风电系统网侧LLCL型滤波器特性分析及仿真研究

风力发电系统通常采用L型和LCL型滤波器,这2种滤波器对变流器开关频率附近的高次谐波抑制能力相对有限。为此提出了LLCL型滤波器,即在LCL型滤波器电容支路中串联小电感达到开关频率处串联谐振,从而实现最大程度减小开关频率附近谐波对电网的影响。分析了L型、LCL型、LLCL型滤波器的结构及滤波特性,讨论了LLCL型滤波器参数的设计约束条件。仿真结果验证了LLCL型滤波器对开关频率附近的高次谐波抑制效果更显著,相对于LCL滤波器,在滤波器总电感相同的情况下,经过LLCL滤波器滤波后的电流纹波含量更少,开关频率附近的谐波含量更少,谐波畸变率更小。     

电压源型换流器LCL滤波器确定性设计

为保证LCL滤波器性能、提高LCL滤波器参数设计效率,基于电压源型换流器(VSC)的序分量动态相量(DPSCs)谐波分析模型,提出了一种LCL滤波器参数的确定性设计方法。该方法对换流器侧电感、滤波电容和网侧电感分别进行计算。换流器侧电感由功率约束和电流动态跟踪约束确定,并选取其下限值作为设计值;滤波电容由无功功率约束确定;通过谐波分析模型定量计算VSC各次谐波分量,并以IEEE 1547标准规定的并网谐波电流畸变率为约束条件,计算出网侧电感值,最后通过稳定性分析和仿真与实验验证滤波器参数设计的有效性。实验结果表明,所设计的LCL滤波器使得开关频率附近的谐波电流减少至0.02 A,高次谐波电流含有率约为0.23%。所提出的LCL滤波器确定性设计方法能有效提高LCL滤波器参数设计效率,减少了参数设计过程中的反复试凑和复杂的优化算法。     

实现同相补偿的三相变流器输出滤波器LCL参数设计

针对同相供电系统中存在高次谐波问题,提出以电网侧电流谐波畸变率(Total Harmonic Distortion,THD)最小为目标的输出滤波器LCL参数设计方法。首先从机车电流、网侧电感、同相补偿装置(Co-phase Compensation Device,CPD)输出电流整体角度出发,推导电网侧谐波畸变率THD和CPD谐波衰减比RAF (Ripple Attenuation Factor)与网侧电感、LCL电容、LCL总电感、LCL总电感分配比之间的关系。其次以CPD补偿电流满足快速跟踪性、开关纹波电流满足抑制要求、LCL基波无功损耗满足限制条件来确定参数取值范围。THD最小为目标函数,RAF为约束,应用分割矩形算法(Dividing Rectangle Algorithm,DIRECT)进行求解,得到THD值最小时LCL滤波器的参数值。最后利用MATLAB/simulink仿真验证参数设计的正确性。     

负序及谐波畸变电网电压下双馈风力发电系统的改进直接功率控制策略

由于定子直接连接到电网,电网电压中的负序和谐波分量会严重恶化双馈风力发电机(DFIG)系统的运行性能,导致系统输出总电流三相不对称及谐波畸变、总输出有功功率及无功功率波动等,使得DFIG系统无法安全稳定可靠运行,且输出风电质量下降。同时考虑负序和谐波电网下DFIG系统机侧变流器和网侧变流器的运行状态,以改善DFIG系统总输出电流或功率质量为目标,研究基于二阶矢量积分器(SOVI)的DFIG系统网侧和机侧变流器改进直接功率控制(DPC)策略,改善DFIG系统的运行性能。实验结果验证了所提出的负序和谐波畸变电网电压下DPC策略的正确性及有效性。     

全功率风电变流器网侧LLCL滤波器设计方法

为了保持电网的电能品质,对于并网型风电变流器,要求对电网侧逆变器设计滤波器以保证入网电流总谐波畸变率(THD)和单次谐波含量均满足相关并网标准。对比L、LCL和LLCL滤波器传递函数幅频特性,定性分析了三种滤波器在各频段、特别是开关频率附近的谐波抑制能力,得出LLCL滤波器的优点,并针对MW级全功率风电变流器引入了LLCL滤波器的设计。根据并网型风电机组拓扑结构特点,给出了LLCL滤波器参数设计方法,并分析了新型滤波器拓扑结构下的电网侧阻抗特性及控制系统稳定性。实例仿真验证表明,相比于LCL滤波器,LLCL滤波器可以在采用更小的变流器输出滤波电感的情况下,保持其他频率点性能基本不变且开关频率附近的谐波得到更好的抑制。     

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。     

电网电压不对称时基于预测电流的双馈风电系统优化控制

电网电压不对称下双馈感应发电机(doubly fedinduction generator DFIG)转子侧变流器(rotor side converter,RSC)和网侧变流器(grid-side converter,GSC)的有效控制对风电场并网运行有着重要意义。提出了基于预测电流的DFIG系统优化控制策略:针对DFIG,构建了电网电压不对称下预测电流控制模型;对GSC,在常规预测电流模型上进行改进;分析了RSC和GSC优化控制目标。在实时数字仿真(real time digital simulator,RTDS)平台上搭建了一台2MW DFIG风电系统完整仿真模型,验证了上述控制策略的正确性和有效性。     

基于LCL有源阻尼的DFIG网侧变流器的新型控制策略研究

在DFIG并网发电过程中,变流器非线性开关会增加入网电流高频谐波含量,一般的L型滤波很难实现理想的滤波效果。近几年有学者提出一种LCL新型滤波器,相比于L型的滤波器,LCL滤波器体积更小、损耗更小、滤除谐波的效果也更好。但是,LCL型滤波器是一个高阶的系统,控制设计麻烦并伴随着谐振的产生。针对上述缺点本文提出了一种基于LCL有源阻尼滤波器的准比例谐振(proportional resonance,PR)控制策略和电容电流反馈控制方法来简化控制系统和抑制系统的谐振,在Matlab/Simulink软件中建立仿真模型,对上述控制策略进行了仿真验证,仿真实验波形证明了上述控制方法的正确性。     

三相并网逆变器LCL滤波器的参数设计方法

目前,国内外对LCL型滤波器参数设计的研究正在进行中,但是这些研究并不适用于空间矢量脉冲宽度调制(Space Vector Pulse Width Modulation, SVPWM),针对三相并网逆变系统中的开关动作方案,提出一种适用于SVPWM的三相并网逆变器LCL型滤波器的参数设计方法,并介绍一种针对SVPWM进行优化的LCL型滤波器的设计方法。通过开关状态对电网侧电流的纹波分量进行数学分析,得到逆变器侧电感参数,根据无功功率吸收比来选择滤波电容器参数,利用输出电流纹波衰减系数对电网侧电感参数进行设计。将测得的实际电流的畸变率与目标电流的畸变率进行比较,所得的误差在允许的范围内,验证了所提出方法的可行性,并通过仿真验证了该LCL型滤波器设计方法的有效性。     

大规模风电经柔直并网时的系统稳态控制策略

围绕大规模风电经柔性直流输电(voltage sourced converter based DC transmission,VSC-DC)并网时的系统稳态控制策略展开研究,并将整个系统分成风场内双馈感应式发电机(doubly-fed induction generator,DFIG)系统和风场外VSC-DC系统2个独立部分分别进行控制,提出并分析了风场内DFIG系统的稳态控制策略,包括场站内DFIG的转子侧整流器(rotor side converter,RSC)、网侧逆变器(grid-side converter,GSC)稳态控制策略,以及风场外VSC-DC系统的网侧逆变器(grid side VSC,GSVSC)、风场侧整流器(wind farm VSC,WFVSC)稳态控制策略。最后,2种典型风速工况下的仿真结果证明了所提出的系统级稳态控制策略非常有效。