柔性功率调节器动态运行特性实验

柔性功率调节器(FPC)是一种集成了飞轮储能技术和双馈电机技术两者优点的新型FACTS装置,具有电能存储、有功功率和无功功率解耦调控等多种功能。本文介绍了所研制的380V/4kW FPC样机的构成,对该样机进行了全面的运行特性实验研究,对实验数据进行了分析,结果表明,FPC样机可以直接变频启动,在亚同步状态和超同步状态下均可以进行有功功率和无功功率的双向独立调控,具有良好的动态运行特性,从而验证了FPC技术的可行性。     

接入LCC-HVDC的双馈风电场孤岛启动与并网控制策略

接入常规高压直流输电(LCC-HVDC)的双馈风电场系统,在直流送端无电压支撑的条件下无法孤岛启动,在传统并网控制方法下也无法稳定运行。为实现系统的孤岛启动及并网后的稳定运行,提出了一种接入LCC-HVDC的双馈风电场孤岛启动与并网控制策略,包括基于分布式储能的电路拓扑、孤岛启动的时序以及启动时序中每阶段系统的控制方法。在电路拓扑中,由配置于若干双馈风电机组变流器直流母线的储能为系统启动提供能量。基于此,风电机组采用空载启动方式,并网后风电机组采用基于无功功率的频率控制,直流系统采用基于有功功率的电压控制,两者共同维持送端交流母线电压及频率稳定。基于PSCAD/EMTDC的仿真结果表明,系统不仅能够顺利完成孤岛启动,而且在正常工况下电压和频率能够维持稳定,从而验证了所提孤岛启动与并网控制策略的有效性。     

一种新型风力发电机与飞轮储能联合系统的并网运行控制

风力发电机的输出功率具有随机性和波动性,大规模风电并网对电力系统的稳定运行带来严重的影响。多功能柔性功率调节器(FPC)是一种基于双馈感应电机的飞轮储能装置,具有储能、发电和调相等多种功能。为了改善风力发电机的输出特性,提出一种新型的风力发电机与多功能柔性功率调节器的联合系统(WG-FPC),并根据WG-FPC的拓扑结构和控制目标,提出采用模糊推理方法实现有功功率的优化控制和通过FPC提供无功补偿稳定机端电压的控制策略。在Matlab/Simulink平台上进行了数学建模和仿真研究。研究结果表明,所提出的WG-FPC具有可行性和有效性,能较好地改善风力发电机并网运行特性。     

基于VSC-HVDC的双馈式变速恒频风电机组启动及并网控制

启动控制是双馈式变速恒频风机可靠并网运行的基础,同时柔性直流输电技术作为最具技术经济性的风电场并网方式,其工程应用日益广泛。该文分析了双馈式变速恒频风机的柔性直流并网控制,提出一种基于定子磁链定向和转子电流闭环控制的双馈式风机启动控制,以抑制并网过程中的冲击电流。为实现风电场稳态运行,设计风场侧模块化多电平换流器无源电压跟随控制器,使其在风机并网过程中呈现理想电压源特性;该控制策略无需检测风电场物理量,只在换流器本地即可实现。在PSCAD/EMTDC环境下进行49电平柔性直流风电并网仿真分析,并进行了现场试验,仿真和试验结果验证了所提出的风电场经柔性直流启动及并网控制策略的正确性。     

超临界循环流化床锅炉启动系统节能分析

国内外大型超临界循环流化床（CFB）锅炉正处在开发研制阶段,对启动系统的定量计算分析很有必要。基于CFB锅炉的技术特点,以600 MW超临界CFB锅炉为例,将机组冷态启动过程按照重要的节点划分为点火至冲转、热态冲洗、冲转至并网及并网至30%额定负荷等4个阶段,根据各阶段特点采用不同方法进行分析,全面比较了扩容器式和复合式2种启动系统的投资、运行成本和投资回收期。研究结果表明,大气扩容器式启动系统虽然投资和维护费用较低,但启动过程中存在较大的热量损失,600 MW CFB机组锅炉冷态启动1次热损失即高达42.19×10⁵ MJ;随着制造和维护成本的降低,复合式启动系统具有较明显的优势。建议新建600 MW超临界CFB锅炉选用复合式启动系统。     

基于滑模控制的新型双准Z源NPC型五电平逆变器并网控制策略

针对传统双Z源二极管箝位(NPC)型五电平逆变器的Z源网络电感启动电流过大、升压能力有限等问题,提出一种新型的双准Z源NPC型五电平逆变器拓扑结构。用一种新型的双准Z源结构代替传统的双Z源结构,能够降低近2/3的Z源网络电感启动电流,提升逆变器直流侧电压接近2倍。将滑模控制应用到准Z源五电平逆变器系统的控制中,该方法无需线性化处理,只需通过系统数学模型就可推导出适当的控制规律。分析新型双准Z源五电平逆变器拓扑的工作原理;应用状态空间法和小信号模型对准Z源五电平并网系统进行数学模型推导和分析,并进行滑模控制器的设计;仿真和硬件实验结果表明,与传统比例-积分(PI)控制相比,滑模控制能够显著提高系统稳定性,降低电流谐波。     

基于直接虚功率控制的双馈风电系统并网方法

对双馈风电系统的并网方法及并网过程进行研究,提出一种基于直接虚功率控制(direct virtual power control,DVPC)的并网方法,通过引入虚功率的概念,使传统的直接功率控制(direct power control,DPC)亦适用于电机并网前的工况,控制定子电压同步并网。该并网方法不需要PI控制器和旋转坐标变换,并网前后控制器结构一致,过渡平滑,可实现较宽转速范围内的无电流冲击软并网,是一种双馈电机并网控制的有效方法。搭建了7.5 kW的双馈系统实验平台,实验结果验证了该文所提出方法的正确性和有效性。     

DFIG风电场经模块化多电平柔性直流并网控制策略

比较了风电场常见的3种并网方式,分别讨论了适用于风电接入的模块化多电平柔性直流输电系统启动控制策略及双馈感应发电机(DFIG)自身的启动控制,设计了稳态运行时的模块化多电平柔性直流控制器,以可靠接纳风电并网。基于PSCAD/EMTDC仿真平台分析了所提出的控制理论,验证了在稳定运行及风速改变等不同工况下,模块化多电平柔性直流输电系统均可实现风电场启动及可靠高效并网。     

基于VSC-HVDC并网的光伏电站启动控制及优化方法的研究

随着近年来能源危机的日益加重以及部分地区供电紧张、能源分布不合理问题,光伏电站经VSC-HVDC(voltage source converter-high voltage direct current)并网已经成为一种迫切的需求。首先研究得出并网系统的整个启动控制过程,并提出了定交流母线电压控制与定直流电压-功率斜率控制相结合的启动控制策略,缓解并网系统启动时电流电压的大幅度波动对自身和电网带来的冲击。仿真结果显示,该启动控制过程与控制策略的结合能够实现系统无冲击启动并正常进入额定工况稳定运行。随后根据光照强度随机性的特点,提出混合粒子群算法对并网系统的控制器进行优化,平抑光伏电站并网时的功率波动。仿真结果显示,该算法优于单一的粒子群算法,平抑光伏电站输出功率波动的效果更加显著。     

基于三矢量的并网逆变器模型预测直接功率控制

并网逆变器采用双矢量模型预测直接功率控制策略时,存在输出电压矢量覆盖范围受限、并网电流谐波含量高、功率脉动大的问题。对此,提出了一种基于三矢量的并网逆变器模型预测直接功率控制策略,通过构建αβ坐标系下预测功率模型,在每个控制周期进行2次电压矢量选择,用相邻2个非零电压矢量和1个零电压矢量合成出期望电压矢量,使输出电压矢量方向与幅值均可调,同时对有功功率和无功功率进行无差拍控制,有效改善并网电能质量及减小功率脉动,并通过空间矢量脉冲宽度调制使开关频率固定。仿真和实验结果表明,相比单、双矢量模型预测直接功率控制策略,所提方法并网电流谐波含量低、功率脉动小,具有良好的动稳态性能。     

双馈电机复功率特性研究及四维分析

详细分析了双馈电机等效电路推导过程,指出机电能量转换过程中机械轴的作用在相等效电路中的体现方式,定义了相等效电路中机械有功功率和机械无功功率,提出从定子侧看双馈电机机电能量转换过程中复功率守恒的观点。针对超同步工况下转子频率为负值的特点分析了负频率相量的复功率特点以明确超同步转子无功功率特性。采用四维图的表现形式使双馈电机在不同转速、定子有功功率和定子无功功率条件下的运行特性明晰直观地表现出来。     

多功能柔性功率调节器的动态运行特性研究

多功能柔性功率调节器(FPC)是一种带有大转动惯量飞轮储能单元的双馈电机,采用电压源型双PWM变换器作为交流励磁方式.介绍了所研制的10 kW FPC动模试验样机的基本参数,建立了样机的详细数学模型,并在调相、次同步、超同步等运行状态下进行了仿真研究.同时将样机在同样的运行状态下进行动态模拟实验.仿真和实验结果表明,FPC能够实现有功功率和无功功率的解耦控制,具有良好的动态运行特性.     

计及微电网黑启动的虚拟同步发电机调频策略

针对虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator, VSG)控制策略应用到微电网调频过程中存在次振荡周期的问题,提出一种双阈值-全程自适应频率控制策略。该控制策略综合了自适应模型与负转动惯量的特性,建立了新的转动惯量函数模型,弱化了阻尼项的影响,在消除频率暂态过程次振荡周期的同时,简化了控制结构。为解决现有单一控制策略难以适用于微电网黑启动问题,在不影响微电网启动速度的前提下引入零起升压环节,将该控制策略的应用范围扩大到微电网黑启动过程。仿真和实验验证了所提控制策略的正确性和有效性。     

一种小功率电子镇流器起动电路的设计

设计了一种小功率电子镇流器起动电路,该起动电路在起动时,能为灯提供足够的起动电压将灯点亮。在稳态时可以使灯工作于低频叠加高频的方波电压,从而避免了声谐振的发生。     

黑启动方案中启动厂用负荷时电压与频率的仿真校验

针对电力系统黑启动时 ,被启动电厂厂用负荷起动过程中存在电压和频率稳定的问题 ,给出了小系统各元件的详细模型 ,讨论了数值仿真计算的主要方法及修正、仿真中发电机调节系统的处理 ,对大型辅机起动时对小系统的冲击及带负荷时对系统频率的影响进行了数值仿真计算。通过仿真计算校验了黑启动方案的可行性。     

多功能柔性功率调节器的矢量励磁控制

作为大容量低速飞轮储能系统,多功能柔性功率调节器(FPC)由双馈电机(DFIM)和作为交流励磁电源的电压源型双脉宽调制(PWM)变换器组成,具有独立的有功和无功调节能力,能提高电力系统稳定和改善电能质量。FPC采用改进型定子磁链定向控制策略。该策略利用电压控制代替无功控制,同时分别对定子q轴和d轴电压进行反馈和补偿控制,从而对电网电压波动具有较好的鲁棒性。由于FPC主要工作在电网扰动时,为了避免机端电压突然跌落引发变频器不能承受的转子过电流而导致装置跳闸,采用了专门的转子过电流快速限制措施和控制策略。此外,还附加了转速反馈控制,使FPC转速在其待机时总是能保持在稳态给定转速。     

双馈电机超同步运行转子电路复功率的负频率分析法

针对文献中双馈电机超同步运行时转子电路频率为负值还是其绝对值的不同观点,分析了产生这种分歧的原因,指出了采用负频率的必要性和合理性。分别采用统一时空矢量图计算法和等效电路计算法分析了负频率正弦电路的无功功率特点,并将分析结果应用到双馈电机超同步运行转子复功率分析中,指出应用等效电路计算转子功率时的"无功功率变性"现象。相应的实验结果证明本文所采用的分析方法和所提出的"无功功率变性"观点是正确的。     

复杂拓扑结构光储型微电网黑启动策略

随着微电网大力发展,逐渐形成了结构及控制模式更加复杂的微电网。针对较具推广价值的光储型微电网,研究安全有效的黑启动方案对提高其供电可靠性具有重要意义。在分析具有复杂拓扑的光储型微电网及控制系统的基础上,提出一种基于分层控制的光储型微电网黑启动策略。综合考虑多个储能系统当前状态以选定黑启动主电源,结合光伏发电系统多种运行状态,以网架串行恢复形式进行分层分级黑启动。经仿真验证,所提方法可安全有效地完成复杂拓扑结构的光储型微电网黑启动,为相应实际微网工程黑启动方式提供一定的借鉴意义。     

装GCB的发电机组起停时厂用母线电压计算

装设发电机断路器的发电机组起停时,高压厂用母线通过主变压器和高压工作厂变从系统取得电源。此时如何计算高压厂用母线的电压调整,有关规程未做出具体规定。而高压厂用母线的电压调整范围将直接影响高压工作厂变调压方式的选择。机组起停时,高压厂用母线上仅连接机组的起停负荷,可将其视为恒功率节点;而起停负荷远小于系统容量,可将系统电压视为恒电压节点。采用电力系统稳态分析方法,便可计算出机组起停时的高压厂用母线电压调整范围。该方法成功应用于外高桥第三发电厂2×1000MW机组工程。