多回ＭＭＣ ＨＶＤＣ馈入极弱交流系统的控制策略

随着模块化多电平换流器型直流输电（ＭＭＣ ＨＶＤＣ）工程数量的增多及容量的增大,未来区域电网必将形成多回ＭＭＣ ＨＶＤＣ馈入弱交流系统的场景。本文深入研究了这类场景下的控制策略。为了使ＭＭＣ换流站具有同步发电机一样的特性,提出了一种模拟同步发电机的控制方法。该控制方法包含３ 个控制环,分别为有功功率 频率环、无功功率 电压环和电流内环。其中,利用有功功率 频率环来模拟同步发电机的摇摆过程,利用无功功率 电压环来模拟同步发电机的励磁系统,并采用电流内环来限制故障电流和提高ＭＭＣ响应速度。针对多ＭＭＣ ＨＶＤＣ馈入系统,提出了动态功率分配控制。该控制不仅能够在换流站间精确分配功率,而且可以起到二次调频的作用。在ＰＳＣＡＤ／ＥＭＴＤＣ软件中搭建了改进的３ 机９ 节点模型,验证了本文所提控制策略的有效性     

海上风力发电MMC-HVDC控制策略研究

对于海上风电场模块化多电平换流器型柔性直流输电(MMC-HVDC)的并网系统,首先介绍了MMCHVDC的基本原理,并分析了MMC的拓扑结构、数学模型及简化等效模型。然后,基于等效模型设计了MMCHVDC换流站的双闭环控制策略,送端换流站MMC1外环采用定直流电压和定无功功率控制,受端换流站MMC2采用定有功功率和定无功功率控制;内环均采用有功、无功功率解耦控制。最后利用Matlab/Simulink搭建仿真实验模型,仿真结果表明:所设计的MMC-HVDC控制策略实现了有功与无功的完全解耦,MMC1与MMC2的控制策略相互独立,影响较小,并且具有很好的动态响应特性。     

双馈风电场抑制系统次同步振荡分析及控制策略

为挖掘大容量风电场参与系统次同步振荡的抑制能力,提出双馈风电场抑制系统次同步振荡的机理研究及其附加阻尼控制策略对比分析。首先,建立汽轮发电机轴系多质量块的数学模型,引入风场输出功率与汽轮发电机转速之间的传递函数,推导了双馈风电场有功功率和无功功率调节对系统阻尼系数的表达式,并分析提供正阻尼的范围。其次,基于汽轮发电机转速信号以及系统正阻尼条件,对比例积分微分相位补偿控制环节及其参数进行优化,分别研究基于双馈风电场有功功率或无功功率环的附加阻尼优化控制策略。最后,以含双馈风电场的IEEE第一标准测试系统为例,对基于有功功率和无功功率附加阻尼优化控制策略的次同步振荡效果进行比较。理论分析和时域仿真结果表明,推导的基于风电场有功功率和无功功率的阻尼系数表达式可有效分析双馈风电场对系统次同步振荡的作用机理,且基于风电场的有功功率或无功功率附加阻尼优化控制策略都能在全次同步频段内提供有效正阻尼。     

基于滑模变结构的双馈风力发电机直接功率控制策略研究

针对传统矢量控制对双馈风力发电机参数的依赖性和传统直接功率控制策略的开关频率不固定问题,提出基于滑模变结构的双馈风力发电机直接功率控制策略,把滑模变结构控制和电压空间矢量脉宽调制技术相结合,并用转子电压直接控制双馈电机的有功功率和无功功率。在PSCAD仿真环境下搭建了其系统模型,实现了双馈风力发电系统最大功率点跟踪以及有功功率和无功功率的解耦控制。系统结果表明:该控制策略具有较好的参数鲁棒性和输出电能质量,验证了该直接功率控制策略的有效性和可行性。     

基于滑模变结构的双馈风力发电机直接功率控制策略研究

针对传统矢量控制对双馈风力发电机参数的依赖性和传统直接功率控制策略的开关频率不固定问题,提出基于滑模变结构的双馈风力发电机直接功率控制策略,把滑模变结构控制和电压空间矢量脉宽调制技术相结合,并用转子电压直接控制双馈电机的有功功率和无功功率。在PSCAD仿真环境下搭建了其系统模型,实现了双馈风力发电系统最大功率点跟踪以及有功功率和无功功率的解耦控制。系统结果表明：该控制策略具有较好的参数鲁棒性和输出电能质量,验证了该直接功率控制策略的有效性和可行性。     

垂直轴永磁同步风力发电系统建模及瞬时功率控制策略

以垂直轴风轮(VAWT)和永磁体励磁多极直驱式同步风力发电机组(D-PMSG)为对象,建立了包括风力机模型、传动系统模型和发电机模型的垂直轴永磁同步风力发电系统的数学模型及结构,提出对有功功率、无功功率进行瞬时控制策略:通过频率控制环和电压控制环对负载或并网瞬时有功功率和无功功率进行分解计算,得到逆变器输出电流参考值,与实际的逆变器输出电流测量值比较后产生控制波,再与定频三角载波信号比较,产生PWM控制信号控制逆变器的各桥臂导通和关断.运用Matlab/Simulink建立了系统仿真模型,对有功功率、无功功率瞬时控制策略进行仿真,结果验证了该模型的合理性及控制策略的正确性和可行性.     

电网不对称故障下双馈风力发电机组穿越控制的研究

在研究电网电压不对称对双馈感应发电机( DFIG)影响以及DFIG正、负序数学模型的基础上,分析了电网电压不对称条件下DFIG定子输出有功、无功功率和发电机电磁转矩的组成.针对电网电压不对称时负序电流对定子侧有功功率、无功功率、电磁转矩和直流侧电压的影响,提出电流正序分量跟踪控制策略,并在转子侧和网侧变换器的控制中对电网电压的正、负序分量分别处理.转子侧变流器采用正序电流跟踪的滞环控制,实现了电流的无差跟踪.网侧逆变器控制内环采用电流前馈控制,并控制负序电流为零,外环采用电压环稳定直流电压,仿真结果表明,在电网不对称故障时,这种控制策略可以消除负序电流对定子侧有功功率、无功功率、电磁转矩和直流侧电压的影响,实现不对称故障穿越.     

电网不对称故障下双馈风力发电机组穿越控制的研究

在研究电网电压不对称对双馈感应发电机（DFIG）影响以及DFIG正、负序数学模型的基础上,分析了电网电压不对称条件下DFIG定子输出有功、无功功率和发电机电磁转矩的组成。针对电网电压不对称时负序电流对定子侧有功功率、无功功率、电磁转矩和直流侧电压的影响,提出电流正序分量跟踪控制策略,并在转子侧和网侧变换器的控制中对电网电压的正、负序分量分别处理。转子侧变流器采用正序电流跟踪的滞环控制,实现了电流的无差跟踪。网侧逆变器控制内环采用电流前馈控制,并控制负序电流为零,外环采用电压环稳定直流电压。仿真结果表明,在电网不对称故障时,这种控制策略可以消除负序电流对定子侧有功功率、无功功率、电磁转矩和直流侧电压的影响,实现不对称故障穿越。     

变速恒频双馈风力发电机并网控制

变速恒频双馈风力发电机实现无冲击电流并网的关键是控制双馈电机定子电压的幅度、相位和频率与电网电压高度一致。通过建立并网前后双馈风力发电机系统的数学模型,分析了定子电压频率、幅值及相位与转子励磁电流、转子转速之间的运行规律,提出定子磁场定向转子电流闭环控制策略。实验结果表明,该控制策略能准确实现发电机柔性并网,并且完成有功功率和无功功率的解耦控制。     

含传输线功率信号的双馈风电场附加阻尼控制策略

从抑制电力系统区域间低频振荡以及减少风电机组传动链轴系扭振方面,提出双馈风电场附加阻尼控制策略。首先,建立了考虑传动链柔性的风电机组暂态模型及控制策略。其次,提出了考虑电力系统传输线功率信号的双馈风电机组无功功率环的附加阻尼控制策略。最后,以双馈风电场接入IEEE两区域四机系统为例,针对电网传输线三相短路故障和区域内同步发电机有功功率小扰动2种情况,分别对不同阻尼信号增益下的有功功率环和无功功率环附加阻尼控制策略的系统动态性能进行仿真。比较结果表明,与无附加阻尼控制相比,基于有功功率环或无功功率环的附加阻尼控制能够更好地抑制传输线功率振荡,且无功功率环附加阻尼控制不会导致风电机组传动链轴系扭矩振荡幅值增加。     

双馈风力发电机组PQ解耦控制系统研究

分析了双馈风力发电变速恒频系统双PWM变换器及发电机的动态数学模型,电压矢量定向双环控制策略,推导了电流内环前馈解耦公式。基于Matlab仿真平台,建立了9 MW双馈发电系统仿真模型。实验结果表明,通过PQ解耦实现了最大有功功率跟踪,吞吐无功功率抑制电压波动,进相运行提高暂态稳定性等。     

双馈异步发电机滞环矢量控制策略的研究

根据双馈异步发电机组的运行特点,采用定子磁链定向的矢量控制技术,结合滞环电流控制技术,提出了一种新的转子励磁控制策略。利用Matlab软件建立了双馈异步发电机的仿真模型,对有功无功功率的解耦进行了仿真研究。仿真结果表明,该控制策略能够实现双馈发电机有功功率、无功功率的独立解耦控制。     

基于PIR控制器的电压不平衡下双馈风力发电机转子侧变流器控制

针对电网电压发生不平衡故障时,并网运行中的双馈风力发电机会出现有功功率、无功功率、电磁转矩震荡及并网电流不对称的现象。在正反转同步旋转坐标系下建立双馈风力发电机数学模型,推导了三种控制目标下正负序电流指令值,并提出一种应用比例-积分-谐振控制器的新型转子侧变流器控制方案,弥补了传统控制策略电压不平衡故障影响系统稳定性的短板,简化了控制系统结构,增强了双馈风力发电机故障穿越能力。通过MATLAB/Simulink仿真验证了控制策略的可行性和有效性。     

不平衡电网电压下双馈发电机多目标模型预测控制

电网电压不平衡时,双馈感应发电机定、转子电流也会出现较大不平衡,使发电机有功功率、无功功率和电磁转矩发生振荡,危害机组运行。鉴于模型预测控制在大功率变流器中的优越性和多目标约束能力,基于有限集模型预测控制策略对电网电压不对称故障下的双馈发电机多目标控制进行研究。在两相静止坐标系上对双馈发电机建模,并建立其预测方程,以抑制不平衡故障下双馈发电机输出有功功率脉动、无功功率脉动和转矩脉动为目标,提出一种双馈发电机多目标控制策略,增强双馈发电机不平衡故障下稳定运行的能力,同时避免复杂的坐标变换和转子电流指令值计算。在理论分析的基础上,建立11kW的双馈发电机实验平台,通过仿真和实验结果验证该控制策略的有效性。     

基于自抗扰控制技术的VSC-HVDC系统控制器设计

简要概述基于电压源型换流器的轻型直流输电(VSC-HVDC)系统的工作原理,建立在同步旋转坐标系下的暂态数学模型。采用自抗扰控制(ADRC)方法设计送端系统和受端系统外环电压、功率控制器,以产生内环电流参考值。送端系统外环采用最优控制函数(Fal函数),内环采用一阶自抗扰控制器来跟踪参考电流;受端系统外环采用一阶自抗扰控制器,内环采用Fal函数来跟踪参考电流。采用以上控制策略实现系统模型的完全解耦并实现有功功率、无功功率独立控制的目的。利用MATLAB/Simulink对所设计的控制器进行数字仿真,仿真结果显示:对于交直流系统电压变化、有功功率及无功功率阶跃的情况,系统均能实现快速的动态响应,达到满意的控制性能指标。     

基于MMC-HVDC并网风电系统的无功功率支撑研究

为研究柔性直流输电方式对并网双馈风力发电系统的无功功率支撑作用,在分析双馈风力发电并网系统、模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)高压直流输电系统工作原理的基础上,在实时数字仿真(real time digital simulator,RTDS)平台上进行系统建模研究,其中MMC-HVDC系统的整流侧换流站采取定有功和无功功率控制,逆变侧采用定直流电压控制。基于MMC-HVDC的并网双馈风力发电系统模型,研究交流电网处发生故障时,由风电系统内部"背靠背"换流器与MMC-HVDC系统两端换流器的协调交互控制维持直流电压的稳定,满足风电系统无功功率的需求。结果表明换流站间的协调控制策略较好地补偿风电系统的无功功率,同时验证了双端换流站所采取控制策略的有效性。     

直驱式永磁同步风力发电系统的并网控制

本文针对新疆金风公司1.5MW直驱式永磁同步风力发电系统,采用多变流器并联的方式,应用基于电网电压定向的电压、电流双闭环矢量控制策略,实现并网逆变控制。仿真实验结果表明,采用该控制策略实现了独立调节系统输出的有功功率和无功功率,注入电网的电流为正弦波,馈入电网的谐波畸变率很小,且系统具有良好的动静态性能。     

基于分布式拟牛顿法的交流微电网经济运行控制

针对含多撑网逆变器的交流微电网,提出一种基于分布式拟牛顿法的经济运行控制策略,该策略包括电压和无功功率调节器以及频率和有功功率调节器两部分。采用稀疏通信网络交换相邻逆变器的信息,基于等耗量微增率准则,采用拟牛顿法根据本地和相邻节点的信息估算有功功率和无功功率的最优分配量。在电压和无功功率调节器中,无功功率的估算值可作为电流源型逆变器的参考值,或用于产生电压源型逆变器的电压修正项,实现无功功率的最优分配和电压控制。在频率和有功功率调节器中,有功功率的估算值可作为电流源型逆变器的参考值,或用于产生电压源型逆变器的频率修正项,实现有功功率的最优分配和频率控制。6节点交流微电网的仿真结果表明,所提控制策略在实现高质量电压和频率控制的同时,能够实现系统的最优经济运行,具有“即插即用”的能力,且对通信链路故障有较高的鲁棒性。     

并网型双馈发电机速度控制模式研究

提出了一种基于定子磁场定向的并网型双馈发电机励磁控制模型.有别于传统的功率控制模式,采用所提的速度控制方案,在实现并网型双馈发电机定子端口有功和无功功率解耦控制的同时,还能实现转速的独立控制.另外,带系统耦合量前馈补偿的电流内环控制器设计,能够有效抑制电网电压的波动,并提高系统的动态性能.     

LCC-MMC混合三端直流输电系统送端交流故障下的不间断运行协调控制策略

为实现基于电网换相换流器与模块化多电平换流器（LCC-MMC）的混合三端直流输电系统送端交流故障下的直流低电压穿越,提出兼顾传输容量与响应速度的自适应电压协调控制策略及有功功率分配策略。在维持故障期间功率续传的前提下,定量分析了模块化多电平换流器（MMC）的降压值以减少传输功率的绝对值损失量,并设计MMC根据本地直流电流偏差快速减投子模块总数的降压方式;考虑到半桥型MMC的调制比约束,设计正极MMC定量吸收无功功率与负极MMC动态调整交流电压参考值的换流站极间协同控制策略;同时,为抑制从站的过电流及避免送端严重交流故障时主站的潮流反转,提出各受端换流站有功功率自适应调整的控制方式。最后通过对输电系统送端交流电压跌落不同幅度时的故障穿越效果进行仿真分析,验证了所提控制策略的有效性。