直驱型永磁风电机组并网控制系统的研究

对直驱型永磁风电机组并网控制系统工作结构与原理进行讨论,并研究变流器电机侧与电网侧的并网控制电路与控制策略。应用并联多变流器的方法,采取电网电压定向的电流、电压双闭环矢量控制模式,设计逆变并网控制。基于对交-直-交背靠背双PWM变流器的控制,运行软件仿真了690 V/2.5 MW直驱型永磁风电机组的变流器并网过程。实验结果表明,控制电路与策略正确有效,并网变流器能进行双向的能量传递,并且具有良好的静动态特性。     

直驱永磁同步风电机组高电压穿越技术研究与试验

针对大容量直驱永磁同步风电机组的高电压穿越问题,研究了电网电压升高对全功率变流器母线电压的影响;在风电机组不同的无功输出情况下,分析了机组升压变压器阻抗对并网点电压影响规律。在此基础上,确定了电网高电压故障下无功电流注入的原则,提出了基于变流器动态无功控制的高电压穿越控制策略,并从"高电压判断-高穿执行-高穿结束"3个方面分析了主控系统协调配合机制。在MATLAB中建立了2.5 MW直驱永磁风电机组的仿真模型,实现了风电机组高电压穿越全过程动态仿真;利用电网高电压发生装置,在MW级直驱永磁同步风电机组上进行了高电压穿越现场试验研究,试验结果表明理论与仿真分析的准确性及控制策略的有效性。     

基于PSCAD的直驱式风电机组运行特性仿真

在分析直驱式永磁同步风电机组的基本构成、数学模型基础上,研究了变流器的控制策略.利用PSCAD/EMTDC仿真平台构建了直驱式永磁同步风电机组的仿真模型,仿真分析了阶跃风速下直驱式风电机组稳态运行特性,并仿真研究了额定风速下直驱式风电机组的暂态特性.研究结果表明并网运行的直驱式风电机组具有良好的运行特性,电网故障时直驱式风电机组能够调节无功功率输出,对电网电压的恢复有积极的作用,能提高电网的稳定性.     

1.5MW永磁直驱风电机组并网变流器的研制

介绍了永磁直驱风电机组并网变流器系统结构和工作原理,并对并网变流器发电侧和电网侧的控制策略和控制电路进行了研究,在此基础上,研制了一台1.5MW/690V永磁直驱风电机组并网变流器样机,进行了相应的实验研究.实验结果表明,该控制策略和控制电路正确有效,并网变流器能实现能量的双向传递,具有优良的并网特性.     

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.     

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.     

永磁直驱风电机组改善系统阻尼的控制技术

永磁直驱风力发电机组抑制系统功率振荡的阻尼作用,有利于提高风电渗透率较高的区域电网的稳定性.本文在分析永磁直驱风电机组运行特性和控制策略的基础上,研究具备故障穿越能力的永磁直驱风电机组的无功调制与系统功率振荡的关系,提出了永磁直驱风电机组的无功附加阻尼控制策略.利用MATLAB/Simulink仿真软件对含永磁直驱风电机组的区域电网进行仿真分析,验证了在所提控制策略下,永磁直驱风电机组能够利用其无功功率的调节能力,抑制故障后系统持续振荡的功率,从而提高了基于永磁直驱风电机组的大规模风电场接入电网后的电力系统的阻尼特性.     

直驱永磁风电机组高电压穿越协调控制策略

提出直驱永磁风电机组高电压故障穿越控制策略。分析直驱永磁风电机组暂态运行特性,研究变流器运行不同区域的电压向量关系,分析直流电容电压跃升机理。设计直驱永磁风电机组上层控制策略,实现机网侧变流器执行层的dq功率参考值由不同机端电压跃升度决定。PSCAD/EMTDC中的仿真结果表明:机端电压跃升幅度较小时,该控制策略不仅可确保直驱永磁风电机组直流电容电压稳定在安全值以内,且在不影响风电机组向电网注入有功功率的同时,还可向故障点注入一定感性无功功率,支撑母线故障电压恢复;机端电压跃升幅度较大时,该控制策略通过网侧变流器向电网注入容性无功功率防止直流电容电压越限,在满足变流器容量约束条件的前提下,向电网注入有功功率。     

分散式风电孤岛运行特性与孤岛检测试验研究

分散式风电靠近电网负荷端,风电机组必须自主实现孤岛状态的辨识。基于风电机组孤岛运行特性及功率扰动对并网点电压、频率影响的灵敏度分析,提出基于无功功率-频率正反馈与传统过欠压、过欠频相结合的风电机组孤岛检测方法,并进行了风机变流器无功功率扰动控制环设计。在Matlab/Simulink中建立了2.0 MW永磁同步风电机组仿真模型,实现了风电机组孤岛运行与孤岛状态辨识的全过程仿真。利用RLC负荷模拟装置,在2.0MW永磁同步风电机组上进行了孤岛检测现场试验。仿真与现场试验证明了理论分析的正确性与孤岛检测策略的有效性。     

永磁直驱风电机组低电压穿越时的有功和无功协调控制

为提高基于全功率变流器并网的永磁直驱风电机组低电压穿越能力,在深入研究该风电机组运行特性和控制策略的基础上,分析了电网电压跌落过程中引起全功率变流器直流侧电压波动的原因,提出了一种采用机侧变流器控制直流电压稳定,网侧变流器实现最大功率跟踪和有功无功协调的新型控制策略。在低电压穿越过程中,该控制策略根据变流器直流侧电压的变化,通过机侧变流器调节风力发电机的电磁功率,使电网故障期间风电机组的功率波动由发电机转子承担,消除全功率变流器两端的功率不平衡,稳定直流侧电压。并根据电网电压幅值,通过网侧变流器实现对风电机组输出有功和无功的协调控制,抑制电网电压扰动。仿真结果表明本文所提控制策略在电网电压扰动时能有效抑制直流侧电压波动,使永磁直驱风电机组的低电压穿越能力得到显著提高,并能有效实现对电网电压的支持。     

基于长短期记忆网络的永磁同步风机变换器开路故障诊断研究

永磁同步风机通过全功率背靠背变换器与电网连接,实现风能与电能的转换。风机的运行环境恶劣,变换器的电力电子开关器件容易发生开路故障,影响风力发电系统的正常运行。针对永磁同步风机网侧变换器和机侧变换器常见的开关管开路故障,提出一种基于长短期记忆网络的故障诊断算法。分析变换器开关管故障下的永磁同步风机输出变化,基于风机变换器开路故障样本数据,构造具有多隐藏层的网络结构挖掘信号中的隐藏信息,充分利用长短期记忆网络优异的模式识别能力,深度提取不同工作条件和故障状态下的网侧电流和发电机电流的信号特征,提高故障诊断性能。仿真结果表明,提出的故障诊断方法能够快速、准确地识别出永磁同步风机的变换器开路故障。     

Operation and control of a grid-connected DFIG-based wind turbine with series grid-side converter during network unbalance

This paper proposes a control scheme of a grid-connected doubly-fed induction generator (DFIG) wind turbine with series grid-side converter (SGSC) to improve the control and operation performance of DFIG system during network unbalance. The behaviors of DFIG system with SGSC under unbalanced grid voltage conditions are described. The SGSC is controlled to inject voltage in series to balance the stator voltage. Therefore, the adverse effects of voltage unbalance upon the DFIG such as large stator and rotor current unbalances, electromagnetic torque and power pulsations are removed and the conventional vector control strategy for the rotor-side converter (RSC) remains in full force under unbalanced conditions. Meanwhile, three selective control targets for the parallel grid-side converter (PGSC), such as eliminating the oscillations in total active or reactive power, or no negative-sequence current injected to the grid are identified and compared. Besides, the proportional resonant controllers in the stationary reference frame are designed for both the SGSC and PGSC to further improve the dynamic performance of the whole system. Finally, the ratings and losses of the SGSC and the injected transformer are discussed and the effectiveness of the proposed control scheme is verified by the simulation results of a 2 MW DFIG-based wind turbine with SGSC under steady state and small transient grid voltage unbalance.     

不对称电网故障时风电网侧变流器控制的数/模仿真

不对称电网故障时网侧变流器的有效控制,对提高风电机组的并网运行能力具有重要意义。文中采用优选的序分量分解算法,设计了基于正、负序双dq电流调节的网侧变流器控制策略。为验证控制策略并克服纯数字仿真和物理实验的缺点,采用实时数字仿真器(RTDS)和自主开发的数字信号处理器(DSP)控制器,构建了双馈风电机组数/模混合仿真系统。对一台2 MW机组的数/模混合仿真证明了控制策略的正确性和方案的有效性。     

针对并网型飞轮储能系统的双电流闭环比例谐振控制

文章提出一种适用于飞轮储能系统并网的双电流闭环控制方法。在电网侧及飞轮侧控制系统中同时引入比例谐振控制器,避免了比例积分（proportional integral,PI）控制器跟踪正弦电流存在稳态误差的缺点,提高了系统的稳定性及电网电能质量。同时,采用电容电流内环反馈控制抑制LCL滤波器的谐振尖峰,提高进网功率因数。在充电阶段,电网侧变换器采用电压外环控制方式,飞轮侧变换器采用转速外环控制方式;在待机及并网运行阶段,电网侧变换器采用电网侧电流外环电容电流内环的控制策略,飞轮侧变换器采用直流母线电压外环电流内环的控制策略,以稳定直流母线电压。采用广义根轨迹法对电网侧控制器参数进行设计。搭建了飞轮储能系统并网控制模型,仿真结果验证了文章控制策略的有效性。     

不同控制策略对双馈风机暂态特性影响仿真研究

本文根据网侧基于电网电压定向的矢量控制策略和直接功率控制策略及机侧基于定子磁链定向的矢量控制策略和直接功率控制策略,在PSCAD平台上分别搭建了基于矢量控制策略和直接功率控制策略的两套双馈风机仿真模型,对比分析了电网发生对称性短路故障导致机端电压不同程度轻微跌落和严重跌落时基于不同控制策略的风机的暂态特性,分析了不同时刻投入撬棒电路时基于不同控制策略的风机短路电流特性,并仿真分析了基于不同控制策略的网侧变频器不发无功时对直流母线电压的稳定作用及发无功时对电网电压的支撑作用,最后总结了不同控制策略对双馈风机对称性短路故障暂态特性的影响。     

一起风电场高频振荡事故的原因和解决方法分析

基于广西木格风电场高频振荡时的电气参数以及风机网侧变频器的控制原理,建立了风机网侧变频器的传递函数模型。通过网侧变频器传递函数模型和其诺顿等效电路的对比分析,求出了网侧变频器等效阻抗的频域表达式。通过伯德图对网侧变频器等效阻抗和电网阻抗的幅频特性、相频特性进行分析,得出了高频振荡事故的原因是在特定频率下网侧变频器等效阻抗和电网阻抗形成了谐振。然后提出了通过修改前馈电压系数来改变网侧变频器等效阻抗的幅频、相频特性,从而解决高频振荡问题的方案。对修改前馈电压系数后的风机并网系统传递函数模型进行分析,求出了其开环传递函数。用伯德图进行分析证明了修改后系统的稳定裕度明显增加。木格风电场采取此措施后在各种工况下验证,均能够正常运行,证明了所提解决方案的有效性。     

兆瓦级风力机风轮静态特性模拟器的研究

提出一种新型小功率实验平台模拟兆瓦级风力机风轮特性的控制策略.通过对兆瓦级风机转矩特性等功率缩小和低转速特性的准确跟踪,实现风力机风轮静态特性的模拟.利用原动机侧变换器能够模拟兆瓦级风机缩比转矩特性,发电机侧变换器可准确跟踪风机低转速特性.分别针对风速和转速变化两种情况进行了分析,结果表明该方案能准确模拟兆瓦级风力机风...     

定子Crowbar电路模式切换的双馈风力发电机组低电压穿越控制策略

针对转子Crowbar电路的双馈风力发电机组低电压穿越需要闭锁变流器控制脉冲、直流母线电压波动无法较好地抑制,提出了一种定子Crowbar电路模式切换的双馈风电机组低电压穿越控制方案。电网发生故障时,定子Crowbar电路接入系统,双馈风电机组切换至感应发电机组模式下,转子侧变流器采用转子功率外环控制,网侧变流器采用功率协调控制方案,将机侧功率当作前馈量引入到网侧变流器控制策略中并向电网注入无功功率。仿真分析表明,所提控制方案在确保实现双馈风电机组低电压穿越的同时,能够有效地降低转子暂态电流、稳定直流母线电压,并向电网提供无功功率。     

应对并补电网下DFIG系统高频谐振的宽频阻抗重塑策略

并联补偿在电力系统中广泛用于无功补偿及提高电网电压供电质量,当基于双馈式感应发电机(DFIG)的风电机组接入并补电网时,若其阻抗与并补电网阻抗不匹配,则风电机组与电网的互联系统会引发高频谐振,恶化系统运行性能。提出一种基于阻抗重塑技术的DFIG系统高频谐振抑制策略,在分析DFIG机侧和网侧阻抗的基础上,在网侧变流器中引入了基于切比雪夫滤波器的阻抗重塑控制器,对DFIG系统高频段阻抗特性进行宽频域范围重塑,从而避免了已有高频谐振控制策略中的谐振检测环节,改善了目前基于谐振频率检测的谐振抑制策略中存在的在并补度改变时谐振抑制性能下降的问题,提高了DFIG系统对并补电网的适应能力。进而,分析了所提出的谐振抑制策略对基频控制的影响,并对所提DFIG系统高频谐振抑制策略进行了仿真验证。     

基于机电储能的永磁同步发电机低电压穿越控制策略

从功率流向角度对已有低电压穿越(LVRT)方法进行归纳总结,在此基础上提出一种LVRT控制策略:基于机电储能,利用机侧变流器稳定直流母线电压,网侧变流器实现最大风能跟踪。该控制策略结合散热要求大大降低的制动电阻与变桨距调节技术,可以在不增加控制复杂度、不显著增加系统成本的情况下,充分利用风电机组惯性,存储电网电压跌落时系统的不平衡能量,平稳实现LVRT。通过对1.5MW永磁直驱风电系统的MATLAB仿真,验证了所提出的LVRT控制策略的正确性和有效性。