电网不对称故障时全功率变流器风电机组控制策略

电网导则要求并网风电机组在电网电压在一定范围内瞬间跌落时不脱网运行.为满足这一要求,研究了全功率变流器风电机组在电网故障时的运行特性.建立了不对称电网故障下网侧变流器的数学模型,分析了正、负序双电流控制策略存在问题的原因,提出了一种直流侧采样电压带变频陷波函数的双电流控制策略,并针对电网频率波动的情况加入锁相环对陷波器...     

电网电压深度不对称跌落时的双馈风电变流器控制技术

针对电网电压不对称跌落故障,提出一种用于双馈风机的变流器控制策略,以满足低电压穿越标准的要求。策略使用转子侧变流器控制转子正序电流以保证风机的有功和无功输出,网侧变流器保持额定电流输出能量,同时使用斩波器稳定直流母线电压。针对1.5MW双馈风电机组进行了仿真模型和实际测试验证,结果表明该策略有效保证了双馈风机系统低电压穿越的实现。     

电网电压不平衡下星形级联H桥STATCOM的三相直流电压偏离控制策略

电网电压不平衡下,星形级联H桥STATCOM的三相直流电压通常被控制为相等。然而,为了应对电网的负序电压,三相调制波会变得不平衡。不平衡的调制波会减少STATCOM输出电压的阶梯数,同时还会使得三相直流电压的二次脉动不平衡,由此增加了输出电流的高频与低频的谐波含量。不仅如此,输出电流中还需要注入负序分量用来重新分配三相有功功率实现三相直流电压均衡,由此不利于电网的电能质量。为了提高电流的质量,在电网电压不平衡下将三相直流电压调节为不相等值,从而保证三相调制波的平衡且三相调制最大。基于这个思想,通过正负序分离,在满足电流平衡的前提下推导出三相直流电压参考值。同时,为了维持三相直流电压的稳定,推导了由三相直流电压偏差所产生的输出零序电压,由此分析STATCOM三相输入的功率流,发现由负序电压和零序电压产生的功率相互抵消,这就意味着STATCOM的三相直流电压可以自稳定,无需注入额外的负序电流用来实现三相直流电压稳定。最后,搭建400 V/±5 kvar的星形级联H桥STATCOM样机,验证了提出方法的可行性与有效性。     

负载不对称H桥级联APF直流电压平衡控制

H桥级联型有源电力滤波器(APF)在高压场合的谐波处理方面具有广阔的应用前景。三相三线制系统下负载不对称时,APF输出的基波电压和电流产生不同的有功分量分配至三相,再加上H桥各个模块的差异等原因,导致直流侧电压不均衡,影响APF的正常运行。通过对级联APF功率模型的推导,控制APF输出基波正序有功电流稳定全局电压、输出基波负序电流实现三相之间电压均衡。在全局稳压和相间均压条件下,控制各H桥交流侧输出补偿有功电压矢量实现相内电压均衡,最终将每个H桥直流电压维持在给定值附近,同时APF补偿谐波电流,降低网侧电流THD。在低压条件下的仿真和实验结果验证了所用方法的可行性,为级联APF向更高电压等级场合的应用提供了基础。     

三相四桥臂微网变流器在离网不平衡负载下的控制策略及其实现

因三相四桥臂变流器在不平衡系统应用中的优势,采用其作为微网变流器拓扑结构。为改善微网系统离网工况下带不平衡负载时的供电质量,提出了一种改进分序控制方法。采用基于广义二阶积分器的正负序分离方法提取负载电压的正负序分量,再将其变换至对应的旋转坐标系进行控制。在独立的零轴控制中,引入比例谐振调节器,增强零序电压的控制性能,简化控制算法。最后,对所提控制方法进行仿真与实验验证。结果表明,采用该控制方案的四桥臂变流器能够在负载不平衡的情况下维持输出电压的平衡,增强离网条件下的运行性能。     

超导储能在并网直驱风电系统中的应用研究

针对直驱风电系统并网运行过程中存在的输出有功功率波动和低电压穿越问题,在变换器的直流环节并联超导储能系统。对超导储能系统的斩波器提出双闭环加脉冲判断的控制策略,确保超导磁体线圈电流水平,使超导储能系统可以快速、准确地充放电,从而稳定直流环节功率。同时,通过引入谐振控制器的方法,对网侧变换器的控制策略进行改进,实现电网电压不对称跌落情况下,负序分量引起波动的有效控制。仿真结果表明,采用上述方案后直驱风电系统向电网输送较为平滑的有功功率、低电压穿越能力得到了提升。     

电网电压不平衡下交直流混合微电网互联接口变换器分数阶滑模控制策略

针对并网型交直流混合微电网交流侧电压不平衡时会产生交流电流负序分量导致直流母线电压二倍频脉动的问题,提出了一种直流侧母线电压分数阶滑模控制以及交流侧负序电流抑制方法。首先,基于同步旋转坐标系下电网电压不平衡时交直流混合微电网互联接口变换器的数学模型,设计电压外环变结构滑模控制器。然后,根据电压不平衡时互联接口变换器的功率传输特性,提取交流侧三相电压的正序分量,得到交流侧负序电流抑制指令。接着,采用分数阶滑模趋近律设计内环电流解耦控制器,并利用李雅普诺夫函数进行稳定性校验。最后,基于Matlab/Simulink搭建的交直流混合微电网模型,验证了所提控制策略相较传统PI控制不仅抑制了三相电流的不平衡,而且将响应速度提升了近50%。     

基于PIR控制器的CSC-DPMSG-WGS低电压穿越控制

提出了一种基于比例—积分—谐振(PIR)控制器,且适用于电流源型永磁直驱风力发电系统(CSC-DPMSG-WGS)的低电压穿越运行控制方案。根据所提出的方法,电网故障时,通过机侧变换器控制来限制风力发电机的电磁功率,以实现机侧和网侧的功率平衡;网侧控制器在正序旋转坐标系下采用PIR控制器同时对正负序电流进行无差控制,以消除两倍基频的功率波动,进而稳定直流电流。仿真与实验结果表明,所提出的控制方案在电网对称及不对称故障下均可有效降低直流电流波动,并实现电流源型永磁直驱风力发电系统的低电压穿越。     

基于补偿原理的MMC-HVDC系统不对称故障控制策略

为提高模块化多电平换流器型高压直流输电(MMC-HVDC)系统交流侧发生不对称故障时控制系统的运行特性,研究了电网发生不对称故障下的负序电流抑制和直流电压稳定的控制策略。针对双序内环电流控制系统需要进行电压电流的旋转变换且d轴和q轴之间存在耦合的问题,设计了二阶复数滤波器对电网电压的正负序分量进行提取,并采用电压补偿原理对提取出来的负序分量设计了负序内环电压控制器,对双序内环电流控制器进行了有效的改进,简化了控制系统的结构。为实现不对称故障下直流电压的稳定,基于模块化多电平换流器(MMC)低频连续模型,在不对称故障下推导出桥臂功率和子模块电容电压中均含有二倍频的负序波动分量和二倍频的零序波动分量,进而设计了二倍频零序补偿控制器。在PSCAD/EMTDC中搭建了上述控制器,仿真结果表明所提出的控制策略可以有效抑制负序电流、稳定直流母线电压。     

柔性直流输电对交流系统负序方向元件影响分析

介绍了柔性直流换流器等效模型,分析了负序方向元件在含柔性直流系统的交流系统电网中的适应性,并通过仿真研究对理论分析进行了验证,提出了保护配置建议。仿真结果表明,交流电网不对称故障时基于负序方向元件的纵联保护可能拒动或误动,对柔性直流换流站出线不宜采用基于负序方向元件的纵联保护。     

适用于双极性低压直流微电网的自平衡隔离型DC-DC变换器

双极性结构低压直流配电系统具有负荷灵活接入、运行可靠性高等优势.为了最大限度地减少功率变换级数并提升双极母线电压平衡能力,提出了一种适用于双极性低压直流微电网的自平衡隔离型DC-DC变换器.首先,介绍了自平衡隔离型DC-DC变换器的拓扑结构与调制策略,并分析了不平衡负载情况下正负极性直流电压自平衡机理及其换流过程;然后...     

基于三相-单相变换的新型同相供电系统方案

针对当前电气化铁路供电系统中存在的负序、无功、谐波和电分相等问题,顺应铁路高速化、重载化的潮流,提出一种基于三相-单相变换的新型同相供电系统方案。该同相供电方式的整流侧采用不控整流电路,逆变侧采用H桥级联多电平单相SPWM变流器。由电压有效值和瞬时值双闭环控制,抑制不控整流电路的直流电压波动对逆变侧交流电压的不良影响,为机车负载提供稳定的电压支撑。分析了该新型同相供电系统的工作原理及其在不同工况下的供电性能,并在Matlab/Simulink平台上建立了系统模型。仿真结果验证了该方案的正确性与可行性。     

MMC柔性直流输电系统网侧故障时紧急功率支援控制

为了解决MMC-HVDC(Modular Multilevel Converter Based on HVDC,MMC-HVDC)交流侧系统故障时的过流问题,以及增强MMC换流器的低压穿越能力,通过对换流器功率数学模型及控制方式进行分析,发现了换流器有功和无功功率解耦的PI控制方式。提出了当交流侧发生对称和不对称故障时,通过控制PI值限制功率输出,同时由交流电压偏差有效值生成正负序补偿电流的紧急功率支援控制策略。将这种控制策略添加到电磁暂态仿真系统当中,当系统网侧发生对称或不对称故障时,利用数值仿真技术分析了换流器阀侧的电能质量。仿真结果验证了所提出的控制方法对故障时过流抑制的有效性,同时增强了换流器的低压穿越能力。     

双馈风电机组在不对称电网故障下的稳定性控制研究

为避免电网电压不对称跌落导致双馈风电机组(DFIG)脱网运行,分析了电网不对称故障时双馈风力发电机组直流母线电压波动机理,直流侧过电压这一现象主要由定子侧直流分量和电网电压负序分量引起.通过参考系坐标变换导出在正负序坐标系中双馈感应发电机的电压和电流方程,建立了正、负序坐标系下DFIG数学模型,利用机、网变流器协调控制方法,在不对称电网故障期间,机侧变流器转子电流的负序分量控制为零,网侧变流器采用双闭环正、负序电流控制抑制网侧负序分量,结合功率计算模块,有效抑制了机组电磁转矩与电流的2倍频波动,以及直流母线电压与电流负序分量的波动,改善了DFIG在不对称电网故障下的动态性能.仿真结果表明了该控制策略的可行性.     

A new control strategy of WFSG-based wind turbine to enhance the LVRT capability

This paper proposes a competent and effective scheme to enhance the low voltage ride through (LVRT) capability of wound field synchronous generator (WFSG) based wind turbines (WTs) under unbalanced voltage dip conditions. A technique for grid synchronization against voltage excursions, i.e., a PLL using positive grid voltages with a high selectivity filters (HSFs) is utilized to extract a robust grid voltage synchronization signal irrespective of the mains condition to enhance the overall system performance. Besides, a new controller (adaptive fuzzy RST) for both the stator side converter (SSC) and grid side converter (GSC) current regulation are employed to further improve dynamic performance. Also, a reactive power support scheme to manage the WFSG reactive power during contingencies and fulfill the grid codes obligations is presented. Moreover, an additional device such as braking chopper (BC) circuit is used in the DC-link circuit for stable operation of the wind energy conversion system (WECS) under-line fault. Effectiveness of the proposed control strategy is verified by the numerical simulations.     

负载不平衡下D-STATCOM控制策略的仿真研究

通过分析建立配电网静止同步补偿器(D-STATCOM)在负载不平衡时各序等效电路中的数学模型,提出了将反馈线性化同时应用于正序、负序模型的控制策略。针对三相三线制下负载不平衡时电流可分解为正、负序分量的特点,分别在正、负序同步旋转坐标下进行补偿。其中,正序控制使装置发出负载需要的无功电流,提高功率因数;负序控制用于补偿由于负载不平衡出现的负序电流,从而使电网侧电流平衡达到国标要求。最后在PSCAD中搭建了10 Mvar/10 kV D-STATCOM系统进行仿真验证,证明了该控制策略补偿负载不平衡的同时能发出满足要求的无功功率,并且在电网侧出现超过国标的不平衡时仍能达到较理想的效果,显示出此控制策略的有效性。     

基于序分量法的D-STATCOM直接功率控制策略研究

将基于序分量法的P-DPC引入到配电网静止同步补偿器(D-STATCOM)的控制研究中,来解决传统预测直接功率控制策略只可控制补偿负荷无功功率的问题。将电网电压不对称因素考虑在内,利用瞬时对称分量法对各个采集电气量进行序分解,构建正、负序等效电路。无功和三相不平衡负荷补偿时,根据序网络等效电路分别推得正、负序功率预测模型。基于正序功率预测模型的P-DPC算法控制D-STATCOM补偿负荷无功,而基于负序功率预测模型的D-DPC算法控制补偿负荷所需负序电流。两种算法相互牵制,严格控制了D-STATCOM的输出电流,消除了装置在电网电压不对称时可能产生的过流威胁,实现了负荷无功和平衡化补偿。仿真结果表明,不论电网电压对称与否,该控制策略都能良好地补偿负荷的无功和负序电流,确保电源侧三相电流平衡且单位功率因数运行。     

对称和不对称故障下的并网光伏逆变器低电压穿越研究

从改变控制策略上,成功实现电网故障下光伏逆变器的低电压穿越。分别提出了抑制对称故障的直接功率控制策略和抑制不对称故障的基于正序、负序电流的双闭环矢量控制策略。在对称故障时,采用限功率运行的方法改变输入功率指令,减少光伏电池对电网的输出功率,实现电网对称故障下的成功穿越。在不对称故障时,提取出电网中的正序和负序分量,采用正序和负序电流双闭环矢量控制,有效地抑制了瞬时电流冲击。仿真结果表明,两种不同故障工况下控制策略的合理性和有效性。     

一种新颖的三相四桥臂逆变器解耦控制的建模与仿真

三相四桥臂逆变器是针对三相不平衡或非线性负载的供电提出来的。该文提出了1种采用内环空间矢量电流调节器和外环同步坐标比例积分控制器相级联的三相四桥臂逆变器的控制方案，实现了对三相四桥臂逆变器的解耦控制。建立了三相四桥臂逆变器在αβγ空间的电路模型，分析了其在αβγ空间的三维电压矢量分布并由此提出了1种采用2个三电平滞环比较器和1个两电平滞环比较器相结合的内环电流调节方案。外环采用了同步坐标电压控制器，使用1个简单的比例调节器就可实现输出电压跟踪的零稳态误差，保证了良好的稳态性能。建立了整个系统在dqo坐标系下的控制模型，实现了对d,q,o3个分量的独立解耦控制。仿真结果验证了该控制方案的正确性与可行性。     

电网不平衡条件下的光伏并网发电控制策略

分布式发电系统通常呈现弱电网状态,容易出现电网电压不平衡的情况,此时由于常规控制方案不能处理负序分量,将影响系统内并网逆变器的正常工作。为此,提出了一种解耦双同步坐标系用于获取不平衡电压的正序相位和负序相位;接着分析了不平衡电网下的瞬时功率模型,且通过一个负序分量正序旋转变换矩阵将需要补偿的负序分量注入正序控制坐标系,并引入准谐振控制器对负序分量进行无差跟踪和抑制电网电压谐波的影响;进而实现直流侧电压纹波的抑制,保证最大功率点跟踪精度和较小的并网电流总谐波畸变率。最后,搭建了一个10kW光伏并网逆变器实验平台验证了该方案的正确性和可靠性。