电网易造成双馈感应发电机(DFIG)产生变流器过流脱网、机组稳定性破坏等严重后果。

为提高暂态谐波电网下DFIG的运行性能,改善其馈入电网的电能质量,首先,建立了暂态谐波电网下DFIG的数学模型;其次,提出了一种基于重复控制调节器的控制策略,在暂态谐波冲击下分别实现了转子电流平衡且正弦和定子电流平衡且正弦的控制目标;然后,分析了所提控制策略的控制性能,包括谐波电压抗干扰性能及控制目标切换后的稳定性能;最后,基于硬件在环仿真平台,对所提控制策略的有效性进行了实验验证。

【总页数】11页(P82-92)
【作者】焦浩然;金萧;许国东;周波;年珩
【作者单位】浙江大学电气工程学院;浙江运达风电股份有限公司;国网四川省电力公司电力科学研究院
【正文语种】中文
【中图分类】TM7
【相关文献】
1.考虑变流器限流与GSC电流的双馈风力发电机暂态全电流计算与分析
2.非理想电网下双馈风力发电机多模分段控制
3.双馈风力发电机组机端电压跌落的电磁暂
态机理4.计及撬棒电阻的双馈风力发电机暂态电势故障特征分析5.双馈风力发电机建模及谐波分析
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双馈风力发电机暂态自由响应近似解析解及其时间尺度分析

双馈风力发电机暂态自由响应近似解析解及其时间尺度分析薛安成;刘瑞煌;耿继瑜;毕天姝;王清【期刊名称】《电工技术学报》【年(卷),期】2017(032)024【摘要】从计及定转子暂态的双馈风力发电机(DFIG)五阶详细模型出发,结合外网戴维南等效电路,推导双馈风力发电机的二阶复系数微分方程,获得了磁链、电流自由响应的近似解析解及其定转子暂态时间常数近似计算公式.进而,给出自由响应近似解析解的验证方法,并进行仿真证明.分析了故障位置及接地电阻对暂态时间尺度的影响,结果表明不同故障场景下DFIG定转子暂态时间尺度差异较大,相应地,不同故障场景下的暂态分析需采用不同的模型,即暂态时间尺度和分析模型与故障相关.分析了暂态分析中机电暂态模型忽略定子和转子暂态过程的适应性.【总页数】10页(P214-223)【作者】薛安成;刘瑞煌;耿继瑜;毕天姝;王清【作者单位】华北电力大学新能源电力系统国家重点实验室北京 102206;华北电力大学新能源电力系统国家重点实验室北京 102206;江苏省电力科学研究院南京211100;华北电力大学新能源电力系统国家重点实验室北京 102206;国网上海市电力公司上海 200122;华北电力大学新能源电力系统国家重点实验室北京102206;华北电力大学新能源电力系统国家重点实验室北京 102206【正文语种】中文【中图分类】TM614【相关文献】1.Crowbar电路对双馈风力发电机暂态过程的影响分析 [J], 宋成宝;杨啸天;刘兴华;赵法起2.考虑剪切变形的自由阻尼悬臂梁瞬态响应近似解析解 [J], 胡明勇;杨少红;王安稳;程海军3.考虑变流器限流与GSC电流的双馈风力发电机暂态全电流计算与分析 [J], 王增平;李菁;郑涛;赵萍;杨浩4.无刷双馈风力发电机模型降阶第Ⅰ部分:无刷双馈风力发电机的多时间尺度模型[J], 王佩;刘永强5.计及撬棒电阻的双馈风力发电机暂态电势故障特征分析 [J], HE Xuan;FU Yuanhuan因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

基于Matlab的双馈感应风力发电机组暂态模型

基于Matlab的双馈感应风力发电机组暂态模型
李菁;杨浩;段秦刚
【期刊名称】《陕西电力》
【年(卷),期】2013(041)008
【摘要】近年来,风电已在电力系统中占有了不可忽视的地位.详细分析了变速恒频双馈感应风力发电机(DFIG)的多变量、强耦合、非线性的时变参数系统,总结并建立了DFIG完整的暂态仿真模型,给出了基于定子电压定向的矢量控制策略的数学原理及详细控制框图,对其最大风能追踪的控制性能、电压控制模式和无功控制模式下电网电压跌落30％时动态响应对比以及电网严重故障情况进行了仿真分析,仿真结果验证了模型的有效性.
【总页数】5页(P21-25)
【作者】李菁;杨浩;段秦刚
【作者单位】山东省电力公司电力科学研究院,山东济南 102206;海淀供电公司,北京100086;广东电网电力调度中心,广东广州 512000
【正文语种】中文
【中图分类】TM614
【相关文献】
1.基于Matlab的双馈风力发电机组动态特性研究 [J], 杜文妍;周明;蒋伟
2.基于MATLAB 的双馈型风力发电机组仿真系统研究∗ [J], 王旭
3.双馈风力发电机组等效模型对机组暂态稳定性影响 [J], 刘思;田德;邓英;戴烁明;
汪宁渤
4.基于Matlab/Simulink的双馈感应风力发电机组建模和仿真研究 [J], 徐希望;李庚银
5.基于并网型双馈感应发电机的风电场暂态稳定性研究 [J], 蔡彦涛;杨俊华;杨梦丽;汤琼;吴捷
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基于双馈电机风力发电系统的建模与仿真

图今１５定子侧三相电压波形图二．．．．．．．．．．．．．．．．．３ “．．．．．．．．．．．．．．．．．９．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．
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双馈式风力发电机的机电暂态建模_訾鹏_周孝信_田芳_安宁_侯俊贤_张石_陶向宇

(2)
式中：Lss、Lrr 分别为定、转子绕组自感；Lm 为定转子间互感。在机电暂态仿真中，DFIG 轴系特性对电网特性影响可忽略[23]。因此，本文采用单质块等效模型。
Tj
dr Tm Te F r dt

(3)
式中：Tj 为轴系等效惯性时间常数； r 为轴系角速度；F 是为摩擦系数。
0 引言
截止 2012 年底，中国风电装机容量 75945.2MW，已跃居为世界首位[1]。大容量、集中式、远距离是中国风电并网的主要特点。这些特点决定了电网与大型风电场群联系较弱，一旦发生故障，可能造成大量风力机脱网，威胁电力系统的安全稳定[2-3]。如何准确分析风电场接入后，特别是弱电网条件下，风电机组对电网故障的穿越特性已成为电力系统规划、运行分析的关键问题。双馈式风力发电机(doubly-fed induction generator，DFIG)组因良好的经济性和运行特性，已成为主力机型之一。但是，DFIG 定子直接并网，导致机组对电网故障非常敏感，而且在电网故障情况下小功率变频器对机组的控制能力也受到限制[4]，因此，控制保护结构复杂，在不同的运行工况，尤其是电网故障时，DFIG 运行特性有很大不同。风电机组技术变化快，新型机组采用撬棒电阻(crowbar)和卸荷电路 (chopper)，与不采用的机组特性差别大。目前缺乏准确的机电暂态模型，使仿真结果有时偏保守，有时偏乐观，可信度低。因此需要运行中留出较大的安全裕度，成为风电场限电的因素之一。研究适用于大规模风电场接入电力系统的 DFIG 机电暂态模型具有重要实际意义。
(China Electric Power Research Institute, Haidian District, Beijing 100192, China) ABSTRACT: This paper proposed an electromechanical model of the doubly-fed induction generator (DFIG) suitable for bulk system transient stability studies. The suitable model was presented for rotor-side convertor and crowbar, based on the possible operating modes; according to the characteristic of electromechanical transient simulation and physical facilities, the model of grid-side convertor and controller was simplified; the DC-link and chopper were also taken into account; after statistical analysis of mass field data from type test, the low-voltage-ride-through (LVRT) control strategies of crowbar, chopper, and active/reactive power were proposed. Taking Sinovel 1.5MW DFIG as an example, several simulations were performed in power system analysis software package (PSASP). Simulation results show that dynamic response of the proposed model is consistent with field data, owing to the reasonability and accuracy of the model. So, it can be used to analyze the impact of grid-connected large-scale DFIG system on security and stability of power grid. KEY WORDS: doubly-fed induction generator (DFIG); electromechanical transient model; crowbar; chopper; low voltage ride-through (LVRT); power system stability 摘要：建立可用于大型电力系统暂态稳定分析的双馈式风力发电机(doubly-fed induction generator， DFIG)机电暂态模型。详细分析转子侧变流器和撬棒电阻(crowbar)可能的工作模式，提出计及 crowbar 的转子侧变流器和控制器机电暂态建模方法；根据机电暂态仿真和设备参数的特征，研究网侧变流器和控制器的简化建模方法；建立直流电压动态和卸荷电路(chopper)数学模型。基于大量型式实验数据，研究国产 DFIG 在低电压穿越过程中 crowbar、chopper 的控制逻辑和

双馈感应风电机组电磁暂态建模、控制及实证研究的开题报告

双馈感应风电机组电磁暂态建模、控制及实证研究的开题报告一、课题背景随着风能发电技术的不断发展，风电机组已成为可再生能源领域内最成熟的技术之一。

而其中，双馈感应风力发电机组已成为广泛采用的一种技术。

该类型机组具有结构简单、成本低、转矩稳定等优点，但其电磁暂态响应特性对系统稳定性有较大影响。

在实际应用中，双馈感应风力发电机组的电磁暂态响应特性主要取决于机组内部的控制系统以及与之相应的电磁暂态建模，因此对该类型机组电磁暂态响应特性的探究和优化具有重要的理论和实际意义。

二、研究目的本课题旨在通过对双馈感应风力发电机组电磁暂态建模和控制的深入研究，探索其电磁暂态响应特性，并进一步优化机组控制策略，以提高机组的性能和稳定性。

三、研究内容和技术路线本课题主要研究内容包括：1. 双馈感应风力发电机组的电磁暂态建模，建立电机、转子、电网等部分的数学模型，通过仿真分析机组在不同工况下的电磁暂态响应特性；2. 基于双馈感应风力发电机组电磁暂态模型，设计相应的控制策略，包括电网侧、转子侧和整机控制等，优化机组的运行性能与稳定性；3. 通过实验验证研究成果，并分析实验结果，证明所提出的优化控制策略的有效性和实用性。

技术路线如下：1. 借助Matlab/Simulink软件进行电磁暂态建模及仿真分析；2. 设计控制算法，根据仿真分析结果进行控制策略调整；3. 建立双馈感应风力发电机组实验平台，进行实验验证研究成果。

四、预期成果通过对双馈感应风力发电机组电磁暂态建模和控制的深入研究，本项目预期取得以下成果：1. 建立双馈感应风力发电机组的电磁暂态模型，并深入分析机组运行特性，为机组的优化控制提供理论依据；2. 设计并实现双馈感应风力发电机组控制策略，提高机组性能和稳定性，为实际应用提供技术参考；3. 通过实验验证和分析，验证研究成果的有效性和实用性，进一步推广普及该类型风力发电机组的应用。

五、研究意义1. 对于风电机组电磁暂态响应特性的深入探究，对提高机组的性能和稳定性具有重要的理论价值和实用意义；2. 通过研究双馈感应风力发电机组电磁暂态建模和控制，为该类型机组的优化运行提供技术支持和指导，促进可再生能源行业的发展。

电网故障下双馈感应风力发电机组的暂态运行性能研究的开题报告

电网故障下双馈感应风力发电机组的暂态运行性能研究的开题报告一、选题背景风力发电是清洁能源的重要来源之一。

在风力发电系统中，双馈感应风力发电机组是一种常见的类型。

在电网故障发生时，由于电力系统瞬间电压下降，风力发电系统的暂态运行性能将受到影响。

因此，研究双馈感应风力发电机组在电网故障下的暂态运行性能，对于提高风力发电系统的稳定性和可靠性具有重要的意义。

二、研究目的和意义本文的研究目的是通过建立双馈感应风力发电机组的数学模型，分析在电网故障发生时双馈感应风力发电机组的暂态响应过程，探究其暂态运行性能。

具体研究内容包括：1. 建立双馈感应风力发电机组的数学模型。

2. 分析不同类型电网故障对双馈感应风力发电机组的暂态响应过程的影响。

3. 探究双馈感应风力发电机组在电网故障下的功率响应、电压响应和转速响应。

4. 通过仿真分析，评估双馈感应风力发电机组在电网故障下的暂态运行性能。

本文的研究意义在于提高风力发电系统在电网故障下的稳定性和可靠性，为风力发电技术的进一步发展提供技术支持。

三、研究方法本文采用建模仿真的方法研究双馈感应风力发电机组的暂态运行性能。

具体方法包括以下几个步骤：1. 建立双馈感应风力发电机组的数学模型，包括机械系统模型、电磁系统模型和功率控制系统模型等。

2. 采用Matlab软件对双馈感应风力发电机组的数学模型进行仿真分析。

3. 分析不同类型电网故障对双馈感应风力发电机组的暂态响应过程的影响。

4. 探究双馈感应风力发电机组在电网故障下的功率响应、电压响应和转速响应。

5. 评估双馈感应风力发电机组在电网故障下的暂态运行性能。

四、研究计划1. 第一阶段：确定研究内容和研究方法（1个月）。

2. 第二阶段：建立双馈感应风力发电机组的数学模型（2个月）。

3. 第三阶段：分析不同类型电网故障对双馈感应风力发电机组的暂态响应过程的影响（2个月）。

4. 第四阶段：探究双馈感应风力发电机组在电网故障下的功率响应、电压响应和转速响应（2个月）。

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有功、无功功率特殊控制策略。以华锐 1.5MW DFIG 机组为例，用电力系统分析综合程序包软件仿真分析 3 种不同工况下的运行特性。仿真结果与现场实测曲线一致，证明所建模型准确、可靠，可用于分析大规模 DFIG 风电场接入对电力系统暂态稳定性的影响。关键词：双馈式风力发电机；机电暂态模型；撬棒电阻；卸荷电路；低电压穿越；电力系统稳定
DFIG 稳态运行时，异步电机输出的总有功功
率为
Pe Lmr (idr iqs iqr ids )
(4)
的 dq 轴分量；idr、iqr 为 I 的 dq 式中：ids、iqs 为 I s r
轴分量。
DFIG 稳态运行时，异步电机定子输出的无功
功率为
Qs

Lm ( ds idr qs iqr ) Lss
0 引言
截止 2012 年底，中国风电装机容量 75945.2MW，已跃居为世界首位[1]。大容量、集中式、远距离是中国风电并网的主要特点。这些特点决定了电网与大型风电场群联系较弱，一旦发生故障，可能造成大量风力机脱网，威胁电力系统的安全稳定[2-3]。如何准确分析风电场接入后，特别是弱电网条件下，风电机组对电网故障的穿越特性已成为电力系统规划、运行分析的关键问题。双馈式风力发电机(doubly-fed induction generator，DFIG)组因良好的经济性和运行特性，已成为主力机型之一。但是，DFIG 定子直接并网，导致机组对电网故障非常敏感，而且在电网故障情况下小功率变频器对机组的控制能力也受到限制[4]，因此，控制保护结构复杂，在不同的运行工况，尤其是电网故障时，DFIG 运行特性有很大不同。风电机组技术变化快，新型机组采用撬棒电阻(crowbar)和卸荷电路 (chopper)，与不采用的机组特性差别大。目前缺乏准确的机电暂态模型，使仿真结果有时偏保守，有时偏乐观，可信度低。因此需要运行中留出较大的安全裕度，成为风电场限电的因素之一。研究适用于大规模风电场接入电力系统的 DFIG 机电暂态模型具有重要实际意义。
文章编号：0258-8013 (2015) 05-1106-09
双馈式风力发电机的机电暂态建模
訾鹏，周孝信，田芳，安宁，侯俊贤，张石，陶向宇
(中国电力科学研究院，北京市海淀区 100192)
Electromechanical Transient Modeling of Wind Turbines Based on Doubly-fed Induction Generator
基金项目：国家重点基础研究发展计划项目 (973 项目 ) (2013CB228203)；国家 863 高技术基金项目(2011AA05A103)。 The National Basic Research Program of China (973 Program) (2013CB228203); The National High Technology Research and Development of China 863 Program (2011AA05A103).
ZI Peng, ZHOU Xiaoxin, TIAN Fang, AN Ning, HOU Junxian, ZHANG Shi, TAO Xiangyu
(China Electric Power Research Institute, Haidian District, Beijing 100192, China) ABSTRACT: This paper proposed an electromechanical model of the doubly-fed induction generator (DFIG) suitable for bulk system transient stability studies. The suitable model was presented for rotor-side convertor and crowbar, based on the possible operating modes; according to the characteristic of electromechanical transient simulation and physical facilities, the model of grid-side convertor and controller was simplified; the DC-link and chopper were also taken into account; after statistical analysis of mass field data from type test, the low-voltage-ride-through (LVRT) control strategies of crowbar, chopper, and active/reactive power were proposed. Taking Sinovel 1.5MW DFIG as an example, several simulations were performed in power system analysis software package (PSASP). Simulation results show that dynamic response of the proposed model is consistent with field data, owing to the reasonability and accuracy of the model. So, it can be used to analyze the impact of grid-connected large-scale DFIG system on security and stability of power grid. KEY WORDS: doubly-fed induction generator (DFIG); electromechanical transient model; crowbar; chopper; low voltage ride-through (LVRT); power system stability 摘要：建立可用于大型电力系统暂态稳定分析的双馈式风力发电机(doubly-fed induction generator， DFIG)机电暂态模型。详细分析转子侧变流器和撬棒电阻(crowbar)可能的工作模式，提出计及 crowbar 的转子侧变流器和控制器机电暂态建模方法；根据机电暂态仿真和设备参数的特征，研究网侧变流器和控制器的简化建模方法；建立直流电压动态和卸荷电路(chopper)数学模型。基于大量型式实验数据，研究国产 DFIG 在低电压穿越过程中 crowbar、chopper 的控制逻辑和
例，分析 3 种不同工况下的运行特性，仿真结果与现场实测曲线一致，表明本文提出的 DFIG 机电暂态模型准确、可靠，可用于分析 DFIG 风电场接入大型电力系统的暂态稳定性。
1
1.1
DFIG 风电机组机电暂态模型
异步电机模型为实现 DFIG 机电暂态模型与电网相量模型接
口，异步电机采用三阶模型，忽略了定子暂态过渡过程[22]。矢量形式的电压方程为
(2)
式中：Lss、Lrr 分别为定、转子绕组自感；Lm 为定转子间互感。在机电暂态仿真中，DFIG 轴系特性对电网特性影响可忽略[23]。因此，本文采用单质块等效模型。
Tj
dr Tm Te F r dt

(3)
式中：Tj 为轴系等效惯性时间常数； r 为轴系角速度；F 是为摩擦系数。
RI U s s s j s r p r U r Rr I r js eBase
分别为定、转子绕组电阻；s 为转差

矢量形式的磁链方程为
L I s Lss I s m r L I r Lrr I r m s
第5期
訾鹏等：双馈式风力发电机的机电暂态建模
1107
在电磁暂态建模方面，文献[5-6]研究了电网故障情况下 DFIG 详细数学模型，分别对异步电机、转子侧网侧变流器及控制器进行建模，研究其运行特性。在低电压穿越 (low-voltage-ride-through ， LVRT)运行控制方面，文献[7-11]基于 DFIG 内部电磁关系研究了转子侧变流器和网侧变流器的控制策略，在电网电压跌落较轻时，不需要 crowbar 或 chopper 投入即可有效抑制转子过流和直流过压。文献[4,12-14]基于定转子故障电流的特性分析，提出 DFIG 低电压穿越控制方案，即在电网电压发生严重跌落时，通过投切 crowbar，防止转子过流和直流过压。上述的模型和控制器设计均属于电磁暂态的范畴，模型和控制结构复杂，用于风电场接入大型电力系统暂态稳定分析时，计算速度慢、数值稳定性差。在机电暂态建模方面，美国西部电力协调委员会 (WECC) 、国际电工委员会 (IEC) 联合 Vestas 、 Siemens、 Gamesa、 GE、 ABB 等厂商正在制定 DFIG 机电暂态通用模型的建模和实证标准[15-18]。 DFIG 机电暂态模型中发电机/变流器、crowbar、chopper 的简化程度取决于 DFIG 采用的低电压穿越保护技术。文献[19-21]提出的 DFIG 机电暂态通用模型比较适合于转子变流器容量较大，只在直流侧采用 chopper 保护的 DFIG 机组。该类型机组在 LVRT 过程中全程可控。从研究大电网稳定性的角度看，其动态主要取决于有功/无功功率、桨距角控制器的特性。但是仿真转子侧采用 crowbar、chopper 保护的 DFIG 机组存在一定的困难，不能满足国内大多数在运 DFIG 的建模需求。本文提出适用于大型电力系统暂态稳定分析的 DFIG 机电暂态建模方法。建立三阶异步电机的数学模型；详细分析 LVRT 过程中转子侧变流器和 crowbar 可能的工作模式，忽略快动态的电磁暂态过程，提出转子侧变流器和 crowbar 的机电暂态建模方法。在保证有功、无功功率控制效果的前提下，研究了转子侧变流控制器、网侧变流器和控制器简化建模方法，简化控制结构，解决了机电暂态仿真步长下数值积分不稳定问题，可降低对某些参数的依赖，提高计算效率。建立直流电压动态和 chopper 数学模型；基于大量现场实验数据，研究国产 DFIG 在 LVRT 过程中有功、无功功率特殊控制策略和 crowbar、chopper 的控制逻辑。以电力系统分析综合程序包为仿真平台，以华锐 1.5MW DFIG 机组为