基于虚拟同步机控制的双馈风电机组预同步并网策略

采用虚拟同步机控制的双馈风电机组能提高电网惯量和频率支撑能力,成为实现可再生能源友好并网的有效途径之一。基于虚拟同步机控制的双馈风电机组直接参与电网并网时,由于缺少预同步锁相控制,双馈风电机组定子与电网的电压幅值和初始相位可能存在偏差。针对上述存在的并网问题,提出了一种虚拟同步机控制的双馈风电机组无锁相环预同步控制策略。通过在虚拟同步机外环控制中加入频率相位控制器和幅值预同步控制器,可以控制双馈风电机组并网前定子频率、相位和电压幅值与电网相同,并提出在无功功率-电压环中引入虚拟阻抗,实现了双馈风电机组快速地平滑并网。最后,通过理论分析和仿真结果验证了无锁相环预同步控制方案对虚拟同步机控制的双馈风电机组并网的有效性。     

电网不平衡状态下风电机组运行控制中电压同步信号的检测

大型风电机组所联电网并不理想,时有故障发生,给并网风电机组运行控制提出更高要求.为了增强风电机组可靠运行能力,必须对各种故障下电网的频率、相角和幅值进行准确、快速地检测,以便控制系统及时采取应对措施.作为风电机组不对称运行的前期研究,本文在充分研究现有锁相环(PLL)技术的基础上,提出了一种能够同时跟踪电网电压正、负序分量的新型双dq PLL方法,并通过仿真和实验验证了其优越的性能.该方法对电网不对称状态具有较强的检测能力,能为电网不对称故障下风电机组运行控制提供实施依据.     

基于功率跟踪优化的双馈风力发电机组虚拟惯性控制技术

基于电力电子换流器并网的变速恒频风力发电机组对电力系统的惯性几乎没有贡献,这将成为风电场大规模接入电网之后面临的新问题。在分析双馈风电机组运行特性和控制策略的基础上,研究双馈机组的虚拟转动惯量与转速调节及电网频率变化的关系,提出双馈风电机组的虚拟惯性控制策略。该控制策略通过检测电网频率变化来调节最大功率跟踪曲线,从而释放双馈机组"隐藏"的动能,对电网提供动态频率支持。通过对含20%风电装机容量的3机系统的仿真分析,验证该控制策略在系统出现功率不平衡后,能够利用双馈风电机组的虚拟惯量使风电场具备对系统频率快速响应的能力,从而提高了基于双馈风电机组的大规模风电场接入电网后的电力系统频率稳定性。     

并网系统软件锁相环设计

并网控制系统的稳定运行需要快速准确地跟踪电网电压的相位和频率。根据软件锁相环(SPLL)原理,基于dq坐标变换建立了SPLL模型,仿真结果表明该锁相环在电网电压存在跌落、相位和频率突变情况下均能实现准确锁定。同时针对三相不平衡系统,设计了基于双同步旋转坐标系的解耦软件锁相环,详细分析了其锁相原理及数学模型,并通过仿真验证了其良好的锁相性能。     

变速恒频双馈风电机组频率控制策略

传统的变速双馈风电机组解耦控制策略对于系统频率支撑作用微乎其微。文中在分析变速双馈风电机组参与系统频率控制特性的基础上,在传统变速双馈风电机组解耦控制中附加风电机组频率控制单元。控制系统包含频率控制、转速延时恢复、转速保护系统和与常规机组配合等4个功能模块。仿真结果表明,该控制策略不仅对暂态频率偏差具有快速的响应能力,而且能够使转子转速以更快的速度恢复到最佳运行状态,证明了基于变速双馈机组的风电场能够在一定程度上参与系统的频率控制。     

电网短路时并网双馈风电机组的特性研究

双馈感应风力发电机组（doubly fed induction generator,DFIG）对电网扰动十分灵敏,在电网发生故障期间双馈风电机组与电网的相互影响会造成电网暂态特性以及短路电流分布的显著变化。但是由于双馈感应发电机组与同步发电机组的结构及运行原理均不相同,且目前对其故障过程的研究也比较有限,使得并网双馈风电机组的故障特性还不甚清晰。在以双馈风电机组为主的风电大规模并网背景下,电网的安全稳定运行面临着严峻的挑战。从双馈风电机组的控制策略对其故障特性的影响机制出发,对双馈风电机组在电网发生对称以及不对称短路情况下的短路过程进行深入分析,并进一步推导了适用于不同电网短路情况的并网双馈风电机组短路电流表达式,仿真和算例结果验证了该表达式的正确性。     

双馈型风电机组的惯性控制

在分析双馈风电机组运行特性和控制策略的基础上,提出双馈风电机组的惯性控制策略.该策略附加一个频率控制环节来为风电机组的有功功率控制系统提供一个额外的有功参考信号,进而使风电机组能够及时响应系统频率来调整其有功输出.通过对含风电装机容量系统的仿真分析,验证该控制策略在系统出现功率不平衡后,能够利用双馈风电机组的惯量使风电场具备对系统频率快速响应的能力,从而提高了基于双馈风电机组的大规模风电场接入电网后的电力系统频率稳定性.     

CDSC在单相电网同步锁相技术中的应用

针对非理想电网环境下单相锁相环同步问题,文章提出一种基于级联信号延时消除(CDSC)的单相锁相环。研究中首先对仅有单相输入下的坐标变换结果进行分析,得出各种非理想电网状态下单相信号输入的同步旋转坐标变换的输出特性。结合带有频率反馈环路的级联信号延时消除法能够快速有效的抑制如直流分量、谐波、相位突变等非理想电网环境给同步参考坐标变换的输出带来不良影响,从而达到准确跟踪单相电网基波电压幅值、相位和频率自适应的目的。该方法无需构造单相电压信号的虚拟正交信号,算法简单且硬件上容易实现。仿真和实验结果验证所提锁相环在非理想电网环境下可以快速准确的跟踪输入电网电压信号的相位、频率和幅值,同时满足系统的稳定性。     

双馈风电机组并网运行下谐波电流建模与特性分析

在新能源发电并网容量日益增多、电网对新能源电站电能质量准确评估提出更高要求的背景下,该文建立考虑电网背景谐波和开关死区特性的双馈风电机组并网输出谐波电流解析模型,以准确描述并网电流的整次频率分量和非整次频率分量的幅值和相位信息。同时,深入分析电网背景谐波电压幅值相位、运行工况、控制延时等多种因素对谐波电流特性的影响机理。最后,通过仿真建模和实际风场检测等手段对所建谐波电流模型的准确性进行验证。     

含双馈风电机组的电力系统故障计算方法研究

双馈风电机组馈出的短路电流特性极其复杂,传统以交流同步电机供电电源为基础的电网故障分析方法不能适用于含双馈电源的电网短路计算。根据双馈风电机组低压穿越运行的技术要求,在电网对称故障和不对称故障条件下,建立了计及其励磁调节特性影响的短路电流计算模型。在此基础上,基于对称分量法建立了含多双馈风电机组接入的电网各序等效电路,通过对电网电动势方程、故障边界条件方程和双馈风电机组短路计算模型方程进行迭代求解,计算电网各支路的故障电流和各节点电压。与算例的仿真结果对比表明,该短路电流计算方法计算准确度高,可较好地满足工程应用要求。     

基于复系数-延时信号消除法的锁相环设计

针对电网电压不平衡和谐波污染等复杂工况下传统软件锁相环锁相精度不足等问题,提出一种新型软件锁相环的设计方法。文章分析了传统锁相环的基本原理,对电网频率、锁相环输出频率、相位差对锁相性能的影响进行了研究。通过在两相静止坐标系中施加复系数滤波环节抑制电网高次谐波和负序分量的影响,再利用级联延时信号消除法滤除较低次的特定次谐波。通过仿真结果分析表明所提出锁相环具有良好的动态特性和锁相精度,可以在电网电压不平衡和谐波污染等复杂工况下快速准确完成锁相。     

基于矩阵的迹的弱电网下永磁直驱风电场直流电压时间尺度小扰动振荡稳定性分析

弱电网下锁相环与直流电压环强交互作用给并网永磁直驱风电场稳定运行带来了安全隐患,以往研究主要采用基于具体仿真算例的模式分析法研究弱电网下风电场系统的锁相环或直流电压环稳定性规律,无法揭示所得稳定规律的内在机理。为此,建立考虑直流电压环和锁相环动态的并网永磁直驱风电场降阶模型,推导出系统状态矩阵的迹的数学表达式,从理论分析的角度揭示了弱电网下永磁直驱风电场的直流电压时间尺度小扰动稳定性规律。分析结果表明在风机控制参数固定不变的条件下,当系统运行参数如线路电抗、风电场无功出力或风机数量增大时矩阵的迹向正方向移动,这表明考虑锁相环动态影响时由直流电压动态主导的永磁直驱风电场系统至少有一个模式的阻尼变弱。     

锁相环的动态性能及对线路保护的影响分析

大规模并网的可再生能源网侧变流器多采用恒功率控制,控制系统中的锁相环决定了端口电压频率。锁相环基于正常运行工况设计,一般不考虑电网故障时的特性。针对锁相环的动态性能,研究了锁相环的结构,分析了电网不平衡、电压信号频率变化以及多阶信号输入条件下的特性,构建了一个40台风机的风电场等效模型,分析了锁相环性能对线路保护的影响。结果发现风电场规模增大后,差动保护和距离保护都会不同程度地受到影响,而90°功率方向元件性能可靠。分析结果为大规模可再生能源并网送出线及附近联络线的线路保护的选型及整定提供参考。     

弱电网下电压源型逆变器锁相环的改进

弱电网并网运行时会产生谐波干扰以及电网电压频率波动等问题,导致逆变器输出电流谐波失真。弱电网并网环境对锁相环(Phase Locked Loop, PLL)的性能提出了更高的要求。针对弱电网下并网逆变器的控制要求,在分析并网电压源型逆变器(Voltage Source Converter, VSC)控制模型基础上,提出一种弱电网下PLL的优化方案。该方案采用超前补偿器补偿平均滑动滤波器(Moving Average Filtering, MAF)的相位延迟以提高系统的动态响应;引入前馈频率估计环,提高系统在电网电压频率偏差较大时的锁相精度,仿真验证改进的PLL的有效性。建立并网VSC系统实验平台对文中所述改进方法进行验证。实验结果表明,经PLL改进后的VSC系统在弱电网条件下具有良好的鲁棒性,逆变器入网电能质量得到了保证。     

无锁相环三相DC/AC变流器直接功率预测控制

以三相DC/AC变流器为研究对象,给出了一种无锁相环直接功率预测控制方法,能实现对并网功率的无差拍控制,并且为降低锁相环对控制性能的影响,实现无锁相环控制。根据采样控制导致的两拍延时,采样控制频率为载波频率两倍,精确计算得到下一拍的变流器状态量,然后针对给定功率参考值根据公式直接计算得到三相变流电路的输出。推导得到控制系统设定的频率与电网频率的偏差对所提出控制方法的性能没有影响,论证了无锁相环的可行性。最后构建了三相并网变流器Simulink仿真模型和实验样机,利用Simulink中的Embedded Coder模块实现控制系统仿真模型到DSP硬件控制系统C语言程序的转换,通过仿真和实验验证了控制方法的有效性。     

不对称电网电压下MMC-HVDC系统功率波动抑制策略研究

电网电压不对称时,在基于模块化多电平换流器的高压直流输电(Modular Multilevel Converter based High Voltage Direct Current,MMC-HVDC)系统中,针对MMC交流侧输出产生的有功功率和无功功率二倍频波动问题,提出了将电网电压、电流均变换至正序dq坐标系下进行电流参考值计算的控制策略,可同时抑制MMC交流侧输出的有功功率和无功功率的二倍频波动。此外,电网电压不对称时,在正序dq坐标系下,电压d、q轴分量中除直流分量外,还将含有由负序分量引起的二倍频分量。若在锁相环的设计中不考虑此二倍频分量,则电网电压不对称时系统整体控制性能将会受到影响。据此设计了基于二倍频陷波器的频率自适应锁相环,在电网电压不对称情况下可准确锁定正序电压相位,并计算电网正序电压幅值及负序电压在正序d、q轴上的分量值,用于所提控制方法中的dq变换及功率波动抑制环节中电流参考值的计算。最后通过仿真验证了所提方法的可行性和有效性。     

电网短路故障对并网双馈风电场的影响

分析了电网发生短路故障对并网运行风电场的影响。从双馈风电机组的单机模型出发,研究了由双馈风电机组构成的风电场单机等值方法。在仿真软件EMTP-RV中搭建了包含双馈风电机组构成的风电场电力系统模型。分析了电网发生三相接地短路和单相接地短路故障时,风电场的有功功率和无功功率输出特性、并网公共连接点母线电压波动以及系统频率等暂态变化。研究结果对未来风力发电工程的建设有参考价值。     

电网频率扰动下并网变换器系统暂态稳定性分析

在弱电网条件下,锁相环固有的非线性特性会对电网扰动条件下并网变换器系统的暂态稳定性产生影响.针对并网逆变器系统中电网频率扰动工况,建立了锁相环输出相角的二阶微分方程.基于非线性动力学多尺度法对模型进行了时域解析求解,并量化分析了电网扰动对锁相环输出相角的影响,进一步给出了暂态稳定边界.针对电网频率、电流以及电网阻抗扰动工况,将所建模型的解析解与其数值解、仿真结果进行了对比,并与传统相图分析方法进行了比较,验证了所提出的锁相环暂态解析模型与解析方法的正确性.通过实验进一步验证了暂态稳定边界的有效性.     

一种新型的单相并网系统锁相环

电网电压的相角、频率对并网逆变器而言是最基本的信息.准确快速地跟踪电网电压是并网控制系统稳定运行的保障.在单相并网逆变器中,常规的过零点检测锁相方法往往对电网电压畸变或扰动敏感,使得锁相环处于不稳定状态,从而导致并网逆变系统性能降低,甚至不能正常工作.针对此问题,分析了基于同步旋转坐标变换的锁相环原理,并将这种锁相策略...     

解耦多同步参考坐标系电网电压同步信号检测方法

在新能源发电并网中,并网变换器需根据电网运行状态实施相应的控制以保证其安全可靠运行。需要对电网电压的频率和相位实现快速准确的检测,同时还需要为变流器的并网运行提取出正负序分量。本文针对解耦双同步参考坐标系锁相环在谐波情况下频率检测结果和同步效果差的问题,提出了一种解耦多同步参考坐标系电网电压同步信号检测方法。该方法通过正负序dq轴系以及低次谐波的dq轴系分解,实现了多轴系dq分量的解耦,可以在电网电压不对称和含有谐波分量的情况下,快速提取出电网电压的频率和相位信息,同时还可得到正负序分量的dq轴变换结果。实验结果表明提出的方法在电网电压不对称、频率变化和含有多次谐波情况下均具有很好的同步效果。