风电机组并网运行特性

Induction
Generator 感应发电机
Induction Generator with
Variable Rotor Resistance (“Opti-slip”)
转子电阻可调的感应发电机 (“最优滑差”)
No Q-control
无无功控制
Strong Short Circuit Contribution
DFIG变速风电机组控制策略
变速风电机组控制策略
高风速
有功功率 低风速 恒功率因数控制模式
无功功率 恒电压控制模式
15
变速风电机组控制系统
定子绕组有功功率与无功功率的解耦控制
16
变速风电机组控制系统
保持相电压和相电流同相位
次同步运行
超同步运行 17
变速风电机组控制系统
机组跟踪最优功率曲线的能力
1.080
1.120
1.160
1.200
6
Doubly-Fed Induction Generator 双馈感应发电机
变频器
齿轮箱
双馈感应发电机
电网
7
Direct-Drive Synchronous Generator 直接驱动的同步发电机
同步发电机
变频器
电网
8
Converter-Driven Synchronous Generator (with gearbox)
通过变流器控制或在变电站加装SVC等 提高电能质量。
23
谢 谢！
王伟胜
电话：010-82812411 Email: wangws@ 中国电力科学研究院 北京清河 100085
24
风电机组并网运行特性
王伟胜 中国电力科学研究院
2006-09-22 苏州 1
风力发电机组类型
Fixed Speed 定速
Variable Speed 变速
Stall 失速 Pitching 变桨距
No Q-control Q-control
不能控制无功
无功控制
Induction
Generator 感应发电机
变换器驱动的同步发电机（带齿轮箱）
齿轮箱
同步发电机 变频器
电网
9
DFIG变速风电机组结构
风
风力机
齿轮箱 双馈感应发电机
LS HS
AC/DC DC/AC
电网
10
风力机功率特性
11
变速风电机组原理
固定转速风电机组与变速风电机组空气动力学特性比较
12
DFIG变速风电机组控制系统结构
风力机
风速 veq
短路电流大
DFIG
双馈电机
CD-SG
逆变器驱动同步电机
CD-IG
逆变器驱动感应电机
Weak Shc. Contrib.
短路电流小
2
Fixed Speed Induction Generator 定速感应发电机
电网 齿轮箱
感应发电机
3
Variable Rotor Resistance(Opti-slip) 可变转子电阻（最优滑差）
转子侧变流器控制 连续快速调节特性 在无功输出极限范围内可以实现恒电压控制
21
Q&A 3 双馈发电机并网发电的控制过程？
变流器首先接入电网 通过转子侧变流器控制实现平稳启动
22
Q&A
4 风力发电机组输出电能质量的考核指标？ 如何提高电能质量?
电压偏差和频率偏差 电压暂降 电压波动和闪变 谐波
18
变速风电机组控制系统
按照恒定功率因数运行的能力（
）
有功功率
无功功率 19
Q&A
1 双馈电机的工作原理？在风力发电机组 上使用的优缺点？
低风速下功率系数高(发电量高) 易于实现有功功率控制 无功功率控制功能(恒功率因数或者恒电压) 抑制电压波动和闪变 造价高，潜在的谐波问题
20
Q&A 2 双馈发电机的无功补偿的工作原理？
3.00
Rotor Resistance 转子电阻
2.00
Constant Y = 1.000 p.u.
1.00
0.00
-1.00 1.000
x-Axis :
1.040 GWT: Speed in p.u. GWT: Electrical Torque in p.u. GWT: Electrical Torque in p.u. GWT: Electrical Torque in p.u.
IG
Gear Box 齿轮箱
感应发电机
Grid
电网
4
gearbox turbine
generator
A B C
external resistor
n u,i
B6 bridge
slip controller
IGBT
firing unit
5
D IgSIL EN T
Opti-Slip Concept 最优滑差概念
双馈电机 齿轮箱
变压器
电网ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
桨
桨距角驱
距
动机构
角
控
ref
制
系
f (veq )
统
veq
风力机控制系统
C
PWM
ir
is 转子侧
us r
变流器 控制系统
电 感
PWM
电网侧 ig
udc
变流器 控制系统
ug
双馈电机 控制系统
r
Psopt f ( r) Ps _ ref Qs _ ref
u Q dc _ ref
electricaltorqueinpuconstanty1000pudigsilent7doublyfedinductiongenerator双馈感应发电机齿轮箱变频器双馈感应发电机电网8directdrivesynchronousgenerator直接驱动的同步发电机变频器电网同步发电机9converterdrivensynchronousgeneratorwithgearbox变换器驱动的同步发电机带齿轮箱齿轮箱同步发电机变频器电网10dfig变速风电机组结构风风力机齿轮箱lshs双馈感应发电机电网acdcdcac11风力机功率特性12变速风电机组原理固定转速风电机组与变速风电机组空气动力学特性比较13dfig变速风电机组控制系统结构齿轮箱pwmpwm转子侧变流器控制系统电网侧变流器控制系统桨距角驱动机构风力机风速eqv双馈电机变压器电网eqvfeqvref桨距角控制系统c电感risisudcugigurefdcurefrqrefsprefsqfprrrsopt双馈电机控制系统风力机控制系统14dfig变速风电机组控制系统双馈电机控制系统转子侧变流器控制系统电网侧变流器控制系统转子侧变流器控制系统的控制目标双馈电机定子绕组的有功功率与无功功率的解耦控制电网侧变流器控制系统的控制目标保持直流电压的恒定保持交流侧相电流的正弦波形保持相电压和相电流同相位15dfig变速风电机组控制策略有功功率无功功率变速风电机组控制策略高风速低风速恒功率因数控制模式恒电压控制模式16变速风电机组控制系统定子绕组有功功率与无功功率的解耦控制17变速风电机组控制系统保持相电压和相电流同相位次同步运行超同步运行18变速风电机组控制系统机组跟踪最优功率曲线的能力19变速风电机组控制系统按照恒定功率因数运行的能力有功功率无功功率20qa1双馈电机的工作原理在风力发电机组上使用的优缺点低风速下功率系数高发电量高易于实现有功功率控制无功功率控制功能恒功率因数或者恒电压抑制电压波动和闪变造价高潜在的谐波问题21qa2双馈发电机的无功补偿的工作原理转子侧变流器控制连续快速调节特性在无功输出极限范围内可以实现恒电压控制22qa3双馈发电机并网发电的控制过程变流器首先接入电网通过转子侧变流器控制实现平稳启动23qa如何提高电能质量
r _ ref
13
DFIG变速风电机组控制系统
双馈电机控制系统
转子侧变流器控制系统
电网侧变流器控制系统
转子侧变流器控制系统的控制目标：
双馈电机定子绕组的有功功率与无功功率的解耦控制
电网侧变流器控制系统的控制目标
保持直流电压的恒定 保持交流侧相电流的正弦波形 保持相电压和相电流同相位
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