微電網(wǎng)故障時(shí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)載荷暫態(tài)分析

邵一川, 朱江寧, 徐志英, 趙 騫, 李 鑫, 馬連博

(1. 沈陽大學(xué) 信息工程學(xué)院, 遼寧 沈陽 110044;2. 朝陽師范高等專科學(xué)校 數(shù)學(xué)計(jì)算機(jī)系, 遼寧 朝陽 110055;3. 沈陽工業(yè)大學(xué) 理學(xué)院, 遼寧 沈陽 110023; 4. 東北大學(xué) 軟件學(xué)院 遼寧 沈陽 110000)

微電網(wǎng)故障時(shí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)載荷暫態(tài)分析

邵一川1, 朱江寧2, 徐志英2, 趙 騫3, 李 鑫1, 馬連博4

(1. 沈陽大學(xué) 信息工程學(xué)院, 遼寧 沈陽 110044;2. 朝陽師范高等專科學(xué)校 數(shù)學(xué)計(jì)算機(jī)系, 遼寧 朝陽 110055;3. 沈陽工業(yè)大學(xué) 理學(xué)院, 遼寧 沈陽 110023; 4. 東北大學(xué) 軟件學(xué)院 遼寧 沈陽 110000)

針對(duì)微電網(wǎng)故障對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組電氣和機(jī)械載荷的影響進(jìn)行了研究.搭建了基于FAST和MATLAB/SIMULINK軟件的聯(lián)合仿真模型,對(duì)電網(wǎng)出現(xiàn)故障時(shí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的輸出轉(zhuǎn)速和關(guān)鍵部位的載荷進(jìn)行了仿真,所提方法對(duì)研究風(fēng)力機(jī)接入電網(wǎng)的穩(wěn)定性和電網(wǎng)故障時(shí)對(duì)風(fēng)電機(jī)組的影響具有參考價(jià)值.

微電網(wǎng); 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組; 疲勞載荷; 仿真模型

風(fēng)能作為一種清潔能源越來越受到人們的重視,隨著技術(shù)的創(chuàng)新,風(fēng)力發(fā)電的成本也在不斷降低,如何提高風(fēng)能利用率,保證風(fēng)力發(fā)電機(jī)組安全可靠運(yùn)行,延長(zhǎng)風(fēng)電機(jī)組使用壽命,是研究人員關(guān)注的重點(diǎn).目前,在額定風(fēng)速以下時(shí)采用最大功率追蹤策略,風(fēng)速在額定風(fēng)速以上時(shí)風(fēng)電機(jī)組恒功率運(yùn)行,風(fēng)電機(jī)組的控制方式采用變槳距控制.由于風(fēng)能的最大捕獲和機(jī)組疲勞載荷最小化之間存在矛盾關(guān)系,為使兩者之間達(dá)到平衡,優(yōu)化風(fēng)電機(jī)組的控制策略顯得尤為重要[1-2].

隨著風(fēng)電機(jī)組單機(jī)容量逐漸增大,對(duì)風(fēng)電機(jī)組的控制系統(tǒng)提出了更高的要求,不僅要滿足發(fā)電的需求,還要有效抑制電網(wǎng)的波動(dòng)和電網(wǎng)故障時(shí)對(duì)風(fēng)電機(jī)組的影響,保持功率的穩(wěn)定輸出和降低疲勞載荷,實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)組的智能控制[3].

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和研發(fā)都需要通過計(jì)算機(jī)仿真軟件來實(shí)現(xiàn),當(dāng)前主流的風(fēng)力發(fā)電軟件主要有FAST、GH Bladed、Focus等[3],其中FAST軟件是美國(guó)國(guó)家風(fēng)能研究中心(NWTC)提供的一款免費(fèi)軟件.通過FAST軟件研究風(fēng)力發(fā)電機(jī)的疲勞載荷、空氣動(dòng)力學(xué)、發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)波動(dòng)等,借助MATLAB仿真風(fēng)力發(fā)電機(jī)、變流器、電力匯集系統(tǒng)和與發(fā)電機(jī)連接的電網(wǎng).FAST軟件中的電機(jī)模型非常簡(jiǎn)單,并且不能仿真電網(wǎng)對(duì)風(fēng)電機(jī)組的影響.MATLAB是受到行業(yè)認(rèn)可的電力系統(tǒng)規(guī)劃仿真軟件.利用MATLAB/SIMULINK模型可以對(duì)風(fēng)機(jī)和電網(wǎng)進(jìn)行仿真,將兩者結(jié)合使用,彌補(bǔ)各自存在的不足.文獻(xiàn)[4]利用FAST軟件和MATLAB軟件聯(lián)合仿真對(duì)電網(wǎng)故障時(shí)風(fēng)電機(jī)組的結(jié)構(gòu)載荷進(jìn)行了分析,但是搭建的是定速風(fēng)力發(fā)電機(jī)模型,沒有對(duì)現(xiàn)在主流的變速變槳風(fēng)力機(jī)進(jìn)行研究.文獻(xiàn)[5]對(duì)槳距角控制器出現(xiàn)故障時(shí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)載荷變化進(jìn)行了研究.復(fù)雜的外界風(fēng)速會(huì)對(duì)風(fēng)電機(jī)組載荷和電網(wǎng)造成嚴(yán)重影響,電網(wǎng)故障時(shí)也會(huì)對(duì)風(fēng)電機(jī)組及其組件帶來危害,因此對(duì)兩者相互影響研究很有必要.本文研究?jī)?nèi)容包括對(duì)公共電網(wǎng)側(cè)故障對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的影響,風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)故障對(duì)電網(wǎng)的影響.

1 變速變槳風(fēng)力發(fā)電機(jī)組

隨著技術(shù)的創(chuàng)新,現(xiàn)在風(fēng)力發(fā)電機(jī)多數(shù)為變速變槳風(fēng)力發(fā)電機(jī),主要有雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)和直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)兩種機(jī)型,雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)定子直接與電網(wǎng)連接,轉(zhuǎn)子經(jīng)過變流器與電網(wǎng)連接,雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)模型如圖1所示.直驅(qū)型永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)是定子經(jīng)過全功率變流器直接與電網(wǎng)相連,中間省去了齒輪箱,直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)模型如圖2所示.

1.1 雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組模型

如圖1所示,雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)圖中,定子與電網(wǎng)直接連接,轉(zhuǎn)子通過變流器與電網(wǎng)連接,由于轉(zhuǎn)子勵(lì)磁方式使變頻器容量只占機(jī)組額定容量的一部分,降低了整機(jī)成本.技術(shù)上可以實(shí)現(xiàn)有功、無功功率的靈活控制,可以對(duì)電網(wǎng)起到無功補(bǔ)償作用[5].缺點(diǎn)是由于有齒輪箱,增加了機(jī)組的重量以及成本,優(yōu)點(diǎn)是雙饋型發(fā)電機(jī)比較小,便于運(yùn)輸.

圖1 雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Double-fed wind turbine structure diagram

圖2 直驅(qū)型永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)圖

1.2 直驅(qū)型永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)組模型

直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖2所示,輸入能量是風(fēng)的動(dòng)能,通過機(jī)械連接轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能量,再通過電氣連接將機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電能.由圖2知風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和電網(wǎng)緊密相連,在電能傳輸線路任意瞬間發(fā)生電壓等級(jí)和電網(wǎng)頻率的波動(dòng)會(huì)對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)及其組件造成影響,同樣風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的擾動(dòng)也會(huì)對(duì)電網(wǎng)帶來影響.直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)由于其在低風(fēng)速段仍然能夠良好地運(yùn)行,是未來風(fēng)機(jī)的一個(gè)趨勢(shì).

2 風(fēng)電機(jī)組空氣動(dòng)力學(xué)模型

風(fēng)力發(fā)電將風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能是一個(gè)復(fù)雜的氣動(dòng)力問題,當(dāng)自然風(fēng)以速度v徑向吹向風(fēng)輪時(shí),風(fēng)輪吸收的風(fēng)功率為:

式中:Pr為風(fēng)輪吸收功率;Cp為風(fēng)能利用系數(shù);β為槳距角;λ為葉尖速比;ρ為空氣密度,取值為1.29 kg·m-3;R為風(fēng)輪半徑;v為風(fēng)速.風(fēng)力機(jī)從風(fēng)中吸收能量的大小由Cp值決定,根據(jù)Betz理論,風(fēng)能不可能全部轉(zhuǎn)化為電能,風(fēng)能利用系數(shù)Cp最大值為0.593[6].Cp可以近似表示為

葉尖速比為

當(dāng)外界風(fēng)速小于額定風(fēng)速時(shí),采用最大功率追蹤控制策略,調(diào)節(jié)風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速,保持最佳葉尖速比.葉尖速比與風(fēng)能利用系數(shù)Cp關(guān)系如圖3所示.

圖3 風(fēng)能利用系數(shù)曲線Fig.3 Rotor power coefficient curve

輸入風(fēng)速的類型有陣風(fēng)、湍流風(fēng)等,不同風(fēng)速類型作用在風(fēng)機(jī)風(fēng)輪上會(huì)產(chǎn)生不同的機(jī)械載荷,減小風(fēng)機(jī)疲勞載荷也是當(dāng)下研究的熱點(diǎn)問題[7].產(chǎn)生的疲勞載荷主要包括擺振方向的剪力和彎矩、揮舞方向的剪力和彎矩以及變槳距時(shí)與變槳距力矩平衡的葉片俯仰力矩[8].風(fēng)力機(jī)載荷的來源主要包括以下幾個(gè)方面.

(1) 離心力.由于風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生作用在葉片上產(chǎn)生葉片的離心力.

(2) 氣動(dòng)力.由于外界風(fēng)況的復(fù)雜性,氣動(dòng)載荷根據(jù)動(dòng)量-葉素理論計(jì)算.

(3) 重力.主要產(chǎn)生對(duì)葉片擺振方向的彎矩,它隨著葉片呈現(xiàn)周期性變化,是葉片疲勞載荷的主要來源[9].

2.1 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制策略

變速變漿風(fēng)力機(jī)的運(yùn)行區(qū)域如圖4所示,區(qū)域1風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速在0～420之間,此時(shí)風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)矩為0.當(dāng)檢測(cè)到外界風(fēng)速滿足啟機(jī)條件時(shí),槳距角轉(zhuǎn)到最大迎風(fēng)角度,這個(gè)角度也是風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行在區(qū)域2的槳距角.為了保持最大功率追蹤,需要調(diào)節(jié)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速,此時(shí)對(duì)變流器進(jìn)行調(diào)節(jié),使風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行在最優(yōu)的Cp下.為了保證風(fēng)力發(fā)電機(jī)在區(qū)域3時(shí)運(yùn)行在額定功率下運(yùn)行,必須達(dá)到額定轉(zhuǎn)矩,區(qū)域2和區(qū)域3之間加入過渡區(qū)域.區(qū)域3有兩種控制方式:一種為恒轉(zhuǎn)矩控制,設(shè)置電機(jī)轉(zhuǎn)矩為額定值;另一種為恒功率控制,需要控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速,使發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的乘積為恒定值[10].

圖4變速變槳風(fēng)力機(jī)運(yùn)行區(qū)間

Fig.4Operating range of variable speed pitching machine

2.2 變槳距控制策略

區(qū)域3變槳距的目的是為了限制功率的吸收,保持輸出功率的恒定,目前,變槳距系統(tǒng)一般分為統(tǒng)一變槳和獨(dú)立變槳兩種方式[11],目前大多數(shù)風(fēng)機(jī)還是采用統(tǒng)一變槳方式,但隨著技術(shù)的不斷發(fā)展,獨(dú)立變槳距技術(shù)將是未來風(fēng)機(jī)的發(fā)展方向.

(1) 統(tǒng)一變槳距控制.控制框圖如圖5所示,采用統(tǒng)一變槳方式.輸入為風(fēng)輪額定轉(zhuǎn)速ωref和實(shí)際轉(zhuǎn)速ω,兩者進(jìn)行差值運(yùn)算,經(jīng)濾波器減小波動(dòng),輸入PID控制器,PID輸出與槳距角均衡值θ′相加,輸出槳距角θ,需對(duì)輸出槳距角進(jìn)行限幅,槳距角區(qū)間為[-1° 88°].

圖5統(tǒng)一變槳距控制策略
Fig.5 Control strategy of uniform pitch

(2) 獨(dú)立變槳距控制.由于在風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn)過程中處于高處的葉片和處于低處的葉片所受到的空氣動(dòng)力不一樣,槳葉和塔架等部件的載荷在時(shí)間和空間上容易受到風(fēng)切變效應(yīng)、塔影效應(yīng)等干擾因素的影響,容易增加葉片的疲勞損害和功率輸出波動(dòng)[12],獨(dú)立變槳可以對(duì)3個(gè)槳距角進(jìn)行獨(dú)立控制,能夠很好地解決這個(gè)問題.

通過安裝在葉片根部的加速度傳感器,測(cè)量得到葉片根部的載荷,通過park坐標(biāo)變換得到風(fēng)輪不平衡載荷即風(fēng)輪的傾斜彎矩和偏航彎矩,獨(dú)立變槳的目的是減小不平衡載荷對(duì)風(fēng)機(jī)的影響.將得到的不平衡載荷經(jīng)PI控制器輸出d軸方向和q軸方向的槳距角,在經(jīng)park逆變換得到三個(gè)葉片期望的補(bǔ)償角,在與統(tǒng)一變槳槳距角命令進(jìn)行相加,得到每個(gè)葉片的槳距角[13].獨(dú)立變槳控制結(jié)構(gòu)圖如圖6所示.

圖6 獨(dú)立變槳控制策略Fig.6 Control strategy of individual pitch

由上述分析可知,變槳控制方式的選擇會(huì)影響風(fēng)電機(jī)組及其組件的疲勞載荷,同樣,疲勞載荷也會(huì)影響變槳控制器的輸出,因此,研究電網(wǎng)故障時(shí)風(fēng)電機(jī)組及其組件的暫態(tài)過程[14]有利于風(fēng)電機(jī)組的安全運(yùn)行.

3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

可以用MATLAB/SIMULINK和FAST軟件聯(lián)合研究在電網(wǎng)瞬變條件下和湍流風(fēng)速下風(fēng)力機(jī)各部件的機(jī)械載荷,并且可以設(shè)計(jì)控制器來降低這些極端環(huán)境對(duì)風(fēng)力機(jī)結(jié)構(gòu)和部件影響.圖7為MATLAB/SIMULINK聯(lián)合仿真示意圖,從圖中可清晰的看出FAST軟件和MATLAB/SIMULINK各自實(shí)現(xiàn)的功能.FAST軟件中有詳細(xì)的風(fēng)機(jī)模型,控制系統(tǒng)對(duì)機(jī)械部件的影響效果可以在FAST中觀察到,這對(duì)研究風(fēng)機(jī)接入電網(wǎng)的穩(wěn)定性和延長(zhǎng)風(fēng)機(jī)使用壽命具有重要意義.

圖7 MATLAB/SIMULINK和FAST聯(lián)合仿真示意圖

本文搭建了基于FAST軟件和MATLAB/SIMULINK的聯(lián)合仿真模型.采用1.5MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)模型,風(fēng)力機(jī)的運(yùn)行區(qū)間如圖8所示,風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的各項(xiàng)參數(shù)如表1、表2所示.

圖8 風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行特性曲線Fig.8 Operating characteristic curve of wind turbines

額定功率1.5MW葉片長(zhǎng)度55.6m風(fēng)輪直徑70m風(fēng)輪額定轉(zhuǎn)速12.1r·min-1塔筒高度80m

表2 雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)參數(shù)Table 2 Doubly-fed wind turbine parameters

該模型用來模擬在風(fēng)機(jī)連接正常電網(wǎng)過程中突然出現(xiàn)故障時(shí)風(fēng)機(jī)的瞬態(tài)特性,這些對(duì)研究風(fēng)機(jī)的操作、維護(hù)計(jì)劃和風(fēng)機(jī)壽命有重要意義.風(fēng)速曲線如圖9所示,起始風(fēng)速為7 m/s,在50 s時(shí)風(fēng)速變?yōu)? m/s,由于小于16.2 m/s,變槳距控制器不起作用.

圖9 風(fēng)速曲線Fig.9 Wind speed curve

(1) 單相接地短路故障.設(shè)置仿真在t=20 s時(shí),電網(wǎng)出現(xiàn)單相接地短路故障,在t=32 s時(shí)故障解除,發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速、葉片揮舞載荷和擺振載荷如圖10所示.

圖10 單相短路時(shí)對(duì)風(fēng)電機(jī)組的影響

(2) 兩相短路故障.圖11為兩相短路時(shí),發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速、葉片揮舞載荷和擺振載荷與正常情況時(shí)的對(duì)比波形.與圖10比較可知,當(dāng)t=20 s發(fā)生兩相短路時(shí),發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速出現(xiàn)較大波動(dòng),葉片的揮舞轉(zhuǎn)矩和擺振轉(zhuǎn)矩也出現(xiàn)了較大波動(dòng),這對(duì)發(fā)電機(jī)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)有重要意義.

圖11 兩相短路時(shí)對(duì)風(fēng)電機(jī)組的影響

4 結(jié) 語

在風(fēng)力發(fā)電出現(xiàn)的早期,風(fēng)力發(fā)電不被作為發(fā)電行業(yè)的重要組成部分,但是隨著技術(shù)的進(jìn)步,風(fēng)電行業(yè)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步,這也對(duì)發(fā)電機(jī)與輸電線路的接口技術(shù)提出了更高的要求.隨著風(fēng)力發(fā)電所占發(fā)電比重越來越大,風(fēng)力發(fā)電要求具備一定的故障穿越能力[15],以確保風(fēng)力發(fā)電不會(huì)從電網(wǎng)的輕微擾動(dòng)中斷開.

為了保證電力系統(tǒng)的可靠性,對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組制造商提出了更高的要求,同樣,電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)者也需要了解風(fēng)力發(fā)電的限制,通過提供輔助功能,保證電力系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行.基于上述思想的啟發(fā),將風(fēng)力發(fā)電機(jī)制造商(FAST)工具與電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)工具(MATLAB/SIMULINK)結(jié)合,以進(jìn)行全面的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的研究.

本文運(yùn)用FAST軟件和MATLAB軟件搭建了初步的風(fēng)力發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)的聯(lián)合仿真模型,對(duì)微電網(wǎng)出現(xiàn)故障時(shí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的暫態(tài)過程進(jìn)行了初步的研究,未來工作需要對(duì)控制策略等進(jìn)行更深入的研究.

[ 1 ] 吳政球,干磊,曾議,等. 風(fēng)力發(fā)電最大風(fēng)能追蹤綜述[J]. 電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào), 2009,21(4):88-93.

WU Z Q,GAN L,ZENG Y,et al. Summary of tracking the largest wind energy for wind power generation[J]. Proceedings of the CSU-EPSA, 2009,21(4):88-93.

[ 2 ] 魯效平,李偉,林勇剛,等. 獨(dú)立變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)辨識(shí)研究[J]. 太陽能學(xué)報(bào), 2012,33(6):1002-1009.

LU X P,LI W,LIN Y G,et al. Identification of wind turbine independent pitch control systems[J]. Acta Energiae Solaris Sinca, 2012,33(6):1002-1010.

[ 3 ] 劉興華,敬維,林威. GH Bladed和Matlab的交互軟件設(shè)計(jì)及風(fēng)力發(fā)電機(jī)的獨(dú)立變槳控制器仿真研究[J]. 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào), 2013,33(22):83-89.

LIU X H,JING W,LIN W. Interactive software platform design based on GH bladed and MATLAB with simulation study of individual pitch controller of wind turbine[J]. Proceedings of the CSEE, 2013,33(22):83-89.

[ 4 ] SONG Z,XIA C,CHEN W. Analysis of wind turbine structural loads under grid fault[C]∥International Conference on Electrical Machines and Systems. IEEE, 2008:2277-2282.

[ 5 ] ETEMADDAR M,GAO Z,MOANT. Structural load analysis of a wind turbine under pitch actuator and controller faults[J]. Journal of Physics: Conference Series, 2014,555(1):1-10.

[ 6 ] 李輝,趙猛,葉仁杰,等. 電網(wǎng)故障下雙饋風(fēng)電機(jī)組暫態(tài)電流評(píng)估及分析[J]. 電機(jī)與控制學(xué)報(bào), 2010,14(8):45-51.

LI H,ZHAO M,YE R J,et al. Evaluation and analysis transient current of a DFIG wind generation system under grid fault[J]. Electric Machines and Control, 2010,14(8):45-51.

[ 7 ] 應(yīng)有,楊帆,許國(guó)東. 大型風(fēng)電機(jī)組獨(dú)立變槳控制技術(shù)仿真與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究[J]. 太陽能學(xué)報(bào), 2013,34(5):882-888.

YING Y,YANG F,XU G D. Large wind turbine technology simulation and field test study with individual pitch control[J]. ACTA Energiae Solaris Sinca, 2013,34(5):882-888.

[ 8 ] 張少帥. 風(fēng)力發(fā)電機(jī)氣動(dòng)載荷分析及智能獨(dú)立變槳控制技術(shù)研究[D]. 北京:華北電力大學(xué), 2012.

ZHANG S S. Analysis on aerodynamic loads and research on technology of intelligent individual pitch control of wind turbine[D]. Beijing: North China Electric Power University, 2012.

[ 9 ] 戴巨川,胡燕平,劉德順,等. 大型風(fēng)電機(jī)組變槳距載荷計(jì)算與特性分析[J]. 中國(guó)科學(xué), 2010,40(7):778-785.

DAI J C,HU Y P,LIU D S,et al. Large wind turbine pitch load calculation and characterization[J]. Science China. 2010,40(7):778-785.

[10] JIANG Z,KARIMIRAD M,MOAN T. Dynamic response analysis of wind turbines under blade pitch system fault, grid loss, and shutdown events[J]. Wind Energy, 2014,17(9):1385-1409.

[11] 邢作霞,陳雷,孫宏利,等. 獨(dú)立變槳距控制策略研究[J]. 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào), 2011,31(26):131-138.

XING Z X,CHEN L,SUN H L,et al. Strategies study of individual variable pitch control[J]. Proceedings of the CSEE, 2011,31(26):131-138.

[12] 姚駿, 廖勇,李輝. 電網(wǎng)不平衡時(shí)采用串聯(lián)網(wǎng)側(cè)變換器的DFIG風(fēng)電系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制[J]. 電機(jī)與控制學(xué)報(bào), 2010,14(12):1-8.

YAO J,LIAO Y,LI H. Coordinated control of a doubly fed induction generator wind turbine with series grid-side converter under unbalanced grid voltage conditions[J]. 電機(jī)與控制學(xué)報(bào), 2010,14(12):1-8.

[13] ZHANG Y,CHEN Z,HU W,et al. Flicker mitigation by individual pitch control of variable speed wind turbines with DFIG[J]. IEEE Transactions on Energy Conversion, 2014,29(1):20-28.

[14] 馬幼捷,楊海珊,周雪松,等. 風(fēng)電系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性分析[J]. 電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào), 2010,22(3):22-26.

MA Y J,YANG H S,ZHOU X S,et al. Voltage stability analysis of wind power system[J]. Proceedings of the CSU-EPSA, 2010,22(3):22-26.

[15] 侯世英,房勇,曾建興,等. 應(yīng)用超級(jí)電容提高風(fēng)電系統(tǒng)低電壓穿越能力[J]. 電機(jī)與控制學(xué)報(bào), 2010,14(5):26-31.

HOU S Y,FANG Y,ZENG J X,et al. Application of super capacitors to improve wind power system’s low voltage ride through capability[J]. Electric Machines and Control, 2010,14(5):26-31.

【責(zé)任編輯:肖景魁】

WindTurbineGeneratorsStructuralLoadsTransientAnalysisofMicro-GridFault

ShaoYichuan1,ZhuJiangning2,XuZhiying2,ZhaoQian3,LiXin1,MaLianbo4

(1. School of Information Engineering, Shenyang University, Shenyang 110044, China; 2. Department of Mathematics and Computer Science, Chaoyang Teachers College, Chaoyang 110055, China; 3. School of Science, Shenyang University of Technology, Shenyang 110023, China; 4. Software College, Northeastern University, Shenyang 110000, China)

The influence of micro-grid fault on the electrical and mechanical loads of wind turbines was focused. Based on FAST software and MATLAB/SIMULINK software, joint simulation model was established. The output speed of the wind turbine and the load of the key part of the wind turbine when the grid fails were simulated. The proposed method has the reference value on the stability of the wind turbine connected to the grid and when grid fault has an important impact on wind turbine.

micro-grid; wind turbines; fatigue load; simulation model

TM 614

A

2017-08-08

國(guó)家自然科學(xué)青年基金資助項(xiàng)目(61503373); 中國(guó)博士后基金資助項(xiàng)目(2016M601332); 遼寧省博士啟動(dòng)基金資助項(xiàng)目(201601217).

邵一川(1978-),男,遼寧沈陽人,沈陽大學(xué)副教授.

2095-5456(2017)06-0473-06