永磁风力发电机直流并联及直流升压的仿真研究

针对分散式小型风力发电场,实现永磁风电机组直流并联,提出了永磁风力发电机PWM整流器直流侧并联的结构。为了能使小型风电场,就近接入大型风电场或者并入电网时,降低传输过程中输电损耗的目的,采用了DCDC升压组将直流母线电压升高的拓扑结构。为能够有效地实现发电机的并、切网,设计了对发电机输出电压瞬时采样,来判断发电机整流器侧是否连接到直流母线的断路器模型。基于Matlab/Simulink仿真平台搭建了含3台永磁风力发电机、整流器、断路器和DC-DC升压组的仿真模型,对永磁风力发电机在不同风速下的直流并联与升压进行了仿真分析。仿真结果表明,在理想状态下,该模型可实现不同风速下风力发电机的直流并联与升压。     

直驱式风力发电系统低电压穿越控制策略研究

针对直驱式永磁风力发电系统的低电压穿越问题,提出一种新型的基于网侧并联逆变器的方案。阐述了其工作原理,建立直驱式永磁风力发电系统的模型,分析了该系统在电压跌落期间的运行特性。仿真结果表明,网侧并联的副变流器对于抑制直流侧母线电压、提高有功输出能力有明显作用,同时结合风电机组本身配置的Crow Bar电路,保证了风力发电机在规定时间内不脱网。     

双PMW直驱同步风力发电的低电压穿越控制

通过对兆瓦级双PMW直驱式永磁同步风力发电机(PMSG)系统低电压穿越能力的研究,本文提出了一种改进的功率变换控制方法来抑制过高的直流母线动态电压.与传统控制方法相比,该方法中机侧整流器采用电流内环、直流母线电压外环的双闭环控制结构,同时网侧逆变器采用电网电流为内环、发电机转速为外环的双闭环控制结构,保证系统输出最佳能...     

模块化海上永磁直流风机设计与仿真研究

针对海上全直流风场的传统风机串联升压拓扑存在的电机绕组额外绝缘问题,以及在风速不均衡和故障情况下复杂的功率分配和电压控制问题,提出一种模块化海上永磁直流风力发电机组(直流风机)拓扑。通过分数槽集中绕组直驱永磁同步发电机和磁集成变压器的结合,能够直接在机端产生高压直流,且故障容错能力强。通过建立发电机本体和电力电子变换器的数学模型,设计该拓扑的发电机绕组电流功率因数校正控制方式和机内低压直流母线稳压控制方式。仿真结果表明机组在启动、变速、故障和停运情况下能够实现工作状态的平稳过渡,以及最大功率点跟踪,这为未来海上全直流风场的研究提供了技术参考。     

永磁直驱风电机组的机侧多整流器并联运行控制研究

永磁直驱风电机组的容量通常达到了兆瓦级,采用并联型结构是主要的扩容方式。传统的风电变流器机侧整流器具有独立的直流母线,虽具有控制简单的优点,但也存在成本高、体积增加等问题。针对这个问题,提出了一种新型的永磁直驱风电机组机侧多整流器共直流母线并联运行控制策略。该控制策略的控制目的是抑制共直流母线的整流器模块之间由于不同步造成的环流,因此首先对具有公共直流母线的多整流器运行的直流环路和零序电流动态进行了建模和分析,设计了独立的电流控制器,并通过同步载波移相配合生成了多簇脉冲调制信号给不同的整流器模块,但相互的控制器使用了同一个转子位置观测器,从而实现了每个模块的电流同步和均衡,并匹配了最优的总发电机转矩。最后,为了验证控制策略的有效性,基于1.5 MW的永磁直驱风电机组试验平台进行了试验研究。试验结果表明,在新型控制策略下,变流器机侧多整流器模块能正常运行,并具有较优的性能。     

基于PSCAD/EMTDC的直驱永磁同步风力发电机多机并联运行仿真

提出了一种与直流系统直接耦合的多机并联永磁风力发输电系统,该系统充分利用永磁直驱风电机组与轻型直流输电各自优点,适用于远距离风电直流联网.建立了dq同步旋转坐标下的永磁直驱风力发输电系统的数学模型,基于转子磁场矢量定向技术,构建了多机并联发输电系统的有功、无功解耦控制策略;基于电网电压矢量定向技术,构建了输电系统有功、无功功率的解耦控制策略.在PSCAD/EMTDC仿真平台上搭建了两台永磁直驱风电机组并联发输电仿真系统,对系统的动态特性及其无功调节能力进行了仿真分析.仿真结果表明,两机并联的发输电系统能够在不同的风况下稳定运行,且对电网具有一定的无功调控能力.     

兆瓦级直驱永磁风电系统低电压穿越研究

通过对兆瓦级直驱式永磁同步风力发电机(PMSG)系统低电压穿越能力的研究,提出一种改进的直流母线电压控制策略。该策略通过调节直流电流和控制发电机的输出功率,抑制直流母线动态过电压。与传统控制策略相比,该策略中升压斩波变换器采用电流内环、直流母线电压外环的双闭环控制结构;网侧逆变器采用电流内环和转速外环的双闭环控制结构。仿真结果表明,该控制策略可有效提高PMSG系统的低电压穿越能力。     

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。     

基于风网互补风电优先的共直流母线抽油机群控系统的研究

正针对普通抽油机变频器在整流环节采用不控整流方式、无法利用"倒发电"电能,对于丛式井采用公共直流母线技术,同时采用风力发电机作为网电的补充,研制了一种基于风网互补的共直流母线抽油机群控系统,在风力发电机整流器输出采用升压式DC/DC变换器,保证优先利用风能,采用霍尔传感器检测网侧电压及风力机输出     

直驱永磁同步风力发电机系统研究

对直驱永磁同步风力发电机系统的发电特性进行了理论分析.在整流器和逆变器之间加入一个DC-DC Boost斩波器,解决PWM逆变器因输入电压很低时运行特性差的缺点.通过改变Boost升压斩波器的占空比可将逆变器直流母线电压提高并稳定在合适的范围内,改善逆变器的调制深度范围,提高运行效率.通过对网侧电流的跟踪闭环控制,实现单位功率因数传送能量.实验结果证明了系统的可行性和正确性.     

直驱永磁风力发电系统在不对称电网故障下的电压稳定控制

针对直驱永磁风力发电机组（D-PMSG）在不对称电网故障下,负序分量对直流母线电压会产生2倍频振荡的问题,提出利用单相电压延迟60°来构造三相对称电压,消除负序分量对直流母线电压的影响,对D-PMSG在不对称故障下电压跌落的控制策略展开了研究。网侧逆变器外环采用电压环稳定直流电压,控制变换器发出的有功功率,内环采用电流前馈控制,使电压矢量在dq轴间解耦,由外环控制得出的电流参考值来控制逆变器的电流,同时结合能量泄放回路解决D-PMSG在电网发生不对称故障下直流侧的功率拥堵。另外,对网侧动态电压恢复器DVR采用改进的最小能量法控制策略,为系统提供最大无功功率支持,有利于网侧电压恢复,从而保证系统的稳定运行。以河西电网的实时数据进行仿真,结果证明了所提控制策略的有效性。     

电网电压不平衡时全功率风电并网变流器的控制策略

电网电压不平衡条件下,电压负序分量将导致直驱式永磁同步风电机组(permanent magnet synchronous generator,PMSG)全功率并网变流器的直流侧电压出现2倍电网频率的谐波,长期处于此工况下将显著影响直流侧电容的使用寿命,危及机组的稳定运行。建立了电网侧变流器的数学模型,在计及并网阻抗对有功功率影响的基础上,提出了一种以增强直流侧电压稳定性为目标的控制策略。其中,电网侧变流器正负序电流指令通过保证直流侧电容及并网电抗器之间无2倍频振荡的有功功率流得到,指令的计算无需求解复杂的高阶矩阵,也没有引入更多的变量。由直驱式永磁同步风电机组的仿真结果验证了所提出的电压控制策略的有效性。与传统的平衡控制策略相比,这种控制策略能在实现直流侧电压稳定控制的同时,使输出至电网的有功功率2倍频波动得到有效抑制,提高了该型机组不平衡电网电压条件下不间断安全稳定运行能力。     

直流微电网电压等级的选择及其稳定控制策略研究

针对直流微电网电压等级的选择与确定,在已有直流标准和直流工程电压等级基础上,考虑微电网容量和供电半径,进行运行损耗计算,从而选择最优的直流母线电压等级。针对直流微电网电压稳定控制,并网运行时采用储能DC/DC变流器控制直流母线电压稳定,AC/DC逆变器控制直流微电网并网功率。孤岛运行时采用储能DC/DC变流器控制直流母线电压稳定。在PSCAD/EMTDC中搭建直流微电网仿真模型,进行不同运行模式下的电压稳定控制策略仿真验证。结果表明,所采用的电压稳定控制策略,在光伏发电功率和负荷功率波动的情况下,能很好地控制直流微电网电压稳定。     

基于超级电容储能的大容量直驱风电机组低电压穿越策略

模块化多电平换流器(modular multilevel converter, MMC)可用作大容量风电机组的换流器,其具有良好前景,但需要解决风电机组低电压故障时易脱网运行的问题。鉴于此,提出了一种基于超级电容储能的低电压穿越策略。考虑超级电容的利用效率和变流器的约束条件,通过DC-DC变换器对超级电容的储能模式进行控制,实现故障期间机、网侧的功率平衡,以稳定直流侧母线电压。按照海上风电场规定,确定了故障期间网侧MMC有功无功电流分配原则,向电网提供动态无功以帮助恢复电网电压。仿真结果表明,当并网点发生故障时,所提策略不仅能较好地稳定直流母线电压,保障了MMC功率器件安全运行,还可以补偿无功以改善电网电压,提高了大容量直驱风电机组的故障穿越能力和运行稳定性。     

直流微电网双向AC/DC变换器并联系统控制策略仿真研究

为了便于扩展直流微电网的容量与增强系统可靠性,采用双向AC/DC变换器并联系统来实现直流微电网与大电网之间的能量交互。提出了一种直流微电网双向AC/DC变换器并联系统的低电压偏移功率均分控制策略,通过反馈直流线路的平均电流作为全局变量,并引入积分环节,实现了各变换器的功率精确分配而不受线路参数的影响。通过引入平均输出电压比例积分控制,减小了直流母线电压的偏移。探讨了二次纹波电流对并联系统功率控制的影响,引入带阻滤波器,抑制二次纹波电流和电压对并网电流畸变率的影响。分析了变换器并联系统的稳定性,给出了合适的控制参数。最后,仿真验证了所提出的控制策略的有效性。     

低压直流母线AC-DC电力电子变压器及其短路故障穿越方法

传统的基于半桥型模块化多电平电力电子变压器使用大量的开关器件和无源元件,限制了其功率密度和效率的提高。提出了一种组合全桥型模块化多电平换流器(MMC)和输入侧间接串联型输入串联输出并联DC-DC变换器的电力电子变压器拓扑,MMC输出等级较低的中压直流母线,可减少隔离级DC-DC模块数量,且可以实现故障时的自阻断功能。通过改变DC-DC变换器模块输入侧的串联连接方式,可有效避免中压直流端口短路时导致DC-DC变换器输入侧电容短路问题。该电力电子变压器拓扑同时具备中压和低压直流端口,且可以有效降低开关器件、无源元件、高频变压器以及DC-DC变换器模块数量,提高电力电子变压器的功率密度、效率和故障穿越能力。最后基于MATLAB/Simulink,搭建了该电力电子变压器的仿真模型,仿真结果验证了该拓扑的可行性。     

基于旋转电容的直流电网软开关DC-DC变换器设计

作为连接不同电压等级直流母线的关键设备之一,DC-DC变换器转换效率的提高对于建立直流电网有重要意义。为了降低大功率软开关DC-DC变换器的体积和质量,基于旋转电容构造了一种能够实现功率器件零电流关断的非隔离型双向DC/DC变换器。介绍了变换器的电路拓扑结构;分析了不同模式下的稳态工作过程;设计了器件的具体参数及控制方案并研究了变换器的损耗特性;最后,在Matlab/Simulink中搭载仿真模型,验证了设计方案和控制策略的正确性。结果表明,所设计的变换器能够实现开关管和二极管的零电流关断,具有较高的转换效率。     

分布式风光储系统双向DC-DC变换器研究

文中提出了一种分布式风光储系统的架构,并重点研究系统中连接蓄电池和直流母线的双向DC-DC变换器。双向DC-DC变换器能够实现太阳能阵列、风机、电网和蓄电池之间的能量交换、调节母线电压,是风光储系统的关键部分。本文采用高变比的双有源全桥变换器构成双向DC-DC变换器,它既能连接较低输出电压的蓄电池和高压直流母线,又能通过移相控制实现功率双向流动和软开关。本文研制了一台3 k W风光储系统样机,在不同工况下测试了双向双有源DC-DC变换器的功能。     

大容量直驱风电机组级联直流组网系统设计

传统交流组网风电场系统存在多次电能转换、成本高的问题。针对这个问题,设计了一种大容量直驱风电机组级联直流组网海上风电场系统,其直接将每台机组的直流输出级联形成高压直流进行传输,而无需额外的海上升压站平台。风电机组采用了永磁直驱风力发电机及其变流器,其中变流器包括了AC/DC单元和DC/DC单元,并设计了控制策略,即通过DC/DC单元的占空比调节来实现电流的持续输出和最大功率跟踪。陆基逆变电站采用晶闸管型逆变器,设计了工作模式和控制策略,其主要功能是实现高压直流链路的电压电流调节。最后,基于PSCAD/EMTDC仿真平台,搭建了容量为150 MW的风电场系统进行了仿真计算,计算结果验证了该系统具有较高的鲁棒性和对风速变化的适应性,同时每个机组都能独立的实现最大风能捕获。     

基于模式切换的永磁同步风力发电机组低电压穿越控制策略

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稳定运行尤为重要,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,具备低电压穿越能力(low-voltage ride-through,LVRT)。对于永磁同步风力发电机(permanent magnet synchronous generator,PMSG)机组,快速控制直流电容电压是实现低电压穿越的关键。文章采用一种基于模式切换的PMSG机组低电压穿越控制策略,该策略在电网电压正常和故障时进行控制模式切换,选择网侧变流器或机侧变流器来控制直流电容电压。另外,为加快直流母线控制速度,提出了一种改进前馈方法,加快了控制速度,降低了直流母线电压的峰值。仿真结果验证了所提控制策略的有效性。