电网电压骤降故障下双馈风力发电机建模与控制

双馈感应发电机（DFIG）在变速恒频风力发电中得到广泛应用，对DFIG采用矢量控制可使风电系统实现最大风能追踪和有功、无功解耦调节，从而获得优良的发电运行性能。但在传统的矢量控制方式中，通常认为是无穷大理想电网，忽略了定子励磁电流变化的动态过程，从而得到简化的DFIG数学模型，并以此作为电流内环控制器的设计依据。这种控制器在电网正常的情况下可使系统获得优良的动静态特性，但当电网出现故障时，其控制性能将恶化。为了提高电网电压故障情况下DFIG不间断运行能力，文中以DFIG的精确数学模型为依据，针对传统的2种矢量控制方式的不足，提出了改进的控制方案，并对改进前后电网电压骤降情况下DFIG的动态过程进行了仿真对比，结果表明改进方案可以有效控制转子电流，保护转子励磁变频器，提高DFIG变速恒频风电系统在电网故障下的不间断运行能力，是并网DFIG风力发电机的一种有效、实用的控制策略。     

双馈异步风力发电机开关频率恒定的直接功率控制

与矢量控制相比,直接功率控制(DPC)结构简单,应用于风电系统的双馈异步发电机(DFIG)能简化变频器控制结构,提高系统动态性能。在分析DFIG暂态数学模型的基础上推导了内部状态量与控制量之间的关系,提出了分别基于转子磁链、转子电流和电磁转矩的3种DPC策略,并通过引入空间矢量调制(SVM)技术使DPC策略的开关频率保持恒定。这些策略在电网正常情况下能获得优良的静态性能,而在非正常运行状态各自表现出不同的动态特性,能适用于不同的控制目标。理论分析与仿真实验证明,电网正常情况下各定频DPC可有效实现有功、无功功率的解耦控制;电网电压波动时基于转子磁链DPC(RFDPC)可使DFIG快速进入稳定状态,缩短振荡时间;基于转子电流DPC(RCDPC)可抑制转子电流振荡,防止变频器过流;基于电磁转矩DPC(EMTDPC)可消除电磁转矩脉动,减少对机组转轴剪切应力冲击。     

不平衡电压下双馈异步风力发电系统的建模与控制

提出了不平衡电网电压条件下双馈异步发电机（DFIG）在正、反转同步速旋转坐标系中的完整数学模型，推导和分析了不平衡电网电压条件下DFIG定子输出瞬时有功、无功功率组成。在此基础上，提出了小值稳态不平衡电网电压条件下增强DFIG不间断运行能力的4种可供选择的控制方案。讨论了不同不平衡控制目标下转子正、负序电流指令值计算原则，设计了正、反转同步速旋转坐标系中DFIG的双 dq转子电流控制器的不平衡控制方案，实现了不平衡电网电压条件下转子正、负序电流的独立跟踪控制，有效地提高了小值稳态不平衡电网条件下风电机组的不间断运行能力。仿真研究验证了理论分析的正确性和所提出的双 dq转子电流不平衡控制方案的有效性。     

短路点电气距离对并网风电场低电压穿越效果仿真分析

在DIgSILENT/PowerFactory仿真软件中建立了双馈感应发电机(Double fed induction generator,DFIG)和实际电力系统模型,验证了不同短路点对风电场低电压穿越(low voltage ride through,LVRT)功能的的影响.仿真结果表明:当电网侧发生严重故障时,双馈电机转子侧变频器由于转子绕组过电流而被crow-bar保护短接闭锁,此时双馈风电机组将失去控制用功、无功的能力,风电场的暂态电压稳定能力将影响到电网的安全稳定,短路点与DFIG的电气距离越远,DFIG的LVRT效果越好,即短路点与DFIG的电气距离越远时,DFIG的LVRT相对而言更容易实现,电网的LVRT相对而言更难实现.     

电网短路时交流励磁风电机组网侧变换器控制策略

电网短路故障时交流励磁用双脉宽调制（PWM）变换器应提供足够的励磁电压实现交流励磁发电机的不间断运行，要求双PWM变换器直流链电压在故障时波动较小。分析并提出一种电网短路故障时交流励磁风电机组电网侧变换器的控制策略，该方案在电压跌落时仅利用电流内环控制电网侧变换器，并于电压正常时采用带前馈的双闭环电压控制策略控制电网侧变换器。通过仿真验证了所提出的方案在电网短路故障发生和切除时稳定控制直流链电压的有效性，为故障过程发电机不脱网励磁控制奠定了基础，同时该方案也能有效保护直流侧电容及提高系统的稳定性。     

双馈感应风力发电机网侧变换器低压运行与控制

电压型双PWM变换器用作双馈风力发电机的交流励磁电源在风力发电系统中得到广泛应用,但在电网故障时会引起电网侧变换器直流链电压波动,影响双馈感应风力发电机的不间断运行。分析了引起交流励磁发电机电网侧变换器直流链电压波动的因素,提出了在电压跌落时采用基于小波模型方法,通过引入恰当的前馈项,使流入母线电容的电流为零。与传统的前馈控制策略进行仿真比较分析,验证了改进的前馈控制策略能在负载突变和电网电压骤降的情况下,有效地控制变换器直流母线电压,提高了直流电压调节速度,减小了振荡幅值,同时也起到保护直流链电容的作用,提高了电力系统的稳定性。     

基于转子电流偏差角的双馈感应电机速度观测

提出一种基于转子电流偏差角的双馈感应电机（DFIG）闭环速度观测方案。相比基于定子磁链或基于转子电流的模型参考自适应系统（MRAS）速度观测方案,该方案所构造的速度观测器不仅具有较好的线性化控制特性,而且其前向控制增益不受双馈感应电机转子电流量值的影响,从而使得所设计的DFIG无速度传感器控制系统具有较好的动态响应特性。2 MW双馈感应电机的仿真试验,不仅验证了该无速度传感器控制策略的正确性,而且通过与基于转子电流MRAS无速度传感器控制策略的对比表明,该控制策略具有较好的动态响应特性。     

利用STATCOM提高风力发电机暂态稳定性

分析比较了双馈感应风力发电机(DFIG)与鼠笼感应风力发电机(SCIG)两种机型,利用Simulink对DFIG,SCIG在电压骤降时暂态运行特性进行仿真。结果表明SCIG在电压骤降时的影响主要是输入输出功率不匹配造成转子转速的剧增,而DFIG是因变化器耐流耐压不高,容易因低电压造成的转子过电流而损坏,在控制策略失效时crowbar装置把双馈风力发电机变为鼠笼风力发电机运行。DFIG可通过自身变化器提供无功功率可在一定范围内维持电压稳定,运行较比SCIG稳定。介绍静止无功补偿器(STATCOM),通过STATCOM来稳定端口电压,仿真表明静止同步器可以明显提高风力发电机组的暂态性能。     

全功率变流器永磁直驱风电系统低电压穿越特性研究

随着风电机组安装容量的不断上升，风电系统在电网故障情况下的运行变得尤为重要，电网导则要求风电机组在电网电压瞬间跌落一定范围内不脱网运行。针对使用背靠背全功率变流器的永磁直驱风电系统，提出一种在电网电压瞬间跌落情况下不脱网运行的方法。电网发生电压瞬间跌落时，网侧变流器运行在静止无功补偿（STATCOM）模式，依据电网电压跌落的深度决定发出无功电流的大小，通过快速提供无功电流来稳定电网电压，实现直驱型风电系统的低电压穿越功能。仿真和实验结果表明电网电压故障时使直驱风电系统运行在STATCOM模式可以有效提高低电压穿越能力。     

基于STATCOM的低压配电网电压不对称系统的电压波动控制研究

针对低压配电网电压不对称时负载侧电网电压的波动情况,传统的基于瞬时无功功率理论的无功电流检测方法已经不能满足静止同步补偿器(STATCOM)的要求,因此,在补偿不平衡负载时,提出了一种改进的低压配电网电压不对称系统的STATCOM的控制方法。该方法通过产生一个与负载无功电流分量大小相等、相位相反的输出电流来达到补偿的目的。STATCOM采用双环控制,其中内环为电流控制部分,外环为电压控制部分,通过外环控制来使得直流侧电压达到指定值,同时将该信号作为有功电流控制环的控制指令,然后将直接检测出来的负载侧无功电流基波分量作为无功电流控制环的指令,实现快速准确补偿。笔者还利用MATLAB软件进行了仿真研究,仿真结果表明,改进后的STATCOM控制方法能更有效地实现由不对称负载引起的电压波动的抑制效果。     

基于改进混沌蚁群算法的风电场无功电压协调控制策略

为改善及解决大型风电场接入电网后的局部电压稳定和无功裕度等问题,基于某风力发电场实际运行情况,建立了包含双馈风电机组(Double-Fed Induction Generator,DFIG)和静止无功补偿器(Static Var Compensator,SVC)的风电场无功功率协调模型,并提出了一种多目标且综合考虑两者之间协调配合的控制策略。该协调策略以风电场内各个节点的实时测量数据为基础,为满足算法的实时性要求,采用改进混沌蚁群算法求解包括风电场公共连接点(Point of Common Coupling,PCC)在内的各节点电压稳定度最好及总体无功裕度最大的多目标优化控制模型,改善PCC点母线在内的局部电网电压水平并且提高风电场内部无功裕度。以西北某风电场为例进行仿真,结果表明,无功电压协调控制策略能够较好地改善风电场的局部电压稳定性,且提高该区域的无功裕度。     

电网不对称时直驱风电机组双电流环控制策略

推导了电网不平衡情况下直驱风电机组网侧变流器的电磁暂态模型,基于输出有功功率无波动,提出了正负序双电流环控制策略,分析了该策略下直流电压的稳态特性,并设计了可选择的前馈环节.正负序电量的检测通过正负序旋转坐标下分别滤波、瞬时值矩阵运算2种方法实现.仿真结果表明,该控制策略有效地抑制了网压不平衡情况下输出有功功率的二次谐波,避免了故障瞬间直流电压的升高,并且保证了三相电压、电流的高正弦度.     

大型风电场对电力系统暂态稳定性的影响

对大型风电场接入后的电力系统暂态稳定性进行了研究。从理论上分析了基于双馈感应电机的风电机组的暂态稳定机理；基于双馈风电机组的动态数学模型，通过仿真计算研究了大型风电场并网对电力系统暂态稳定性的影响，分析比较了在同一接入点接入双馈风电机组与接入同步发电机组对电力系统稳定性的影响，仿真计算进一步验证了理论分析的结果；最后得出结论：基于双馈风电机组的风电场对电力系统暂态稳定性的影响要好于在同一接入点接入相同容量的同步发电机组。     

大化水电站发电机的增容改造

大化水电站通过更换发电机定子铁芯和线圈并配合水轮机增容实现机组增容改造。改造后的定子采用了新结构，新工艺。在额定转速、额定电压和额定功率因数不变的条件下，发电机的额定出力由原来的１００ＭＷ提高至１１４ＭＷ。     

直接并网的中小型发电机定子接地保护

指出了现有中小型发电机定子接地保护原理的不足。详细阐述了在发电机中性点不接地和经消弧线圈接地2种情况下，分别在系统侧单相接地和定子接地时机端零序电流和零序电压的方向关系。提出了基于零序电流与零序电压方向关系以及基于零序差流与零序电压方向关系的新型的定子接地保护原理。通过试验和现场运行情况表明了该保护原理的可行性。     

县级电网AVC系统的应用和技术特点

在县级电网系统中建立AVC（自动电压控制）系统可以对电网的无功电优化实现协调控制。本文重点介绍了县级AVC系统的结构、应用情况以及技术特点,得出了县级电网的AVC系统既要实现与上级AVC系统的协调、又要符合本地的实际情况的结论。     

新安江水电厂水轮机进相试验研究

水轮发电机适时进相运行,能改善和抑制电网电压水平。通过对新安江水力发电厂4号机进相试验研究,指出发电机静稳极限、厂用电电压、定子端部结构件温升是发电机进相运行的主要限制条件。进相试验确定低励限制的范围,提高水轮发电机的进相运行能力。     

基于87C196KC单片机的大型水电站节能控制系统研究

针对当前节能控制系统易受到外界环境干扰、实现过程复杂和成本高的弊端,基于87C196KC单片机设计了一种新的大型水电站电压节能控制系统。详细分析了87C196KC单片机、A相电压检测电路、B相与C相电压检测电路、功放电路以及功率变换电路的硬件设计过程。通过A/D转换器与D/A转换器对大型水电站电压信号进行转换,消除电压噪声信号;采用模糊控制算法实现软件电压节能控制。最后利用87C196KC单片机的强大接口功能与充分的指令系统,与晶闸管器件结合,通过功率变换电路对大型水电站进行电压节能控制。对所设计节能系统进行电压水平评估以及节能性测试,试验结果表明,所设计系统的用电稳定性更强,采用87C196KC单片机能够有效降低网损均值,提供优质电压分布,实现大型水电站的电压节能控制。     

基于自适应模糊神经网络的光储系统优化控制

针对大规模光储电站中出力波动大、跟踪电网调度指令精度差。提出一种新型自适应模糊神经网络的光储系统优化控制策略,将低通滤波和自适应模糊神经网络相结合,在跟踪调度指令的频率波动范围内优化低通滤波参数,对某光储电站大量实测输入—输出数据经过反复试验、筛选和整理得出有代表性的数据。将光储出力与电网调度偏差和混合储能荷电状态的平均值作为模糊神经网络两个输入,得到满足混合储能充放电功率的输出优化功率指标的初始模糊控制,再将训练后的自适应模糊神经网络加入混合储能控制系统在MATLAB/simulink中对光储历史数据进行验证。仿真结果表明,光储电站出力可有效跟踪电网调度指令的同时减小储能充放电时的电压、电流波动,对实际光储出力跟踪调度指令具有现实指导意义。