永磁直驱风电机组低电压穿越时的有功和无功协调控制

为提高基于全功率变流器并网的永磁直驱风电机组低电压穿越能力,在深入研究该风电机组运行特性和控制策略的基础上,分析了电网电压跌落过程中引起全功率变流器直流侧电压波动的原因,提出了一种采用机侧变流器控制直流电压稳定,网侧变流器实现最大功率跟踪和有功无功协调的新型控制策略。在低电压穿越过程中,该控制策略根据变流器直流侧电压的变化,通过机侧变流器调节风力发电机的电磁功率,使电网故障期间风电机组的功率波动由发电机转子承担,消除全功率变流器两端的功率不平衡,稳定直流侧电压。并根据电网电压幅值,通过网侧变流器实现对风电机组输出有功和无功的协调控制,抑制电网电压扰动。仿真结果表明本文所提控制策略在电网电压扰动时能有效抑制直流侧电压波动,使永磁直驱风电机组的低电压穿越能力得到显著提高,并能有效实现对电网电压的支持。     

基于超级电容蓄能的永磁同步海上风电低电压穿越研究

为避免电网电压跌落导致海上风电机组脱网运行,分析了直驱永磁同步海上风电系统的双PWM全功率变流器控制策略,提出了一种基于超级电容器蓄能的海上风电机组并网运行低电压穿越方案。在双向变流器的直流侧并联超级电容蓄能系统,利用超级电容来维持电网故障时的功率平衡,稳定直流侧母线电压。利用网侧变流器静止无功补偿运行模式控制无功电流输出,向电网提供无功功率支持。仿真结果表明了该方案在电网故障时,能有效抑制直流侧过电压,向电网提供无功功率,有利于电网故障恢复,提高了直驱永磁海上风电系统的低电压穿越能力。     

永磁直驱风电系统电机侧变流器的研制

使用永磁同步发电机的直驱型风力发电系统目前的发展很快,采用背靠背变流器作为直驱风电系统全功率变流器具有优良的性能,受到了广泛关注。对背靠背全功率变流器中电机侧变流器的工作原理和PMSG的控制策略进行了详细说明,对其稳态和动态性能进行了仿真分析。构建了实验系统,实现了电机侧变流器对发电机的矢量控制,能够方便地实现发电和电动状态运行。仿真和实验结果表明,采用PWM变流器作为永磁直驱风电系统电机侧变流器,可以实现对PMSG的优良控制,并为向电网输送优质的电能提供保证。     

基于反馈线性化的永磁直驱风电机组低电压穿越控制

电网对并网风电机组有明确的低电压穿越(LVRT)要求,而永磁直驱风电机组实现LVRT功能一般需要增加额外的制动设备,增加了系统成本。针对这个问题,提出一种基于反馈线性化的永磁直驱风电机组LVRT控制技术。该控制策略不同于传统的变流器机侧控制功率、网侧控制直流母线电压的控制方案,而是根据发电机转速和直流母线电压之间的非线性关系,采用反馈线性化理论设计了变流器机侧的直流母线电压控制器,同时在变流器网侧实现了最大功率点跟踪控制。为了验证控制方法的有效性,搭建了永磁直驱风电机组原理样机试验平台,进行了试验研究,试验结果表明在电网三相对称跌落70%时,最大直流电压波动控制在了7%以内。因此,在这种新型的控制策略作用下,永磁直驱风电机组能够很好地实现LVRT功能,同时避免了使用额外的制动单元。     

直驱式全功率变流器机侧无传感器控制策略研究

直驱式全功率变流器作为风电变流器的发展趋势,对其控制技术的研究具有重要意义。着重研究了直驱式风电变流器机侧矢量控制技术和无速度传感器控制技术。基于现有的理论研究基础,采用了一种id=0的转速外环、电流内环的双闭环矢量控制策略,无速度传感器技术采用一种三相数字锁相环控制实现。并用2 MW全功率变流器样机进行实验,实验结果表明:该控制策略能实现对永磁同步电机的有效控制。     

含飞轮储能的直驱风电系统功率平滑控制策略研究

在分析永磁直驱风电系统的运行特性和控制方式的基础上,提出了一种在无需测量风速的条件下,利用飞轮储能系统来平滑永磁直驱风电系统输出功率的控制系统和相关控制策略,该方法不仅能有效减小风力发电接入电网的功率波动,同时也有利于发电机变流器直流侧电压的稳定。通过对全风况下含飞轮储能单元的永磁直驱风电系统进行仿真分析,表明所提的控制策略在最大程度利用风能的同时,也能较好地实现输出有功功率的平滑控制,进而改善电网电能质量。     

采用飞轮储能的永磁直驱风电机组有功平滑控制策略

风速的不稳定性和间歇性使得采用最大风能捕获控制策略的风电机组输出有功功率会随风速的变化而波动,影响风电机组的输出电能质量,引起电网频率波动,甚至带来电网的稳定性问题.简单分析了永磁直驱风电机组的全功率双脉宽调制(PWM)交-直-交变流器的控制策略,提出了在不改变现有变流器控制策略的前提下,在变流器的直流侧接入飞轮储能系统,用以实现风电机组输出有功功率的平滑控制.设计了飞轮储能系统的能量控制策略,并给出了平滑功率值的计算方法.对1.3 MW永磁直驱风电机组的运行特性进行了仿真研究,仿真结果表明,采用所提出的飞轮储能系统能量控制策略能够有效平滑风电机组输出有功功率,提高了风电机组的输出电能质量.     

基于双PWM型PMSG的风电系统的控制策略研究

基于双PWM型永磁直驱风电系统,对机侧和网侧的变流器控制策略进行了详细分析,提出直驱永磁风电系统机侧和网侧采用PWM控制方式,可以有效地稳定直流电压,实现风能的最大捕获,以及侧有功功率与无功功率的解耦,从而实现全功率并网.利用Matlab/Simulink搭建了仿真平台,并给出了仿真结果,证明了该控制系统的正确性与可行...     

直驱永磁风电机组高电压穿越协调控制策略

提出直驱永磁风电机组高电压故障穿越控制策略。分析直驱永磁风电机组暂态运行特性,研究变流器运行不同区域的电压向量关系,分析直流电容电压跃升机理。设计直驱永磁风电机组上层控制策略,实现机网侧变流器执行层的dq功率参考值由不同机端电压跃升度决定。PSCAD/EMTDC中的仿真结果表明:机端电压跃升幅度较小时,该控制策略不仅可确保直驱永磁风电机组直流电容电压稳定在安全值以内,且在不影响风电机组向电网注入有功功率的同时,还可向故障点注入一定感性无功功率,支撑母线故障电压恢复;机端电压跃升幅度较大时,该控制策略通过网侧变流器向电网注入容性无功功率防止直流电容电压越限,在满足变流器容量约束条件的前提下,向电网注入有功功率。     

直驱型永磁风电机组并网控制系统的研究

对直驱型永磁风电机组并网控制系统工作结构与原理进行讨论,并研究变流器电机侧与电网侧的并网控制电路与控制策略。应用并联多变流器的方法,采取电网电压定向的电流、电压双闭环矢量控制模式,设计逆变并网控制。基于对交-直-交背靠背双PWM变流器的控制,运行软件仿真了690 V/2.5 MW直驱型永磁风电机组的变流器并网过程。实验结果表明,控制电路与策略正确有效,并网变流器能进行双向的能量传递,并且具有良好的静动态特性。     

基于双钳位变流器的直驱式风力发电系统控制方法研究

为了抑制永磁直驱风力发电系统中变流器中点电位波动及IGBT关断过电压,引入了双钳位三电平变流器结构,分别提出了整流和逆变状态下双钳位三电平变流器中点电位和钳位电容电压平衡控制方法。推导出了双钳位三电平整流器和永磁同步电机数学模型,给出了双钳位机侧变流器和网侧变流器控制方法。最后,采用MATLAB搭建了系统仿真模型,并基于模拟风电系统进行了实验,结果均证实了研究内容的正确性。     

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。     

直驱风电系统三电平变流器的设计与仿真

多电平逆变器适合大容量、高压的场合,得到了越来越多的应用。本文对三电平逆变器SVPWM调制手段进行了深入研究,同时对三电平逆变器中点电位平衡的问题也进行了探讨。由于中点电位的不平衡是钳位式三电平逆变器运行过程中比较严重的问题,对此本文分析了大、中、小矢量对中点电位的影响,找到哪些矢量能够影响中点电位的波动,并得出通过对成对小矢量的作用时间分配能够控制中点电位的结论。最后通过对系统的仿真,验证了算法的可靠性。     

基于永磁同步电机的电流源型风电变流器实现

永磁直驱式全功率风电变流器具有结构简单、转换效率高、低成本、可靠性高等优势,是目前风力发电领域的一个重要研究方向。电流源型变换器跟电压源型变换器相比,具有出色的低电压穿越能力、易并联、高可靠性等优点。因此提出了基于永磁同步电机的电流源型风电变流器的实现方法,包括变换器的参数设计、有功和无功的控制策略、有源阻尼的实现。基于提出的控制策略,可以实现一个完整的电流源型PWM变流器。最后给出了提出的控制策略的MATLAB仿真结果。     

永磁直驱风电系统中最大功率点跟踪控制优化的仿真研究

分析了风力机特性、永磁直驱电机模型、变换器控制策略及各种功率跟踪控制算法优缺点,并提出一种基于爬山搜索法的最大功率点跟踪(MPPT)控制方法的优化。在MATLAB/Simulink环境下搭建了永磁直驱风力发电系统模型,仿真分析了控制方法对最大功率点的跟踪效果,结果表明当风机起动及风速变化时MPPT控制方法能够使系统快速稳定在新的工作点,捕获得最大功率。由此验证了改进优化后的控制方法及所搭建模型的准确性与有效性。     

直驱风电系统中并联逆变器的仿真建模与分析

直接驱动型风力发电系统需要全功率变流器,三相PWM变流器并联运行为首选方案。由于直接并联时产生的零序环流会造成环流损耗甚至功率器件损坏,所以必须加以抑制。为此,深入分析了PWM变流器直接并联时环流产生的机理及采用SVM算法进行调制时零矢量对于环流的影响,并在此基础上提出了基于变化零矢量的SVM环流控制方法;在Matlab/Simulink7.1中建立了3个逆变器模块直接并联的仿真模型并给出了各逆变器的控制框图,利用s函数完成了控制算法的实现。仿真表明:这种并联方案有利于模块化设计,所提的环流控制方法可行,各逆变器模块均流较好,且能够实现电网侧有功和无功功率的独立解耦控制。     

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。     

兆瓦级并联型风电变流器热负荷平滑控制研究

风电变流器采用并联型结构能增加容量至兆瓦级,因而在风电机组中得到了广泛应用。由于变流器的运行功率随着风速变化,功率半导体器件的工作电流和驱动功率也随着变化,导致其结温波动显著,这将影响器件的寿命,并降低变流器的可靠性,而可靠性是兆瓦级风电变流器的关键性能之一。针对这个问题,本文提出了一种兆瓦级并联型风电变流器的热负荷平滑控制策略以提高变流器的热稳定性。在热负荷平滑控制中,额外的无功功率引入到变流器输出中,然后增加的无功电流能够使得当风速变小时,功率器件的热负荷保持平稳,从而使得其结温趋于更加稳定,生命周期延长,变流器的可靠性提高。最后,搭建了基于Matlab/PLECS的仿真平台,以3 MW并联型风电变流器为算例进行了仿真计算,计算结果表明,在热负荷平滑控制下,当变流器的热负荷变化时,IGBT的结温波动从原来的34℃下降到12℃,验证了该控制方法的有效性。     

风电机组变流器电流谐波水平案例分析

直驱机组全功率变流器的使用,一定程度上影响了机组馈入电网的电能质量。针对两类1.5MW直驱并网风力发电机组,从整机角度上描述了机组配置,比较了I型变流器、II型变流器的拓扑结构与控制原理。依据IEC标准检测方法,通过现场实测,对比研究了这两类机组电流谐波、间谐波、高频分量的释放水平及特征。结果表明,变流I型、变流II型机组电流谐波释放水平均符合并网要求,变流I型机组电流谐波水平2.52%低于变流II型机组3.44%。