串联制动电阻提高VSG的LVRT能力和功角稳定研究

虚拟同步机发电机(VSG)在短路故障期间存在输出电流幅值骤升和无法支撑并网公共点(PCC)电压等问题,甚至在严重的三相短路故障中可能出现功角失稳.为此,采用串联制动电阻提高VSG的低电压穿越(LVRT)能力及功角稳定性.通过电网电压、电流矢量图阐述串联制动电阻利用自身产生压降限制过电流和抬升PCC电压的原理,根据等面积...     

VSG低电压穿越的特性分析及控制方法研究

虚拟同步发电机（VSG）为风电、光伏等可再生能源提供了一种友好的并网方式。然而,常规VSG在电网电压跌落后易出现过流问题而退出运行。该文基于VSG的典型模型对其在电网电压对称故障后的动静态特性进行了分析,并提出一种改进的低电压穿越控制方法。所提方法在并网情况下切出VSG的无功－电压控制环节,通过有功和无功功率的协同控制避免VSG在电网电压跌落后的稳态过流,并引入基于最大故障相电流的时变虚拟阻抗以抑制VSG在电网电压跌落和恢复时刻的瞬态故障电流。基于Matlab/Simulink构建了VSG并网仿真模型,验证了VSG在电网故障后特性分析和低电压穿越控制方法的有效性。     

基于虚拟同步发电机低电压穿越的无缝切换控制策略

虚拟同步发电机(VSG)控制使分布式发电接入电网呈现友好特性,该文在建立逆变器VSG控制数学模型基础上,针对分布式电源逆变器采用VSG控制,针对其不具备低电压穿越(LVRT)能力的问题,结合传统LVRT控制方法,提出一种基于电压幅值和相位预同步的模式无缝切换控制策略,引入预同步单元对VSG输出实时矫正,有效避免LVRT/VSG模式切换前后的相位不一致问题。仿真结果表明该控制策略能够使逆变器在电网低电压故障期间抑制暂态冲击电流和改善并网电能质量,保证基于分布式电源逆变器VSG实现LVRT而不脱网,验证了所提方法的正确性和有效性。     

基于改进网侧控制策略的半直驱风电系统FFRT研究

[目的]为改进半直驱风电系统的故障电压穿越（Flexible Fault Ride Through, FFRT）能力,提出采用电网故障时无功优先的改进网侧控制策略。[方法]在分析传统网侧控制策略的基础上,根据最新的故障电压穿越能力测试规程在传统网侧控制加入无功优先控制,在电网暂态故障期间优先向电网注入无功电流支撑电网电压恢复。根据改进网侧控制策略,对电网深度跌落和升高时采用卸荷电路结合改进网侧控制策略实现了风电机组的FFRT仿真运行,结合某项目6 MW半直驱风电机组,采用移动故障电压穿越测试设备进行故障电压现场测试。[结果]测试和仿真结果表明,改进网侧控制策略可提升半直驱风电系统的FFRT运行,无功电流稳定控制。[结论]改进网侧控制策略可在多种对称低电压/高电压故障工况和不对称高电压故障工况下优先向电网注入对应的稳定无功电流,有利于辅助电网电压恢复和提升半直驱风电系统的FFRT能力。     

三电平光伏并网逆变器低电压穿越的控制策略

为满足光伏逆变器并网要求,针对电网电压在对称跌落和不对称跌落情况,分别采用不同的低电压穿越控制策略。当发生对称跌落时,封锁电压外环,电流内环给定指定值;当发生不对称跌落时,采用电压前馈算法有效抑制跌落瞬间的电流冲击;快速的正负序分量提取和精确的电网电压同步信号,保证控制信号提取的实时性;抑制负序电流分量,保持三相电流平衡并动态调节无功电流输出,满足无功支撑要求;有源阻尼控制将保证系统的稳定运行。基于10 k W三电平光伏并网逆变器,进行Matlab/Simulink仿真和现场实验。结果表明,控制策略能有效抑制并网电流的瞬间冲击并具有较高的正弦度,从而保证在电网发生跌落期间的安全穿越。     

基于无功电流注入的光伏逆变器低电压穿越策略

大量的光伏电站接入电网,为了提高电力系统的稳定性,需考虑光伏发电的低电压穿越能力。文章基于无功电流电压支撑方案,提出使用电流单环控制的低电压穿越策略,当电网电压因故障而降低时,逆变器由电压电流双环控制切换到电流单环控制,升压电路由最大功率控制(MPPT)切换到稳压控制。经仿真表明,所提出的电流单环控制策略能在电网发生故障时,有效的完成电压的稳定过渡,实现低电压穿越,具有实用价值。     

基于转子储能的全功率变速水电机组低电压穿越控制策略研究

全功率变速水力发电机组是水力发电机组变速运行主要方式之一,能更快速度响应电网功率变化需求,对间歇性与随机性强的新能源消纳具有重要意义,其机组的低电压穿越能力是保障机组稳定并网运行的关键。提出了一种基于机组转子储能的低电压穿越控制策略,充分利用水力发电机组转子储能能力强和机组输入功率可以调节的特点,采用转子储能和调速器调节吸收控制电网电压跌落期间的机组不平衡能量,并根据电网电压跌落幅值通过网侧变流器向电网提供无功电流支撑。建立了系统各部件的数学模型,通过仿真比对了提出的控制策略与传统的策略,仿真结果表明提出的控制策略能有效抑制直流母线过电压,并向电网提供无功电流支撑,提高了全功率变速水力发电机组的低电压穿越能力。     

基于MPPT运行模式的光伏发电系统低电压穿越无功控制策略

针对光伏发电系统通常以单位功率因数运行,造成故障时光伏并网逆变器一定视在功率浪费的现状,提出一种低电压穿越无功控制策略。分析光伏并网逆变器的有功、无功功率解耦控制和其无功功率输出极限,建立光伏逆变器无功功率输出与并网点电压跌落的关系,通过比较故障前光伏阵列发出有功功率与光伏逆变器允许输出最大有功功率,确定光伏发电系统在低电压穿越过程以最大功率模式运行或者以非最大功率模式运行。利用RTDS软件搭建仿真算例,验证该低电压穿越无功控制策略的可行性。     

基于VSG控制的SOP低电压穿越控制策略

虚拟同步发电机（virtual synchronous generator,VSG）技术因其使逆变器能够模仿同步发电机的运行机制,不仅使分布式电源接入电网呈现友好特性,而且增强了电网的稳定性,从而得到了广泛的研究。然而传统VSG控制由于难以提供可控的无功功率而不具备低电压穿越（low voltage ride through,LVRT）能力,当远端发生故障导致电压下降时,难以提供无功支撑,容易出现电流过流等问题。因此,针对上述问题采用一种计及模式切换的低电压穿越控制方法。分析了VSG基本原理,针对换流器采用VSG控制,在传统LVRT方法的基础上,设计了VSG低电压穿越控制的方法。针对电网故障工况下换流器的LVRT问题,结合传统LVRT控制方案,采用一种模式切换控制策略,以柔性电力电子开关（SOP）为研究对象,通过仿真结果进行对比。仿真结果验证了VSG控制结合LVRT控制可以抬升电压,在表现出传统发电机动态特性的同时,还可以提升供电可靠性,同时该控制策略可以在表现出传统发电机动态特性的同时,加入低穿特性,可提升供电可靠性,帮助换流器度过瞬时暂态过程,同时发出无功功率支撑电压恢复,同时满足低电压穿越期间的电网需求。     

大型光伏电站变结构低电压穿越控制策略研究

通过分析大型光伏电站在电网故障下的特征,研究了大型光伏电站低电压穿越的变结构控制策略。在电网发生故障时,通过变结构控制策略,限制逆变器交流侧电流幅值,同时切换网侧电压外环控制,通过比例调节器,将电压跌落深度转换为无功电流缺额,向电网发送无功功率,提高电网电压的恢复能力,并将此控制策略应用于多台并网逆变器联合运行。仿真结果表明,所提出的变结构控制策略能够有效限制交流侧电流幅值,使逆变器不脱网运行,提高了故障点电压的恢复能力,实现光伏电站低电压穿越的要求     

虚拟同步发电机并离网无缝切换控制策略研究

针对常规逆变装置并网时电压相位幅值不同步,以及逆变装置内环控制结构瞬时变化给电网带来冲击和不稳定问题,文章提出一种多运行模式下统一电压电流双环控制结构、基于虚拟同步发电机(VSG)算法的逆变器并离网无缝切换策略。该策略包括孤岛模式并网的预同步控制策略、离网控制策略、有功功率和无功功率的并网冲击抑制、根据负荷变化在线实时整定并网预同步相角差、及时调整输出电压相位的算法。在逆变器带阻性、阻感性负载时对所提并离网切换策略进行了仿真验证,证明了算法的可靠性,有效实现了对于电网、负荷以及直流侧储能的无冲击平滑并网。     

一种改进的双馈感应发电机低电压穿越控制策略

为提高双馈感应发电机的低电压穿越能力,对转子侧换流器考虑了电网故障时定子磁链变化对有功、无功解耦的影响,并将反映电流耦合及定子磁链变化的附加量作为前馈分量加入电流指令值,对传统矢量控制策略进行了改进。对网侧换流器,提出一种考虑直流环节两侧功率不平衡及电网电压突变的改进控制策略。仿真验证了改进方案对转子过电压、过电流及直流母线电压波动均有很好的抑制作用,有效提高了双馈机的低电压穿越能力。     

无功补偿与去磁电流协同控制的改进DFIG高电压穿越策略

为解决双馈感应发电机(DFIG)难以满足严重电网电压骤升故障时穿越测试要求问题,提出了基于无功补偿与去磁电流协同控制的改进DFIG高电压穿越控制策略。在网侧变换器无功补偿稳定直流母线电压的基础上,协同转子侧变换器去磁电流控制,确保有功功率平衡及RSC容量完全利用情况下向转子注入无功。对比传统方法,改进控制策略有严重骤升故障适应性强与转子侧变换器(RSC)容量利用率高的双重优势。最后在Matlab/Simulink搭建模型,仿真结果验证所提方案能更好地满足风电机组HVRT的测试要求,实现高电压穿越。     

通过SVC和TCSC联合改善异步机风电场暂态电压稳定性研究

用静止无功补偿器(SVC)和可控硅控制串联补偿器(TCSC)进行联合补偿,以提高异步风机风电场的暂态电压稳定性。在Matlab/Simulink中搭建了风电场及相关电网模型,通过仿真计算验证了SVC和TCSC对异步机风电场与电网暂态电压稳定性的作用。研究结果表明:在风速随机波动的情况下,SVC能动态地补偿无功功率,保持系统的暂态稳定性;当接入电网发生三相短路的大扰动故障时,TCSC能够有效地恢复机端电压,提高了风电场的低电压穿越能力。     

基于转子串电阻的双馈风电低电压穿越暂态功率优化控制

针对双馈风力发电机转子串电阻低电压穿越控制,提出一种动态功率优化控制策略,根据电网电压跌落深度的前馈控制,实时改变双馈电机有功功率给定值,进而快速有效地控制双馈电机的功率输出,实现转子变流器两侧的功率平衡;利用转子串电阻低电压穿越期间双馈电机的可控性,在确保系统稳定和转子变流器电流不越限的情况下,为电网提供尽可能多的无功支撑,促使电网故障电压快速恢复。基于10 kW的双馈风力发电模拟平台实验结果表明,该算法在无需添加额外硬件设备的同时,可基本实现系统的安全、稳定、零电压穿越运行,且可降低系统的成本,具有一定实用性。     

含超级电容器储能的永磁直驱风电系统低电压运行与控制

为实现电网不平衡条件下直驱风电系统低电压穿越,通过研究含超级电容器储能单元的系统运行特性,建立超级电容器储能单元小信号模型,实现精准的充放电控制,确保系统安全稳定运行。提出风电系统中储能容量的确定方法,研究适合于该系统的低电压运行的控制策略,包括限制机侧变流器有功输出以及调整网侧变流器有功无功分配,为电网提供无功支撑。提出新的频率自适应正序电压分量检测法,为变流器运行提供精准快速的响应信号,提高系统鲁棒性。通过仿真验证含超级电容器储能的直驱风机系统及其控制策略的可行性。     

基于相量算法的STATCOM在风机 无功补偿中的应用

研究了简化的电磁暂态电力电子器件应用于机电暂态仿真的可行性。使用MATLAB-SIMULINK的相量算法,将电网中电流电压视为相量,采用滤去直流与谐波分量的隐式梯形法求解相量方程。在相量算法下搭建静止同步补偿装置(STATCOM)模型,对其电流和电压相量进行dq分解,采用PI和前馈解耦控制,通过对风电机组正常情况下的无功补偿以及短路故障下低电压穿越能力的无功支持来验证这种方法的可行性。仿真结果表明,在相量算法下,STATCOM具有快速无功调节的能力,从而验证了简化电磁暂态的STATCOM应用于机电暂态仿真的可行性,也体现出相量算法在大规模电力系统仿真中的精确性和快速性。     

Crowbar优化控制策略下的双馈风机无功调节能力研究

在分析双馈风机(DFIG)无功调节原理的基础上,根据最新的低电压穿越要求,建立优化的Crowbar控制策略,进而提出在电网严重故障期间内,Crowbar投入时由网侧变流器充当STATCOM为电网提供无功,Crowbar退出时无功输出继续由转子侧变流器励磁调节控制,推导出DFIG网侧及定子输出无功功率极限的表达式,结合优化的Crowbar控制策略研究DFIG的无功调节能力,最后利用RTDS平台进行仿真验证。结果表明,DFIG的无功调节能力与理论分析一致,在电网故障期间,应用此控制策略的DFIG可连续提供最大无功支持,且能帮助恢复电网电压。     

基于SVPWM的直驱永磁同步风电系统GS-NSC研究

九开关变换器可实现直驱永磁同步风电机组并网运行及电压补偿功能。文章采用空间矢量脉宽调制方法,提高了九开关变换器直流电压利用率,对网侧九开关变换器(Grid-Side Nine Switch Converter,GS-NSC)的控制策略进行了改进。通过设计多种并网点电压故障工况,对直驱永磁同步风电系统的运行特性进行分析,仿真结果表明,网侧九开关变换器在非正常工况下可维持风电系统输出电压稳定,优先向电网注入无功电流支撑电网电压恢复,实现风电系统的故障穿越运行。     

计及无功补偿的双馈风机低电压穿越技术

为抑制风力发电的间歇性及波动性,需对风电并网系统低电压穿越技术的研究分析。另外,风电并网系统的无功调节性能也是研究的重点及热点。因此,提出一种计及无功补偿的双馈风机低电压穿越控制策略。首先针对传统撬棒的不足,提出了双模式切换的改进撬棒结构,可以减小撬棒投入期间从电网吸收的无功功率,同时更好地抑制转子过电流;其次针对低电压穿越的过程中无功补偿问题,提出了基于STATCOM的动态无功补偿,结合风机自身无功调节能力与改进Crowbar保护电路投切协同控制,促进双馈风电系统LVRT期间风电并网点电压的快速恢复和抑制转子侧过电流,改善双馈风机的低电压穿越性能。通过PSCAD/EMTDC进行仿真验证,结果证明了所提策略的有效性。