永磁直驱风电网侧变换器并网控制的研究

针对永磁直驱风电网侧变换器,采用电网电压定向控制,具有提高网侧变换器的动静态性能、控制简单的优势。详细阐述了电网电压定向控制机理,建立了网侧变换器的数学模型,采用有功、无功功率独立控制实现了功率因数可调,采用前馈解耦控制和电压外环电流内环双闭环控制策略以稳定直流侧电压,满足并网要求。利用Matlab/Simulink搭建永磁直驱风电网侧变换器的仿真模型,验证了永磁直驱风电网侧变换器采用电压定向控制的正确性。     

电网频率变化下直驱永磁风力发电机组暂态特性分析

为研究直驱永磁同步风力发电机(DPMSG)在电网频率发生变化情况下的暂态特性,建立了电网中风力发电系统数学模型,网侧和机侧变换器分别采用基于电网电压定向和电流前馈补偿的定子磁链定向矢量控制。根据建立的模型仿真分析电网频率下降情况下风机的输出特性进行仿真分析,仿真结果与实测数据对比验证了模型的正确性。利用该模型对电网频率升高时直驱永磁发电机功率、直流电压、转速进行了进一步研究分析,研究结果为分析风电场在电网频率变化期间直驱永磁风力发电系统实际运行、出力变化情况提供了有效依据。     

电网故障时永磁直驱风电机组的低电压穿越控制策略

为提高永磁直驱风电机组所并电网的运行稳定性,研究电网故障下永磁直驱风电机组的运行特性以及提高其低电压穿越运行能力,文中提出一种适用于采用双脉宽调制变换器并网的永磁直驱风电机组的低电压穿越运行控制方案。通过在电网故障时限制发电机的电磁功率来限制输入至直流侧电容和电网侧变换器的功率,通过在电网故障时采用考虑发电机功率信息的网侧变换器电流闭环控制来实现直流链电压稳定控制,从而有效实现发电系统的低电压穿越运行。系统仿真结果表明,所提出的控制方案无需增加硬件保护装置,在电网对称及非对称故障下均可有效实现永磁直驱风电机组的低电压穿越运行。     

直驱风电机组建模与仿真

针对研究对象直驱式永磁同步风力发电机进行了d-q坐标系下数学模型分析,主要包括风力机、永磁同步发电机、变流器数学模型的分析.从最大功率点跟踪原理出发,提出了风力机组网侧控制策略和发电机侧控制策略.在仿真软件MATLAB/Simulink下搭建了直驱风力发电机组的仿真模型;在正常和故障状态下对其进行仿真研究,并验证了控制策略的合理性和正确性.     

电网电压不平衡时永磁直驱风电机组的控制策略

详细分析了电网电压不平衡条件下永磁直驱风电机组的运行情况,根据电网电压不平衡条件下风力发电机组不同的运行要求,提出基于三种可选控制目标的网侧变换器控制方案,同时采用正序电网电压定向方式简化得到网侧变换器的正、负序电流参考量。所提方案可实现在不平衡电压条件下抑制并网有功功率/直流链电压二倍频波动,抑制并网无功功率二倍频波动或抑制网侧负序电流的控制目标,进一步提高了电网电压不平衡下永磁直驱风电系统运行的稳定性和可靠性。通过对电网电压不平衡下永磁直驱风电系统运行行为进行仿真计算和对比分析,验证了所提控制策略的正确性和有效性。     

电网电压不平衡时永磁直驱风电机组的控制策略

详细分析了电网电压不平衡条件下永磁直驱风电机组的运行情况,根据电网电压不平衡条件下风力发电机组不同的运行要求,提出基于三种可选控制目标的网侧变换器控制方案,同时采用正序电网电压定向方式简化得到网侧变换器的正、负序电流参考量.所提方案可实现在不平衡电压条件下抑制并网有功功率/直流链电压二倍频波动,抑制并网无功功率二倍频波动或抑制网侧负序电流的控制目标,进一步提高了电网电压不平衡下永磁直驱风电系统运行的稳定性和可靠性.通过对电网电压不平衡下永磁直驱风电系统运行行为进行仿真计算和对比分析,验证了所提控制策略的正确性和有效性.     

直驱永磁同步风电机组的无功功率支撑策略

电网准则要求风力发电机组应该具有并网点电压调节能力。基于这一问题,提出了直驱永磁同步风力发电系统无功功率支撑策略。建立了风力涡轮机、永磁同步电机以及电压源型变换器的数学模型,分析了网侧和机侧变换器的控制原理,给出了系统控制框图。通过Matlab/Simulink仿真软件建立了1.5 MW直驱永磁同步风力发电系统的仿真模型,分别对电网正常和电网故障情况进行了仿真研究。实验结果表明所提出的无功功率支撑策略在直流母线电压稳定的基础上能够提升公共耦合点(point of common coupling,PCC)电压。当风电场中多台风电机组采用该方法时,能够帮助PCC电压恢复至正常范围。     

直驱风电系统及电机控制的研究

在对直驱永磁风力发电系统进行分析的基础上,建立起永磁同步发电机的数学模型,针对双PWM变频器的特点,对永磁发电机的运行控制进行研究,提出发电机的机侧变换器和网侧变换器分开控制的控制方法。     

直驱永磁同步风电系统低电压穿越控制策略

分析电网电压跌落时全功率变流器直流母线的功率流动特性,提出将网侧变流器的额定电流及电网电压引入机侧变流器参考功率计算中,根据网侧变流器能够实时处理的有功功率容量来限制发电机输出的有功功率,降低因限制直驱永磁同步风力发电机出力而导致的风轮机的转速上升幅度。在Matlab/Simulink中构建直驱永磁同步风力发电模型进行仿真,仿真结果证明控制策略的可行性。     

不平衡电网电压下永磁直驱风力发电系统网侧变流器控制策略

建立了电网电压不平衡环境下永磁直驱风力发电机电网侧变流器的数学模型,分析了直流侧电压2倍频分量产生机理,讨论了并网电抗器上的功率波动对网侧变流器双电流控制策略的影响。为抑制不平衡电网电压下直流侧电压2倍频分量,在计及并网电抗器上功率波动的基础上,提出了一种基于正负序电压分别定向的双电流控制策略,并引入了并网电抗器上功率波动修正量对控制算法中的参考电流进行修正。仿真结果表明所提控制策略不仅能有效地控制正负序电流、抑制直流侧电压的2倍频分量,还能减少并网电流的谐波含量。     

基于超级电容储能系统的不对称故障下PMSG控制策略研究

为了提高直驱型永磁同步风力发电机的低电压穿越能力,通过对其在电网电压不对称故障下产生的2倍工频分量机理进行分析,提出了一种基于超级电容储能系统的新型改进控制策略。基于功率平衡的思想,直流侧采用超级电容储能系统,并改用功率外环电流内环的控制策略,以实现不对称故障时堆积在直流侧不平衡功率的平滑控制。同时,在网侧采用双二阶广义积分器锁相环替代传统方法中的单相锁相环,实现不对称故障时正负序基波分量的精确测量。通过Matlab/Simulink仿真表明,该控制策略能有效抑制系统在不对称故障时的网侧有功和直流侧电压二倍频波动,提高系统在不对称故障下的低电压穿越能力,证明了所提出改进控制策略的有效性。     

直驱风电系统变流器建模和跌落特性仿真

为增强直驱型变速恒频风电系统的低电压穿越能力,采取了变流器直流侧增加卸荷负载以在故障时消耗掉直流侧多余的能量,使风电机组的正常运行基本不受电压跌落影响的应对措施。通过对发电机侧变流器、电网侧变流器和直流侧卸荷负载工作原理的详细分析,变流器采用背靠背双PWM结构,实现了变流器的整体建模。基于Matlab7.3/simulink6.5构建了变流器的仿真模型,对电网电压跌落时系统的跌落特性进行了变流器模型及其分析正确性的仿真验证,结果表明,采用直流侧卸荷负载可有效提高直驱系统的故障穿越能力,具有较快的动态响应速度。     

用于风电并网的VSC-HVDC网侧换流器改进控制策略

在风电经基于电压源换流器的柔性直流输电(voltage source converter based high voltage direct current,VSCHVDC)系统并网的系统中,保证直流电压稳定是风电并网系统中稳定能量传输的关键。由于系统两侧换流器输入和输出的有功功率不平衡,VSC-HVDC系统直流输电线会出现过电压或欠电压现象,影响风电并网系统的稳态运行。为了抑制直流电压波动,提高系统的动态响应速度,提出一种负载电流前馈控制策略。在网侧换流器直流电压外环控制环节中,通过引入负载电流前馈控制策略,来抵消直流电压发生波动的部分,使输出直流电压在负载突变时的波动减弱。通过对直流电压外环动态性能的分析,得出电压外环控制器参数整定公式以及前馈控制传递函数。根据直流侧电容设计要求,分析电压外环控制器对直流侧电容参数选取的影响。最后,利用MATLAB/Simulink软件进行了仿真验证,研究结果表明,该控制策略能改善系统的动态响应性能,减小直流电压波动,实现有功功率的稳定输出。     

基于无源滑模和滑模PI的UPQC-PV控制策略

针对传统控制方法使集成光伏式统一电能质量调节器(UPQC-PV)存在补偿效率和精确性较低、直流侧电压易受外界干扰等问题,提出了针对UPQC-PV的无源滑模控制和滑模PI直流侧控制策略。首先,基于统一电能质量调节器的数学模型,设计了基于欧拉-拉格朗日模型的正负序无源滑模控制器,解决无源控制抗干扰能力弱的问题,提高了系统的响应速度、补偿精度、抗干扰能力;然后,采用滑模PI控制降低光伏波动对系统的影响,稳定系统直流侧电压,从而进一步改善系统的整体性能;最后,在电网不平衡、负载突变、负载不平衡、光照强度改变等状态下,通过仿真和实验验证了所提无源滑模控制和滑模PI直流侧控制策略的优越性、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。     

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。     

真驱永磁同步风力发电机组低电压穿越控制策略

分析直驱永磁同步风力发电机组（DDPMSG）在电网故障情况下的低电压运行特性,提出一种综合控制策略．包括通过变桨距控制实现最大风能追踪：控制发电机电磁功率以控制直流链及电网侧逆变器的功率;利用发电机侧功率控制网侧变流器的电流,实现直流链电压的稳定,以提高直驱永磁同步风力发电机组的低电压穿越能力,维持所并电网的运行稳定性。运用仿真分析软件PSCAD／EMTDC建立DDPMSG及其控制策略的仿真模型,仿真结果验证了所提策略的有效性和可行性。     

用于海上风电场并网的多模块变压器耦合型VSC-HVDC技术

给出了海上风电场并网系统结构,提出了一种新型的多模块变压器耦合型VSC-HVDC系统,各模块交流输入端通过多绕组变压器进行相互隔离,直流输出端由多个功率模块串联构成,通过灵活地增减模块数目,以获得不同的直流电压,各功率模块可以独立控制;建立了VSC-HVDC在两相同步旋转坐标系下的数学模型;研究了VSC-HVDC的基本...     

基于模糊自适应的双馈异步风力发电机控制策略

为了解决双馈异步风力发电机（doubly-fed induction wind generator,DFIG）不对称电网网侧变换器采用双电流闭环控制策略（double current closed loop control strategy,DCCS）时响应速度慢、动态性能差等问题,提出了根据电流差、电流差变化率在线模糊自适应修正比例积分微分（proportion integration differentiation,PID）控制器参数的Fuzzy PID策略,建立了DFIG网侧变换器数学模型。基于Matlab/Simulink仿真工具,通过模拟电网侧发生不对称电网故障,仿真得到网侧变换器在改进控制策略下的直流侧电压、电流波形。仿真结果表明：与传统DCCS相比,Fuzzy PID策略进一步改善了直流侧电压、电流的稳定性,减少了直流侧电压、电流纹波分量,改进后的控制系统响应速度更快、动态性能更好。     

直接驱动型风力发电系统低电压穿越控制策略

提出了直接驱动型永磁同步风力发电系统在电网故障前后的控制策略。采用基于二阶广义积分闭环电网电压跌落检测方法,可精确得出电网电压故障信号、正序分量幅值、相位角。电网电压故障信号送给变桨距执行机构,最大限度地调节桨距角,屏蔽部分输入功率,提高系统低电压穿越能力;探索直驱风电系统在电网电压跌落发生后的控制策略,并实现与正常运行模式的快速平滑切换。故障前,网侧变流器运行在单位功率因数状态,保持直流侧电压恒定;故障后运行在STATCOM模式,依据检测环节所提供的电网电压正序分量幅值和相位角来决定变流器所发无功电流的量值,为电网提供动态无功支持。基于超级电容器的双向DC/DC变换器作为直流侧保护电路,来快速维持直流侧电压稳定。