永磁同步风力发电机并网运行研究

首先比较了2种主流变速恒频风力发电系统,再对永磁同步发电机系统的并网电路进行了分析。针对不控整流器加并网PWM变换器这种结构,提出采用直流母线电压控制同时实现并网与最大风能跟踪。分析了并网PWM变换器通过功率解耦控制直流母线电压的原理,提出采用直流母线电压作为参数的直接并网方法。分析了直流母线电压与发电机转速间的关系,提出采用直流电压变步长扰动替代转速定步长扰动实现最大风能跟踪。进行了详细的仿真,证明提出的控制策略简单可行,具有实用价值。     

风力发电机无速度传感器网侧功率直接控制

采用不可控整流和可控逆变的交直交结构作为直驱式永磁同步风力发电机的并网电路。从发电机转速、功率和直流母线电压之间的相互关系出发，提出利用直流母线电压进行转速观测实现无速度传感器。根据风力机特性和并网电路的功率模型，提出网侧功率直接控制实现最大风能跟踪。实现了有功／无功功率的解耦控制，并给出有功／无功的参考值选取范围。最后采用电流滞环方法进行逆变器控制。仿真结果验证了所提出的控制策略简单有效、具有良好的稳态精度和动态性能。     

基于混合励磁电机的直驱式风电系统

介绍了一种新型的基于混合励磁同步发电机的直驱式风力发电系统. 针对混合励磁直驱式风力发电系统的特点,提出了一种新的控制策略,实现了最大风能跟踪.在同步旋转坐标系建立了混合励磁同步发电机和三相并网逆变器的数学模型,通过控制混合励磁同步电机的励磁电流来稳定三相并网逆变器的直流母线电压,并通过控制混合励磁同步发电机的转速来实现最大风能跟踪.网侧变换器采用电网电压定向的矢量控制,实现了dq轴电流解耦控制.仿真结果表明:该控制策略使三相并网逆变器有良好的动、静态性能,且实现了风能的最大跟踪.     

直驱式混合励磁风力发电系统控制策略的研究

介绍了一种新型的基于混合励磁同步发电机的直驱式风力发电系统,提出了一种基于矢量控制的新型控制策略及其实现方法。建立了混合励磁同步发电机和风机的数学模型,通过控制混合励磁同步发电机的励磁电流来稳定三相并网逆变器的直流母线电压,通过控制混合励磁同步发电机的转速来实现最大风能跟踪。网侧变换器采用电网电压定向的矢量控制,实现了dq轴电流解耦控制。采用Matlab/Simulink工具箱,建立了该系统的仿真模型,在不同条件下进行了仿真。仿真结果表明,在风速变化时,通过调节励磁电流,在保持直流母线电压不变的同时,系统可有效地实现最大风能跟踪和逆变并网,从而验证了该控制方法不仅算法简单有效,而且便于实现。     

直驱式混合励磁风力发电系统控制策略的研究

介绍了一种新型的基于混合励磁同步发电机的直驱式风力发电系统,提出了一种基于矢量控制的新型控制策略及其实现方法.建立了混合励磁同步发电机和风机的数学模型,通过控制混合励磁同步发电机的励磁电流来稳定三相并网逆变器的直流母线电压,通过控制混合励磁同步发电机的转速来实现最大风能跟踪.网侧变换器采用电网电压定向的矢量控制,实现了dq轴电流解耦控制.采用Matlab/Simulink工具箱,建立了该系统的仿真模型,在不同条件下进行了仿真.仿真结果表明,在风速变化时,通过调节励磁电流,在保持直流母线电压不变的同时,系统可有效地实现最大风能跟踪和逆变并网,从而验证了该控制方法不仅算法简单有效,而且便于实现.     

PMSG无功控制和低电压穿越能力的研究

通过对双PMW直驱式永磁同步风力发电机（PMSG）系统的研究,针对电网对无功控制和低电压穿越能力的技术要求,提出了一种改进型功率变换控制方法,该方法通过机侧整流器稳定直流母线电压,网侧逆变器跟踪风力机的转速实现最大风能利用;且在并网口高压端加装静止同步无功补偿器（STATCOM）,以提高风电系统的无功补偿能力,通过STATCOM与网侧逆变器的协调控制,进一步提高PMSG系统的低电压穿越能力。仿真结果表明所提出的方案有效提高了PMSG系统的无功补偿和低电压穿越能力。     

永磁直驱机组的模拟风力机系统设计的几个关键问题

为了保证被测的永磁直驱型风电系统实现最大风能跟踪和全功率发电,指出了背靠背变流器、永磁同步发电机、感应电机、变频器、以及风力机机械特性模拟器等各环节的设计要点。通过理论与实例分析指出,背靠背变流器直流母线电压以及永磁同步发电机定子电流约束使永磁同步电机在一定转速下输出功率存在上限。模拟风力机械特性模拟器的参数设计应保证风力机在整个运行范围内,始终位于永磁同步电机最大出力曲线的下方。为此,给出了风力机机械特性模拟器参数的设计方法并最后通过设计实例验证了设计的可行性。     

分布式直流并网变流器母线电压稳定性分析与电机效率优化控制

从功率平衡的角度对分布式直流并网变流器的母线电压稳定性问题进行了分析,基于永磁风力发电机的损耗模型,并以机侧PWM变流器输出功率为优化目标函数,得到了考虑母线电压稳定的永磁风力发电机效率优化方法。通过增加直流侧卸荷电路,并以功率变化量作为其工作的控制条件很好地处理了分布式直流并网变流器的母线电压波动问题,提高了整个系统的稳定性和运行效率。仿真结果和分析表明了方法的有效性。     

双转子永磁同步风力发电机的最大功率跟踪控制

转速控制是永磁同步风力发电系统的最大功率跟踪控制的方法之一,该文在分析了双转子永磁同步风力发电机的数学模型、特性和搭建了双转子永磁同步风力发电机的仿真模型的基础上,将转速控制方法应用到管道式双转子永磁同步风力发电系统中。仿真结果表明:前后风力机设计合适的叶片,转速控制可应用到新型的双转子永磁同步风力发电机,前后风力机可能都实现最大风能跟踪,具有一定的理论意义。     

变速直驱永磁风力发电机控制系统的研究

在直驱永磁风力发电系统中,永磁发电机的输出电压的幅值和频率随风速的波动而变化,不可直接并网。根据风力机运行特性和最佳风能利用原理,本文设计了由不可控AC/DC整流器和可控DC/AC逆变器组成的控制系统,通过控制逆变器的输出电压或电流实时跟踪给定值,来控制永磁发电机电磁转矩,实现最大风能的获取和无功功率可调。本文在理论上分析了方案的可行性,并搭建了基于DSPTMS320LF2407的实验室硬件平台。     

多子微电网型交直流混合配电系统灵活功率控制与电压抑制策略

为了解决多子微电网型交直流混合配电系统功率分配以及交流子微电网母线电压偏差大的问题,提出一种灵活功率控制与电压抑制策略.首先分别推导了单个交流子微电网频率、直流子微电网电压与公共直流母线电压的关系,然后分析多个交直流子微电网之间的频率与电压关系,并利用此关系对交直流子微电网中储能单元的下垂控制进行改进,实现整个系统的功率互助及分配.另外,对双向AC/DC变换器电流内环控制进行改进,利用扩张状态观测器对扰动电流进行跟踪,并将跟踪得到的扰动电流引入双向AC/DC变换器电流内环中进行补偿消除,以抑制交流子微电网的电压波动.最后,在MATLAB/Simulink仿真平台中建立多子微电网型交直流混合配电系统模型,仿真结果表明所提控制方法可以实现交直流混合配电系统中子微电网间的功率互助,较好地维持交流子微电网母线电压和频率、直流子微电网电压与公共直流母线电压的稳定.     

一种应用于直流微电网并网变换器的双电流反馈控制策略

针对弱电网时谐振频率发生变化导致LCL型并网变换器稳定裕度降低的问题,提出一种应用于直流微电网并网变换器的双电流反馈控制策略.根据变换器交直流两侧功率守恒以及传统下垂控制方程,建立直流母线电压与变换器侧电流的二次函数关系,简化直流母线电压控制方式,减少控制器参数设计;在变换器侧电流反馈控制内环加入并网电流反馈有源阻尼,分析其阻尼等效特性,提高弱电网下的谐振抑制效果.仿真与实验结果表明该控制策略能够实现直流侧母线电压的稳定控制以及交流侧并网电流的谐波优化.     

无通信互联线储能系统的直流母线协调控制策略

针对无通信互联线的储能系统如何在不增加系统成本和复杂度的前提下维持直流母线功率平衡及电压稳定,提出了一种直流母线协调控制策略,DC/AC变流器采用定直流电压或定交流电压控制,两台DC/DC变换器采用包含电池充放电控制的改进型二阶直流电压偏差控制。通过对系统典型工况的分析,说明了系统中各个装置是如何协调工作的。搭建了微网实验平台对所提出的控制策略进行了实验验证,实验结果证明了该控制策略的有效性和实用性。     

Energy storage system-based power control for grid-connected wind power farm

Wind power is characterized as intermittent with stochastic fluctuations, which can result in deviation of grid frequency and voltage when the wind power ratio is high enough. These effects have a definite impact on stability and power quality of grid operation. This paper proposes an energy storage system (ESS) based power control for a grid-connected wind power system to improve power quality and stability of the power system. Vanadium redox flow battery (VRB), as an environmentally-friendly battery provided with many advantages, is employed in the ESS. A dynamic mathematical model of VRB is built by using an equivalent circuit, and its charging and discharging characteristics are analyzed. The VRB’s stable voltage is available in a wide range (around 20–80% state of charge), which is suitable for utilization of a single-stage AC/DC converter in the VRB-based ESS. With a proposed energy storage control method, VRB-based ESS is added at the exit of the grid-connected wind farm to filter fluctuations of wind power, which ensures that smooth power will be injected into the grid and which improves power quality of the power system. Simulations and experiments are carried out to verify the proposed power control method for these grid-connected wind power systems. The grid-connected wind farm with VRB-based ESS, wind speed (characterized as gust and stochastic wind), and wind turbines are modeled in simulations. Simulation results show that the grid-injected active power from the wind farm is effectively smoothed, and reactive power support can be provided for the grid by the designed VRB-based ESS. Experimental verification is achieved with a low power bench, where a RT-LAB real-time simulation platform and a direct torque controlled induction motor simulate a real wind turbine and a wind speed model is built in the RT-LAB real-time simulation platform. The experimental results verify the proposed scheme through demonstrating a stable and smooth power flow injected into the grid though the wind power fluctuated.     

直流电压含二次纹波条件下并网逆变器输出谐波抑制

单相并网逆变器及电网电压不对称情况下的三相并网逆变器,直流母线电压均含有明显的二倍工频纹波分量。受该纹波分量影响,逆变器交流侧输出含有明显的三次谐波,影响逆变器输出电能质量。针对上述问题,利用双重傅里叶变换和开关函数法对并网逆变器的输出谐波特性进行了分析,在此基础上提出了抑制单相和三相逆变器输出三次谐波的改进脉宽调制方法。该方法根据直流母线电压修正调制波,无需提取直流母线电压纹波分量信息,算法复杂度低,易于实现。通过开关函数法详细证明了新型调制方法的可行性,给出了基于该调制方法的单相及三相光伏逆变器的控制策略。仿真验证了所提调制方法可显著降低直流母线电压含二次纹波条件下并网逆变器的输出三次谐波成分。     

基于改进自耦比例积分的直流微电网母线电压控制

针对直流微电网中分布式电源出力不稳定、参数摄动以及负载波动等问题,本文以三相AC/DC换流器为主体,提出了一种具有强抗扰能力的改进自耦PI母线电压跟踪控制方法。首先将直流微电网内部动态和外部扰动的不确定性定义为一个总和扰动,从而使非线性不确定系统映射为未知线性系统;其次,构建了一个在总和扰动反相激励下的受控误差系统,据此设计了基于改进自适应速度因子的自耦PI控制器模型,有效抑制了母线电压波动,提高了系统的动态响应速度;最后,理论分析了自耦PI闭环控制系统的鲁棒稳定性和抗扰鲁棒性,并搭建了仿真模型进行验证。针对不同工况下直流母线电压跟踪的仿真结果表明,本文控制方法响应速度快,抗扰能力强,对于直流母线电压波动具有良好的稳定效果。     

低惯量直流微电网并网变换器的预测电流分区补偿控制策略

低惯性直流微电网在负荷频繁投切、新能源出力波动等情况下易发生直流母线电容两侧功率不匹配的问题.通过分析直流微电网接口并网变换器输入、输出侧功率失衡机理,依据母线电压变化水平计算母线电压恢复至指令值所需能量和单位采样周期内母线电容能量变化信息,得到线性处理后的母线电容瞬时输出功率、母线电压波动等效负荷信息,最终确定电流指令补偿全值.同时考虑到电压外环的影响,提出一种电流指令快速分区补偿策略,通过调节系数实现分区的平滑过渡,并通过模型预测电流控制实现电流指令的快速跟踪,提升并网变换器的补偿响应速度,抑制母线电压波动.最后,通过仿真和实验验证了所提控制策略的有效性与可行性.     

交直流混合微电网直流母线电压稳定控制技术

交直流混合微电网的直流母线电压的稳定控制对整个交直流混合微电网系统十分重要。针对交直流混合微电网中直流母线电压控制方式,提出一种实用、高效的交直流混合微电网直流母线电压自主偏差控制方法。在并网模式下,采用具有空闲模式下的直流母线电压下垂稳定控制方法,通过AC/DC变换器实现直流母线电压的稳定控制,避免了AC/DC变换器的频繁充放电操作;离网模式下,直流母线电压的稳定控制由接储能侧的DC/DC变换器控制。为了保证系统离网模式下可靠运行,直流母线侧可以接多路DC/DC储能类蓄电池,通过自主稳定控制既提高了分布式能源的利用率,又提高了空闲模式下电力电子设备的使用寿命。经试验验证,该方法具有很好的控制效果,为交直流混合微电网的发展提供了技术基础支撑。