电网不对称故障下双馈风力发电机组穿越控制的研究

在研究电网电压不对称对双馈感应发电机（DFIG）影响以及DFIG正、负序数学模型的基础上,分析了电网电压不对称条件下DFIG定子输出有功、无功功率和发电机电磁转矩的组成。针对电网电压不对称时负序电流对定子侧有功功率、无功功率、电磁转矩和直流侧电压的影响,提出电流正序分量跟踪控制策略,并在转子侧和网侧变换器的控制中对电网电压的正、负序分量分别处理。转子侧变流器采用正序电流跟踪的滞环控制,实现了电流的无差跟踪。网侧逆变器控制内环采用电流前馈控制,并控制负序电流为零,外环采用电压环稳定直流电压。仿真结果表明,在电网不对称故障时,这种控制策略可以消除负序电流对定子侧有功功率、无功功率、电磁转矩和直流侧电压的影响,实现不对称故障穿越。     

抑制电网不平衡下三相VSR直流侧谐波的PI与PR混合控制策略

该文对网侧瞬时功率和指令电流进行分析,提出一种抑制电网不平衡下三相电压源整流(voltage source rectifier,VSR)直流侧谐波的控制策略。瞬时功率中考虑网侧滤波损耗,对指令电流正序分量采用PI控制,负序分量采用PR控制,正、负序分量均实现无静差跟踪控制,且负序无需解耦。最后基于Matlab/Simulink仿真平台在电网电压不平衡情况下对三相VSR进行仿真分析,仿真结果验证了采用PI与PR混合控制策略能有效抑制直流侧电压2次波动,同时可以实现交流侧的不同功率因数控制。     

电网不对称故障下双馈风力发电机组穿越控制的研究

在研究电网电压不对称对双馈感应发电机( DFIG)影响以及DFIG正、负序数学模型的基础上,分析了电网电压不对称条件下DFIG定子输出有功、无功功率和发电机电磁转矩的组成.针对电网电压不对称时负序电流对定子侧有功功率、无功功率、电磁转矩和直流侧电压的影响,提出电流正序分量跟踪控制策略,并在转子侧和网侧变换器的控制中对电网电压的正、负序分量分别处理.转子侧变流器采用正序电流跟踪的滞环控制,实现了电流的无差跟踪.网侧逆变器控制内环采用电流前馈控制,并控制负序电流为零,外环采用电压环稳定直流电压,仿真结果表明,在电网不对称故障时,这种控制策略可以消除负序电流对定子侧有功功率、无功功率、电磁转矩和直流侧电压的影响,实现不对称故障穿越.     

基于高压碳化硅器件的三相固态变压器拓扑及其在电网电压不平衡下的控制

作为智能电网应用中的关键设备,固态变压器(SST)在未来电力系统中占有重要地位。为解决三相模块级联型固态变压器拓扑复杂、控制困难、需要解决模块间均压均功率等问题,采用简单的基于高压碳化硅(Si C)器件的三相固态变压器拓扑,其中整流级采用简单的三相电压型PWM整流器的常规拓扑,因而具有很强的现实意义。建立三相Si C-SST拓扑的数学模型,并对电网电压平衡下的控制策略进行分析,同时在电网电压不平衡时,采用抑制SST交流输入侧负序电流的控制策略。通过PSIM仿真证明了两种控制策略的可行性与正确性。最后基于Si C器件搭建了实验平台,对SST的前端整流级进行了实验验证。     

电网不平衡下的Vienna整流器网压重构控制策略

在电网不平衡条件下,三相Vienna整流器多数采用网侧电压延迟90°或正负序分离法实现对正负序分量进行控制,而对正负序分量分别控制会增加控制系统复杂性并降低控制效果。为此提出了一种电网不平衡下的Vienna整流器网压重构控制策略,通过对网侧电压进行重构,使输入至内环的参考电压为平衡电压,实现Vienna整流器的稳定运行。电流内环采用将多个准比例谐振控制器级联,可实现电流控制器的无静差跟踪并抑制多次谐波分量,提高网侧输入电流总谐波失真(total harmonic distortion,THD)。直流侧电压外环采用滑模变控制,克服了PI控制器参数整定复杂与高超调量等问题。同时,在电网不平衡条件下也具有良好的暂态、稳态性能。最后,在Simulink中进行仿真分析并搭建实验平台进行验证。结果表明,该控制策略减小了网侧输入电流的谐波含量,且提高了Vienna整流器的抗干扰性能,具有良好的鲁棒性与稳定性。     

级联DSTATCOM补偿不平衡负载分相控制策略

针对三相四线制不平衡无功负载的特点,采用正、负序同步旋转变换分别提取基波正序、负序无功分量,同时采用静止坐标系下的分相控制策略,实现配电网静止同步补偿器(DSTATCOM)补偿模式的灵活性选择,可以只补偿负序、零序分量,充分利用DSTATCOM容量优先保证网侧电流平衡,也可在DSTATCOM容量允许的情况下同时补偿正序、负序和零序分量,进一步提高网侧功率因数。为提高分相控制的补偿精度且同时保证系统的动态性能,引入改进型的快速重复控制,设计了基于比例积分(PI)控制内环和快速重复控制外环的电流双环控制策略。最后在MATLAB/Simulink环境下建立三相四线制DSTATCOM仿真模型并搭建实验样机进行验证,仿真和实验结果证明了基于快速重复控制的分相控制策略能实现DSTATCOM对不平衡无功的高精度、选择性补偿。     

电网不对称故障下永磁同步风电机组低电压过渡的研究

电网导则要求并网风电机组在电网电压一定的跌落范围内不脱网运行。为了满足这一要求,建立了永磁同步发电机组网侧变流器的数学模型,分析了电网不对称故障时风电机组直流侧电压的波动机理,采用瞬时对称分量法求得网侧三相电压的正序和负序分量,在解耦控制中分别控制正序和负序分量。仿真结果表明,改进后的控制策略保持了逆变器三相电流对称,消除了直流侧二倍工频纹波,实现了电网不对称故障下风电机组的低电压过渡。     

直驱永磁风力发电系统低电压穿越改进控制策略研究

采用改进的瞬时对称分量法对电网电压瞬时值进行对称分量分解,提出了电网电压不对称跌落时D-PMSG的低电压穿越控制策略.按照电网电压正序分量和额定电压的比值减小发电机功率,并在解耦控制中分别控制正序和负序分量,正序通道完成能量的传输,负序通道产生和电网负序电压相等的负序电压,从而保证网侧逆变器电流中无负序分量,避免了逆变器非全相过负荷,充分利用其容量.仿真结果研究表明,提出的改进控制策略实现了不对称故障下的低电压穿越,并且保持了逆变器三相电流对称.     

双馈风电机组在不对称电网故障下的稳定性控制研究

为避免电网电压不对称跌落导致双馈风电机组(DFIG)脱网运行,分析了电网不对称故障时双馈风力发电机组直流母线电压波动机理,直流侧过电压这一现象主要由定子侧直流分量和电网电压负序分量引起.通过参考系坐标变换导出在正负序坐标系中双馈感应发电机的电压和电流方程,建立了正、负序坐标系下DFIG数学模型,利用机、网变流器协调控制方法,在不对称电网故障期间,机侧变流器转子电流的负序分量控制为零,网侧变流器采用双闭环正、负序电流控制抑制网侧负序分量,结合功率计算模块,有效抑制了机组电磁转矩与电流的2倍频波动,以及直流母线电压与电流负序分量的波动,改善了DFIG在不对称电网故障下的动态性能.仿真结果表明了该控制策略的可行性.     

直驱风电机组低电压穿越改进控制方法仿真研究

采用改进的瞬时对称分量法对电网电压瞬时值进行对称分量分解,提出了电网电压不对称跌落时D-PMSG的低电压穿越控制策略,按照电网电压正序分量和额定电压的比值减小发电机功率,并在解耦控制中分别控制正序和负序分量,正序通道完成能量的传输,负序通道产生和电网负序电压相等的负序电压,从而保证网侧逆变器电流中无负序分量,避免了逆变器非全相过负荷,充分利用其容量。仿真结果研究表明,提出的改进控制策略实现了不对称故障下的低电压穿越,并且保持了逆变器三相电流对称。     

A modular multilevel converter type solid state transformer with internal model control method

To overcome the limitation of the existing topologies and control strategies of SST, a modular multilevel converter type solid state transformer (MMC-SST) with internal model control method is proposed in this paper. First, the structure and operating characteristics of MMC-SST are analyzed, and accordingly its mathematical model of input- and output-stage under synchronous rotating coordinate is established. Secondly, a new kind of dual-loop control structure combine with the internal model control (IMC) current inner loop and proportional integral (PI) voltage outer loop is developed, according to the characteristics of IMC. Lastly, a simulation model is established and the typical operating cases, i.e., the grid side voltage variation, load change, grid and load side power factor deviation, are simulated. Results show that the internal model control based MMC-SST can run stable under the required power factor, and the good performances such as fast voltage and current response speed, strong anti-disturb ability to load, and enhanced robustness on system operation are demonstrated.     

结合虚拟阻抗的分数阶PI-准比例谐振不平衡电压控制策略

针对三相三桥臂拓扑离网逆变器电压不平衡的问题,提出一种结合虚拟阻抗的分数阶比例积分(proportional integral,PI)-准比例谐振不平衡电压控制策略。在dq旋转坐标系下,设计分数阶PI对基波正序分量跟踪控制,准比例谐振对基波负序分量跟踪控制,从而实现电压正序和负序独立控制。由于分数阶PI与准谐振控制带宽不同,该复合电压控制器不需要电压正负序分离,降低了程序的复杂度,避免了分离带来的延时、精度下降等问题。考虑到线路阻抗上不平衡电压降落对公共母线电压的影响,设计负序虚拟阻抗以减小总负序阻抗,从而实现公共耦合点三相电压平衡。最后通过仿真和实验验证所提控制策略的有效性。     

Modeling and enhanced control of DFIG under unbalanced grid voltage conditions

This paper presents a mathematical model of a doubly fed induction generator (DFIG) based on stator voltage orientation (SVO) in the positive and negative synchronous reference frames under unbalanced grid voltage conditions. The oscillations of the DFIG electromagnetic torque and the stator active and reactive powers are fully described during grid voltage unbalance. A new rotor current controller implemented in the positive synchronous reference frame is proposed. The controller consists of a proportional integral (PI) regulator and a harmonic resonant (R) compensator tuned at twice the grid frequency. Thus, the positive and negative sequence components of DFIG rotor currents are directly regulated by the PI + R controller without the need of involving positive and negative sequence decomposition, which indeed improves the dynamic performance of DFIG-based wind power generation system during small steady-state and relatively larger transient network unbalances. The theoretical analysis and the feasibility of the proposed unbalanced control scheme are validated by simulation studies on a 1.5-MW wind-turbine driven DFIG system. Compared with conventional single PI current control design, the proposed control scheme results in significant elimination of either DFIG power or torque oscillation under unbalanced grid voltage conditions.     

基于比例复数积分+重复控制的三相LC并网逆变器控制策略研究

针对传统PI控制的局限性,采用基于复数域的比例复数积分(PCI)控制与重复控制并联的新型控制策略,其中PCI控制可以在给定条件下消除交流稳态误差,重复控制能够抑制并网电流谐波,提高稳态控制精度。该新型控制策略可以较好地控制交流信号,能直接应用于三相abc坐标系,省去坐标变化环节,节约逆变器控制系统成本。最后通过MATLAB/Simulink仿真平台,建立LC型滤波器的逆变器并网模型,仿真分析证明了该控制策略的可行性。     

基于二自由度PID的三相PWM整流器调压改进策略

基于前端电压源型整流器(voltage source rectifier,VSR)与后端电压源型逆变器(voltage source inverter,VSI)级联的VSR-VSI双三相脉冲宽度调制(pulse width modulation,PWM)变换器已在电梯能量回馈系统中得到广泛应用,但前端三相VSR采用传统比例积分(proportional integral,PI)双闭环控制结构通常存在中端直流母线电压无法兼顾抗干扰性和跟踪性的问题。为此,文中提出一种基于二自由度比例积分微分(proportional integral differential,PID)的三相PWM整流器调压改进策略。首先,阐述基于VSR-VSI双三相PWM变换器级联系统的结构和工作原理,并给出前端三相VSR的传统PI双闭环控制方案及其参数设计过程,分析该方案不能兼具良好的抗干扰性与跟踪性的原因。在此基础上,给出基于二自由度PID的前端三相VSR直流调压优化策略及其参数设计方法。最后,利用软件仿真与实验测试对比结果共同验证了所述三相PWM-VSR直流调压改进策略的有效性与优越性。     

Modeling and control of a cascaded multilevel converter‐based electronic power transformer

Control strategy of a cascaded multilevel converter based electrical power transformer (EPT) in a distribution system with capabilities of low voltage ride‐through and unbalanced load current management is investigated in this study. The mathematical model and decoupled control schemes of the system, including a high‐voltage side control scheme, an isolation‐stage control scheme, and a low‐voltage side control scheme, are presented in detail. A dual current control scheme is introduced to control both positive and negative sequence currents for enhancing the low voltage ride‐through capability of the high‐voltage side cascaded H‐bridge converter. Positive, negative, and zero‐sequence voltages are controlled for the low voltage side three‐phase four‐wire converter in the decoupled control scheme, respectively, for unbalanced load current management. A proportional resonant controller (PRC) is utilized to control the zero‐sequence voltage, while the root locus method is applied in the PRC design. Three‐dimensional space vector pulse width modulation (PWM) switching strategy is then used for the low voltage side converter. Simulation studies were conducted with MATLAB/Simulink to validate the coordinated control strategy. © 2016 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

三相并网逆变器比例复数积分电流控制技术

传统PI控制无法消除并网交流电流稳态误差,但关于稳态误差存在的根本原因相关文献描述较少。为揭示其本质,首先建立并网电流控制模型,然后通过叠加定理和频域分析得出结论：并网交流电流零稳态误差控制条件为：系统控制器在并网电流频率处具有无穷大增益,而PI控制不具有该特性。在该结论基础上,提出一种可消除并网交流电流稳态误差的比例复数积分(proportional complex integral, PCI)控制,给出一套控制器参数整定方法,并采用TMS320F2812 DSP实现系统的数字化控制。在理论分析的基础上进行仿真和实验研究,通过与PI控制对比验证PCI控制的有效性。     

一种变参数比例积分控制BUCK变换器设计

BUCK变换器中存在诸如系统参数不确定、输入电压变化、输出负载变化等多种扰动,这些扰动对BUCK变换器的输出有很大影响,而采用传统的比例积分控制(proportional integral,PI)方法很难取得满意的控制效果。为此,在传统的PI控制策略的基础上,提出了变参数比例积分(variable parameters proportional integral,VAPI)控制策略以解决系统干扰的问题。由于VAPI控制器不仅具有传统PI控制器瞬态响应速度快和消除静态误差等的优点,同时还能在不同的阶段调整相应的参数,使得BUCK变换器在每个阶段都有更好的特性。首先用变参数比例积分器替换常规的比例积分器,然后设计扰动观测器观测出参数摄动与负载变化带来的系统扰动,将其作为补偿量补偿到前馈通道,提高系统的收敛速度与抗扰动能力,最后通过仿真和实验,分别验证了该算法的有效性。     

双馈风力发电系统双PWM变换器比例谐振控制

在双馈风力发电系统功率变换器及发电机数学模型的基础上,结合比例谐振(proportional resonant,PR)控制器的特性,提出了双脉宽调制(pulse-width modulation,PWM)变换器PR控制策略。该方法充分利用了PR控制器能够在静止坐标系下对交流输入信号无静差控制的优势,将矢量控制策略下的有功电流和无功电流分量转换到静止坐标系下进行调节,实现网侧变换器维持直流电压稳定和调节功率因数的控制任务和双馈电机有功、无功功率的解耦控制,与传统的双闭环PI控制相比,该策略无需繁琐的坐标旋转变换,不存在受温度及电路参数影响的耦合项和前馈补偿项,且易于实现对系统低次谐波电流的补偿,减小了控制算法实现难度,提高了控制系统的鲁棒性和电网电能质量。     

无电压传感器的准直接功率并网变流器控制方法

针对传统基于虚拟电机磁链的无电压传感器方法电压波动较大问题,结合二阶广义积分原理与占空比信号提出一种电压观测器以代替电压传感器获取更加精准的网侧电压信息。依据瞬时功率理论,在两相静止坐标系下,采用基于PQ开环的准直接功率电压定向控制策略,实现了并网变流器的四象限工作状态运行,电流内环采用比例谐振控制器保证指令电流快速无差跟踪。对比分析网侧电压信号谐波畸变率,实验波形表明:所提方法不需要电压传感器与电流解耦控制环节,且谐波含量低,可获得较传统方法更准确的网侧电压信号,提高了系统运行的稳定性与可靠性。