电网不平衡下虚拟同步发电机功率-电流协调控制策略

虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator, VSG)技术通过模拟同步发电机运行机理,在理想电网条件下能够使分布式电源友好接入电网。然而,在不平衡电网电压下,则会出现输出功率振荡、电流不平衡等问题。为克服这些问题,提出了一种基于静止坐标系下虚拟同步发电机功率-电流协调控制策略。该控制策略根据瞬时功率理论计算负序电流参考值,建立了恒定有功、无功及电流平衡3个控制目标的统一解析表达式,实现功率-电流的协调控制,提高了系统运行性能。最后仿真结果验证了所提控制策略的有效性。     

微电网系统准同期并网改进控制策略

微电网中越来越多以电力电子装置为接口的分布式电源采用模拟同步发电机的下垂控制策略来实现并网和孤岛工况的运行及相互之间的切换。基于分布式电源下垂控制策略和传统电网自动准同期并列装置工作原理,分析了微电网系统准同期并网原理,将频率调节和相角调节进行了统一,提出了一种微电网系统准同期并网的改进简化方法。针对电网末端三相电压不平衡等实际工况,采用正负序角度之和实现通信的传输,降低了对通信实时性的要求,增加负序分量的同步环节,提出了一种弱电网工况微电网系统准同期并网     

电网不平衡工况虚拟同步发电机优化控制

虚拟同步发电机(VSG)以模拟机转子运动方程和调频/调压特性为控制内核,可在并/离网工况下实现单模式运行控制,在主动配电网和微电网领域应用前景良好.然而,当电网不平衡时,VSG需要同时兼顾对并网负序电流的抑制及离网独立运行的系统稳定性.在此分析了电网不平衡工况下,传统电压源VSG常规控制策略的局限性和系统离网独立运行时的不稳定机理,提出一种基于谐振滤波的VSG负序电流优化控制,实现了VSG在电网不平衡条件下的入网电流平衡输出.所提控制策略的有效性和可行性获得了仿真和实验验证.     

具备不平衡运行控制直驱风机对近区系统负序电流的影响

针对具备不平衡运行控制的直驱永磁同步风电机组(direct-driven permanent magnet synchronous generators,DDPMSG),提出了一种负序电流注入下,含直驱风机系统的稳态不对称计算方法。在正负序网中,将直驱风机等效为受控电流源,然后根据系统正负序网,列出系统正负序电压电流方程,与直驱风机正负序电流指令值计算方程联立求解,得到系统各参数的序分量。从理论上分析了直驱风机对近区系统负序电流的影响,研究结果表明,相比同步电机,直驱风机使系统其他支路输出的负序电流更大。在双机无穷大以及十三节点配电网的算例中,通过理论计算值与仿真值的对比,验证了所提计算方法和结论的正确性。     

弱电网下负序控制对变流器并网系统稳定性影响分析

变流器并网运行时,因实现负序控制目标带来的变流器控制结构改变可能会存在恶化系统小干扰稳定性问题,该问题在弱电网背景下更加突出。首先介绍了不平衡电网下基于比例积分-准谐振(proportional-integrational quasi-resonant,PIR)控制的负序控制策略,然后建立平衡电网下考虑负序控制策略的变流器并网系统幅相阻抗模型和原-对偶复电路。其次,通过分析因负序控制带来的变流器侧幅相阻抗模型中导纳元素阻抗特性的变化,判断负序控制对系统稳定性的影响,进一步基于广义阻抗判据分析了负序控制如何影响系统稳定。研究结果表明弱电网下负序控制可能会使变流器并网系统存在次同步和100 Hz左右的振荡失稳风险。最后,通过仿真验证了理论分析结果的有效性。     

含光伏接入的中压配电网集中调控优化策略

随着并网光伏数量和容量的增加,中压配电网电压波动及网损过大等问题日益突出。为此计及中压配电网的通信条件与计算能力等特点,提出了一种面向中压配电网的分布式光伏集中调控优化策略,抑制中压配电网电压波动及网损过大。分析光伏并网对配电网电压及网损影响,构建了以中压配电网潮流平衡方程、节点电压、支路电流及系统运行为约束,以网损最小、电压波动最小和分布式电源消纳最大为目标的多目标优化控制模型;采用商用CPLEX对模型进行求解;最后结合算例仿真对模型进行了有效性验证。结果表明,所提优化控制模型可有效降低配电网电压波动,合理分配分布式电源出力,降低网络损耗,同时保证光伏利用率处于相对合理区间。     

考虑不平衡电网电压的虚拟同步发电机平衡电流控制方法

虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)可实现分布式电源友好并网。然而,电网电压不平衡时,传统VSG控制会导致三相并网电流不平衡,为此提出一种VSG平衡电流控制方法。首先分析了VSG在电网电压不平衡情况下存在的问题及其与传统逆变器控制的区别;在此基础上,利用VSG在dq坐标系下的特点设计电流指令计算方法,使VSG在各种类型的不平衡电压下实现负序电流抑制。该方法计算逻辑简单,且能够实现不同工况下的自适应控制。仿真和实验结果表明了所提控制方法的正确性和有效性。     

含多类型分布式电源的主动配电网三相潮流计算

随着不同并网方式和控制策略的分布式电源大量接入,传统配电网的潮流算法不再适用于含大量分布式电源的主动配电网。首先建立了不同控制方式和接线方式下同步发电机、异步发电机、电力电子逆变器和双馈感应风机的三相序分量稳态模型,并在此基础上采用序分量三相解耦潮流算法对含分布式电源的主动配电网进行三相潮流计算,同时考虑了分布式电源运行中的限值约束条件。通过对IEEE 33节点三相不平衡配电系统算例进行仿真,表明该算法能有效处理各种类型分布式电源及其在运行中的限值约束,具有良好的收敛性。     

正负双序独立控制策略下的逆变型分布式电源不对称故障电流分析

为揭示电网不对称故障下逆变型分布式电源的故障特征及机理,基于功率平衡和特性受控的思想,推导了基于正负双序独立控制策略下的短路电流表达式并分析了短路电流的影响因素。分析结果表明:逆变型分布式电源的正、负序电流dq轴分量是电压跌落作用下的二阶响应,三相正、负序电流由于二阶响应的超调一般呈现先逐渐增大后衰减到稳态值的趋势;逆变型分布式电源不对称故障电流的稳态值与输出的有功功率、无功功率以及正序电压、负序电压大小有关,暂态特性与变流器的控制参数以及故障瞬间电流相位紧密相关。PSCAD仿真和录波数据验证了理论推导的正确性。分析方法能够有效地表征逆变型分布式电源的故障特征,为通过变流器并网元件的故障特征分析和相关继电保护研究提供了理论参考。     

风机/同步机混合微电网并网运行研究

将分布式发电系统以微网的形式接入大电网并网运行是电网未来的发展方向.基于PSCAD/EMTDC电力系统仿真分析软件,建立了包含风力发电机和小型永磁同步发电机的微电网模型,研究了微电网在不同模式下,配电网和各微电源的运行状况,以及其转换过程的对电网的影响.结果表明,这种微电源配置可以满足并网运行条件下微电网各种模式的运行...     

Smith联接的单相自励感应发电机

针对需要单相电源的场合时有采用三相异步电机自动单相运行这种工况,对自励发电运行方式进行了分析.利用对称分量法导出了Smith联接的单相自励感应发电机对称运行条件及性能计算公式.计算表明:Smith联接的三相感应电机单相自励发电运行时,电压变化率较大,且离开平衡点负序电流迅速增加;利用最优化方法确定三相自励感应发电机不对称运行时的稳态工作点简单有效.实验结果与理论计算基本一致.     

Modeling and enhanced control of DFIG under unbalanced grid voltage conditions

This paper presents a mathematical model of a doubly fed induction generator (DFIG) based on stator voltage orientation (SVO) in the positive and negative synchronous reference frames under unbalanced grid voltage conditions. The oscillations of the DFIG electromagnetic torque and the stator active and reactive powers are fully described during grid voltage unbalance. A new rotor current controller implemented in the positive synchronous reference frame is proposed. The controller consists of a proportional integral (PI) regulator and a harmonic resonant (R) compensator tuned at twice the grid frequency. Thus, the positive and negative sequence components of DFIG rotor currents are directly regulated by the PI + R controller without the need of involving positive and negative sequence decomposition, which indeed improves the dynamic performance of DFIG-based wind power generation system during small steady-state and relatively larger transient network unbalances. The theoretical analysis and the feasibility of the proposed unbalanced control scheme are validated by simulation studies on a 1.5-MW wind-turbine driven DFIG system. Compared with conventional single PI current control design, the proposed control scheme results in significant elimination of either DFIG power or torque oscillation under unbalanced grid voltage conditions.     

Generalized modeling and unbalanced fault simulation of saturated self-excited induction generators

The paper presents a generalized unified electromechanical current and flux models of self-excited induction generators. A k-factor saturation method is used to account for magnetic saturation in the previous model. A neutral connection through impedance is included for equivalent Park models of wye connected induction generators. Numerical modeling of self-excited induction generator unbalanced transients according to machine grounding systems is proposed. To illustrate application examples, transient performances during unbalanced short-circuit tests of single-cage, double-cage and deep-bar rotor type induction generators are simulated and discussed.     

Smith联接的单相自励感应发电机

针对需要单相电源的场合时有采用三相异步电机自动单相运行这种工况，对自励发电运行方式进行了分析。利用对称分量法导出了Smith联接的单相自励感应发电机对称运行条件及性能计算公式。计算表明：Smith联接的三相感应电机单相自励发电运行时，电压变化率较大，且离开平衡点负序电流迅速增加；利用最优化方法确定三相自励感应发电机不对称运行时的稳态工作点简单有效。实验结果与理论计算基本一致。     

A flexible power control strategy for rotor-side converter of DFIG under unbalanced grid voltage sags

Doubly fed induction generator (DFIG) is widely applied in variable-speed wind energy conversion system. The disconnection of a substantial amount of DFIG may arouse the instability problem of power system, thus wind power generators have to remain connected during short-time grid faults. As a result, the voltage sag will lead to overcurrent and overvoltage in the rotor winding of a DFIG, moreover the unbalanced voltage sags will also cause serious fluctuations in its electromagnetic torque and output power. This paper studies the relationship of the stator instantaneous powers with the three-phase stator voltage and rotor current of a DFIG under unbalanced grid voltages. A generalized formula of current reference for the rotor-side converter of DFIG is constructed by introducing continuous adjustment coefficients. Meanwhile, the analytical equations of rotor peak current, stator active and reactive power fluctuations are derived to characterize the operating performance of DFIG. The impacts of adjustment coefficients on DFIG control performance and the feasible region of coefficients restrained by the rotor current constraint are discussed. In consideration of the rotor current limit, the flexible power control strategy for DFIG in unity power factor mode (UPFM) and reactive power supporting mode (RPSM) is presented. The correctness of proposed method is verified by simulation and experiment tests of single-DFIG and multi-DFIG systems.     

Modeling of Five-Phase,Self-Excited Induction Generator for Wind Mill Application

Wind turbines with higher power ratings are desired to reduce construction cost and maintenance time and increase energy yields. Three-phase induction generators are widely used in renewable power generation. Self-excited, squirrel cage induction generators are ideally suited for remote, standalone applications of low and medium power generation. The emerging multiphase induction generator (MPIG) with phases more than three is receiving significant attention for high power applications. This paper aspires at the performance investigation of five-phase induction generator (FPIG) in self-excited mode for standalone wind applications. The dynamic model of FPIG is developed using Matlab/Simulink. The performance of wind-driven FPIG under different operating conditions has been analyzed. The process of voltage build-up, current and torque under no load and loaded conditions are presented. The results are compared with three-phase self-excited induction generator (SEIG) to show the effectiveness of FPIG for high-power wind generation.     

不平衡电网下双馈感应发电机的虚拟同步机控制优化策略

由于虚拟同步机(VSG)控制技术的控制带宽有限,因此当电网电压不平衡时,VSG控制无法有效控制电网负序电压引起的功率二倍频波动分量。当电压长时间不平衡时将会引起双馈感应发电机(DFIG)定、转子电流畸变,功率及转矩振荡等问题,严重影响系统输出的电能质量及系统运行性能。针对此问题,文中提出一种采用二阶广义积分器对DFIG电磁转矩及无功功率二倍频脉动进行定量控制的方法,使DFIG的VSG控制系统在不平衡电网条件下可以实现3种控制目标,即定子电流正弦且平衡、定子电流正弦且有功功率恒定和定子电流正弦且无功功率及电磁转矩同时恒定。同时,可根据电网实时要求对各控制目标进行灵活切换,提高了DFIG的VSG控制系统的控制性能。最后,所提方法的有效性通过仿真结果得到了验证。     

电网电压不平衡下双馈型风电场可控运行区域及其控制策略

电网电压不平衡条件下,双馈感应发电机(DFIG)风电机组实现电磁转矩无脉动等不同传统控制目标时所需要的负序电流幅值不同。结合电网电压不平衡条件下电网侧变换器(GSC)与转子侧变换器(RSC)实现各传统控制目标时所需的负序电流幅值,通过详细分析等值DFIG风电场GSC与RSC的输出负序电流能力,得到基于不同电网电压不平衡度和系统有功出力的DFIG风电场可控运行区域。以该可控运行区域为基础,提出电网电压不平衡条件下DFIG风电场的多目标协调控制策略,即根据电网电压不平衡度及系统有功出力选择或切换系统最优控制目标,进而改善不平衡电压下DFIG风电场的运行能力及所并电网的电能质量。仿真与实验结果验证了所提方案的可行性。     

不平衡电压下双馈变速风电机组的控制策略

提出了不平衡电网电压下双馈发电机的控制策略,并建立了双馈发电机在正、反旋转坐标系下的数学模型。在此基础上推导和分析了电网电压不平衡条件下双馈发电机输出的瞬时有功、无功功率的组成。提出了4种可供选择的不平衡电压控制方案,并给出了不同控制目标下转子的正、负序电流目标值的计算原则。通过MATLAB/SIMULINK仿真验证了控制方案的有效性。