永磁同步风电机组的主动支撑控制及其在弱电网下的适应性分析

为了提升风电机组在弱电网下电压与频率支撑能力,介绍了一种适用于永磁同步发电机（PMSG）的主动支撑控制策略。该控制策略将永磁同步发电机网侧变流器等效成1个电压源型的虚拟同步发电机（VSG）,不仅使PMSG直接与电网同步,而且在电力系统功率发生波动时可通过利用风机的转子动能为系统提供惯量支撑。详细分析了弱电网下主动支撑控制的小信号模型,并基于PSCAD/EMTDC仿真验证了所提控制策略的有效性和在弱电网下的适应性。     

基于变桨距和转矩动态控制的 直驱永磁同步风力发电机功率平滑控制

风能的不确定性以及风轮机自身特性使风力发电机输出有功功率随风速变化而波动,影响风电机组输出电能质量,严重时还会影响电网运行稳定性。在分析变桨变速直驱永磁同步风力发电机运行特性的基础上,提出了在全风速范围内结合风力机变桨控制和发电机变速控制的发电机有功功率平滑控制策略。考虑到风能的随机性及直驱风能发电系统很强的非线性,设计了基于模糊理论的变桨距控制器和发电机转矩动态滑模控制器。对一台采用该控制策略的直驱永磁同步风力发电机的运行行为进行仿真研究。结果表明,提出的模糊变桨距控制能有效控制发电机转速运行范围,动态滑模控制能使发电机输出平滑的有功功率。与传统最大风能跟踪控制策略相比,所提出的控制方案能有效降低直驱永磁同步风力发电机输出有功功率的波动,控制发电机转速运行范围。     

基于MRAS的多相永磁直驱型风力发电系统无速度 传感器控制策略研究

对采用多相永磁同步发电机的大功率直驱型变速恒频风力发电系统进行了研究。系统采用六相永磁同步发电机和多重化的AC-DC-AC变换器,以减少每个电机绕组中的电流和每个电力电子变换器中的电流。研究了一种基于模型参考自适应(Model Reference Adaptive System,MRAS)的六相永磁同步发电机无速度传感器控制策略。该策略将永磁同步发电机本身作为参考模型,将发电机的电流模型作为可调模型,设计了自适应律同时辨识永磁同步发电机的转速和转子位置。还研究了基于变步长爬山法的最大功率跟踪(Maximum Power Point Tracking,MPPT)控制策略,该策略具有动态功率跟踪速度快和稳态时速度平稳的优点。实验结果表明,上述控制策略在负载突变和转速突变时均能准确地检测到发电机的转速和转子位置;在风速变化时能准确地跟踪最大功率。     

一种风电机组在低风速区间的功率控制方法

由于在低风速区间风速变化较快、风能密度较低,因此对风电机组的功率转换效率造成了较大影响。针对风电机组在低风速区域的运行特点,从功率控制角度出发,以提高风电机组功率输出效率为目的,采用最大功率点跟踪控制策略(MPPT)实现对风能最大限度的捕获,提出了大范围快速对焦最优转速的控制策略。与传统爬山法相比,该方法具有寻优速度快、精确度高、简单易行的优点。在Power Simulation(PSIM)环境中仿真分析,研究结果表明:该控制策略对提高机组稳定性和功率转换效率具有一定的价值。     

永磁直驱风电机组故障穿越优化控制策略研究

永磁同步发电机构成的直驱型变速恒频风力发电系统通过全功率变流器与电网连接,当电网发生严重故障时,不仅对HVDC设备造成损害,甚至可能影响风力发电系统的整体安全稳定运行。对系统故障期间直流电压失稳的机理进行了分析,基于永磁同步发电机转子的惯性储能特性以及网侧换流器的无功补偿能力,提出一种适用于提高永磁直驱风电机组故障穿越能力的优化控制策略。在网侧故障期间通过分段式转速控制调整风机侧输入的有功并对网侧无功进行补偿,减小了中间直流系统注入的不平衡功率,抑制了故障期间直流电压的骤升。应用PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真软件建立单机系统模型,仿真结果验证了所提出的控制策略的有效性。     

直驱风力发电系统设计与仿真

对直驱风力发电系统的风力发电机和网侧变换器的数学模型进行了分析,并在此基础上设计了机侧和网侧控制器。根据风力机功率与风力机转速和转矩的关系,设计了基于最优转矩控制的最大功率点跟踪控制算法。设计了基于Crowbar的低电压穿越方案,采用Buck电路连接,减小了电流冲击。运用Matlab/Simulink软件,搭建了直驱风力发电系统模型,对并网过程,机侧变换器和网侧变换器的控制性能,以及MPPT和LVRT方案进行了验证。     

Power maximization control of variable‐speed wind generation system using permanent magnet synchronous generator

This paper proposes sensorless output power maximization control of a wind generation system. A permanent magnet synchronous generator (PMSG) is used as a variable speed generator in the proposed system. The generator torque is suitably controlled according to the generator speed and thus the power from a wind turbine settles down on the maximum power point by the proposed MPPT control method, where the information on wind velocity is not required. Moreover, the maximum available generated power is obtained by the optimum current vector control. The current vector of PMSG is optimally controlled according to the generator speed and the required torque in order to minimize the losses of PMSG considering the voltage and current constraints. The proposed wind power generation system can be achieved without mechanical sensors such as wind velocity detector and a position sensor. Several experimental results show the effectiveness of the proposed control method. © 2004 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 150(2): 11–19, 2005; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20043     

双馈型风力发电系统MPPT控制方法研究

为了最大限度地利用风能,针对双馈变速恒频风力发电系统,分析了风力机特性及最大风能捕获原理。在基于电网电压定向的矢量控制的基础上,提出了一种新的无需检测风即可实现最大功率点跟踪(MPPT)的控制方法。该控制方法以发电系统输出功率最大为目标,能够实时追踪最大功率点(MPP)且不依赖风力机最佳功率特性曲线,实现了发电机输出有功和无功功率的解耦控制,并构建了风力发电模拟平台进行实验验证,结果证明了该控制方法的正确性与有效性。     

基于STATCOM的超级电容储能系统的风电并网

为了提高电网的电能质量,探讨了一种与永磁同步发电机(PMSG)相连接的电网控制和运行策略。该电机以直驱变速风电机组和静止同步补偿器(STATCOM)为基础,STATCOM的应用是通过风力涡轮机的不脱网运转能力来提高了系统性能,发电机侧变换器的控制策略是应用STATCOM控制器实现传输效率最大化。通过Matlab对其进行了仿真验证。仿真结果表明,带有STATCOM的超级电容器能量存储系统能够提高风能系统电网故障或扰动时的稳态和动态性能。     

直驱永磁同步风力发电机的最佳风能跟踪控制

与双馈交流励磁风力发电系统相比,直驱永磁同步风力发电系统具有结构简单、发电效率及运行可靠性高等优点。文章采用双脉宽调制(pulse-width modulation,PWM)变换器作为直驱永磁同步发电机的并网电路,根据风力机和发电机的运行特性提出了一种基于最佳功率给定的发电机最大风能跟踪控制策略。建立了基于双PWM变换器的直驱永磁同步风力发电实验系统,实验结果验证了所提出控制策略的正确性。该发电系统可实现最大风能跟踪控制、并网有功和无功功率独立控制以及变速恒频发电运行。     

虚拟同步发电机技术在风力发电系统中的应用与展望

随着风电并网容量的不断提升,大量通过电力电子装置并网的风力发电机组使得现有电力系统的转动惯量缺失,造成系统频率稳定性下降等问题愈加严重。虚拟同步发电机技术可通过模拟传统同步发电机的运行特性,提高风机的并网等效惯量和阻尼系数及电网的风能渗透率。首先,论述了近年来虚拟同步发电机技术在风力发电系统中的研究进展,探讨了风能最大功率点跟踪(MPPT)与频率支撑的协调控制,并揭示了实际转子与虚拟同步转子的能量平衡关系。然后,分析了系统参数设计及其对稳定性的影响,并以主流的全功率型风机和双馈型风机为例,介绍了具体控制方法及其未来在大规模风电场聚合等值研究中的应用前景。最后,总结了当前存在的关键技术问题及可行的解决思路。     

变风速下永磁同步发电机无源线性反馈控制设计

为了实现永磁同步发电机(permanent magnetic synchronous generator， PMSG)的最大功率跟踪(maximum power point tracking， MPPT)，文章设计了一款无源线性反馈控制(passivity-based linear feedback control， PBLFC)。首先，基于无源控制理论构建能量函数，通过详细分析系统各项的物理意义，保留有益系统的非线性项以改善其暂态响应特性。其次，引入线性反馈控制作为额外输入，通过能量重塑使得能量函数中的能量得以快速耗散，进而使PMSG能在快速时变风速下有效实现MPPT。此外，对闭环系统稳定性进行了深入分析，验证了闭环系统的稳定性。最后，进行了4个算例研究，即阶跃风速、随机风速、电网电压跌落和参数不确定。仿真结果表明，与矢量控制（vector control，VC）、反馈线性化控制(feedback linearization control， FLC)相比，PBLFC在各种工况下均能快速稳定地捕获最大风能，且其故障穿越(fault ride-through， FRT)和鲁棒性得到明显改善。     

Power generation maximization of distributed photovoltaic systems using dynamic topology reconfiguration

The ‘mismatch losses’ problem is commonly encountered in distributed photovoltaic (PV) power generation systems. It can directly reduce power generation. Hence, PV array reconfiguration techniques have become highly popular to minimize the mismatch losses. In this paper, a dynamical array reconfiguration method for Total-Cross-Ties (TCT) and Series–Parallel (SP) interconnected PV arrays is proposed. The method aims to improve the maximum power output generation of a distributed PV array in different mismatch conditions through a set of inverters and a switching matrix that is controlled by a dynamic and scalable reconfiguration optimization algorithm. The structures of the switching matrix for both TCT-based and SP-based PV arrays are designed to enable flexible alteration of the electrical connections between PV strings and inverters. Also, the proposed reconfiguration solution is scalable, because the size of the switching matrix deployed in the proposed solution is only determined by the numbers of the PV strings and the inverters, and is not related to the number of PV modules in a string. The performance of the proposed method is assessed for PV arrays with both TCT and SP interconnections in different mismatch conditions, including different partial shading and random PV module failure. The average optimization time for TCT and SP interconnected PV arrays is 0.02 and 3 s, respectively. The effectiveness of the proposed dynamical reconfiguration is confirmed, with the average maximum power generation improved by 8.56% for the TCT-based PV array and 6.43% for the SP-based PV array compared to a fixed topology scheme.     

Power system transient stability assessment based on the multiple paralleled convolutional neural network and gated recurrent unit

In order to accurately evaluate power system stability in a timely manner after faults, and further improve the feature extraction ability of the model, this paper presents an improved transient stability assessment (TSA) method of CNN?+?GRU. This comprises a convolutional neural network (CNN) and gated recurrent unit (GRU). CNN has the feature extraction capability for a micro short-term time sequence, while GRU can extract characteristics contained in a macro long-term time sequence. The two are integrated to comprehensively extract the high-order features that are contained in a transient process. To overcome the difficulty of sample misclassification, a multiple parallel (MP) CNN?+?GRU, with multiple CNN?+?GRU connected in parallel, is created. Additionally, an improved focal loss (FL) function which can implement self-adaptive adjustment according to the neural network training is introduced to guide model training. Finally, the proposed methods are verified on the IEEE 39 and 145-bus systems. The simulation results indicate that the proposed methods have better TSA performance than other existing methods.     

直驱风机低电压穿越控制技术研究及实测验证

随着风电大规模接入电网,新的并网规范要求风力发电机组必须具有低电压穿越能力.针对直驱式风电机组,采用直流母线卸荷电阻限制电压跌落时变流器直流环节产生的过电压,并通过改进电流控制策略抑制变流器过电流,从而实现永磁同步发电机风电机组的低电压穿越运行.在网侧变流器数学模型的基础上进行了卸荷电阻的优化设计,提出了电网电压跌落故障时网侧变流器的改进电流控制策略,最后在1.5 MW级永磁同步发电机风电机组上进行现场低电压穿越能力测试,实测验证了所提出方法的正确性.     

永磁直驱风电机组的双PWM变换器协调控制策略

永磁直驱风力发电系统中可采用全功率双脉宽调制（PWM）变换器作为永磁同步发电机（PMSG）的并网电路,当风速变化时,双PWM变换器的直流链电压会随着PMSG输出功率的改变而出现大幅度波动,这将不利于变换器功率器件的安全运行及整个发电系统的稳定运行。结合永磁直驱同步风力发电系统的运行特点,提出一种适用于永磁直驱风电机组的双PWM变换器协调控制策略。系统仿真和实验结果验证了所提出的控制策略的正确性,该方案可显著提高风速变化时双PWM变换器的直流链电压的稳定性,有助于提高发电系统的安全稳定运行能力。     

现代水平轴三叶片风力发电机转速控制的优化

提供一种选择适合项目风况下的风力机,并找到风力机运行在最佳性能的方法,通过此方法提高风能的利用效率,实现风电厂投资收益最大化。通过研究风力机发电机转速、风速、最佳叶尖速比和发电机功率之间的关系,使用实际运行数据推算在运风机最佳叶尖速比,找到使风力机运行在该最佳叶尖速比的发电机转速-功率控制曲线。使用该曲线对风力机的发电机转速控制器进行优化,从而使风力机在更宽的发电机转速范围内,运行在最佳叶尖速比下,获取最大风能。使用该方法,结合真实风力发电厂案例,通过对在运机组的运行数据的分析,优化其发电机转速控制策略,最终达到了提升风力机发电量的目的,验证了该方法的可行性。该方法也可作为对风力机选型评估的参考。     

风力发电机组低电压穿越测试与分析

随着风电在电力系统中的穿透率逐年上升,风力发电与电力系统之间的相互影响越来越大,电力系统对并网风力发电机组在电网故障下能不间断运行提出强制性要求。分析了直流卸荷电路的工作原理和拓扑结构,建立了直驱风电系统模型。机侧变流器采用改进的直接电流矢量控制策略,实现了发电机平稳高效运行;对网侧逆变器控制策略做了进一步改进,增强机组的低电压穿越能力。利用移动式低电压穿越检测设备对内蒙古某风场永磁直驱风电机组进行了现场测试,测试结果满足国网的风电低电压穿越运行要求。     

采用飞轮储能的永磁直驱风电机组有功平滑控制策略

风速的不稳定性和间歇性使得采用最大风能捕获控制策略的风电机组输出有功功率会随风速的变化而波动,影响风电机组的输出电能质量,引起电网频率波动,甚至带来电网的稳定性问题.简单分析了永磁直驱风电机组的全功率双脉宽调制(PWM)交-直-交变流器的控制策略,提出了在不改变现有变流器控制策略的前提下,在变流器的直流侧接入飞轮储能系统,用以实现风电机组输出有功功率的平滑控制.设计了飞轮储能系统的能量控制策略,并给出了平滑功率值的计算方法.对1.3 MW永磁直驱风电机组的运行特性进行了仿真研究,仿真结果表明,采用所提出的飞轮储能系统能量控制策略能够有效平滑风电机组输出有功功率,提高了风电机组的输出电能质量.     

永磁直驱风力发电中风力机模拟系统的研究

分析了风力机和直流电动机的工作特性,建立了风力机特性曲线的数学模型.在此基础上,提出功率外环转矩内环的双闭环直流电动机控制方法来模拟风力机特性,并通过控制永磁同步发电机使其运行在最大功率输出点.同时为检验风机控制系统的相关性能及研究风机对电网的影响,分"微风"、"阵风"、"强风"3种状态对风电场的工况进行初步模拟.通过...