弱电网情况下双馈风电机组改进虚拟感抗控制方法

当前弱电网条件下双馈风电机组的运行稳定性问题受到广泛关注。在同步旋转坐标系下建立了综合考虑锁相环、转子侧电流环和功率环控制器影响的双馈风电机组等效输入导纳模型。在此基础上,结合广义奈奎斯特稳定判据分析了增大转子侧电感对系统稳定性的提升作用,由此提出在控制器中引入虚拟感抗提高系统稳定性的方法。相对于传统的直接在转子侧电流环中引入虚拟感抗,在设计基于虚拟感抗的控制器时,充分考虑锁相环耦合弱电网扰动对双馈风电机组运行稳定性带来的不利影响,提出了改进的控制方法。通过广义奈奎斯特判据证明了该方法能有效提高弱电网条件下双馈风电机组的运行稳定性。在MATLAB/Simulink中搭建了1.5 MW的双馈风电机组详细模型,通过仿真验证了所提改进控制器对提高系统稳定性的有效性。     

弱电网下永磁风机网侧变流器频率耦合效应关键作用因子评估及控制对策

研究了弱电网背景下直驱风电机组网侧变流器并网电流频率耦合效应产生机理及其抑制对策.通过建立考虑电网阻抗及直流电压外环、锁相环等不对称控制环节影响的网侧变流器等效阻抗以及能够直观反应频率耦合效应的耦合导纳模型,分析了各关键作用因子对频率耦合效应的影响,并基于等效阻抗频率特性曲线分析了弱电网条件下频率耦合效应对系统稳定性产...     

弱电网下双馈风电机组电网电压扰动补偿控制策略

针对弱电网下双馈风电并网系统的稳定性问题,文中提出了一种基于电网电压扰动补偿的双馈风电机组补偿控制策略。首先,在同步旋转坐标系下建立双馈风电机组,包括转子侧变换器和网侧变换器的统一阻抗模型。然后,基于所建立的阻抗模型分析了并网点电压扰动到控制器输出的传递关系,分别在转子侧电流环和网侧电流环引入了电压扰动补偿对变换器进行改进控制,并通过广义奈奎斯特判据证明了该方法能有效提高双馈风电机组在弱电网下的并网稳定性。理论分析表明,基于并网点电压扰动补偿的转子侧和网侧补偿控制能很好地改善双馈风电机组的输出阻抗特性,从而提高其在弱电网下的稳定性。最后,通过仿真分析验证了该补偿控制方法的有效性。     

弱电网下考虑锁相环影响的并网逆变器改进控制方法

由于电网阻抗的存在,并网逆变器的控制系统与电网阻抗相互耦合,弱电网条件会影响并网逆变器的稳定性。并网逆变器控制系统中通常使用锁相环来获取电网同步信息,其动态特性是影响系统稳定运行的关键因素。分析弱电网情况下锁相环输出对系统稳定性的影响,在此基础上提出一种提高系统稳定性的控制方法。在同步旋转坐标系下建立了包括电流环、锁相环和滤波器等环节的三相并网变换器阻抗模型,分析不同电网阻抗和锁相环带宽与并网逆变器稳定性的内在联系。结合阻抗模型中系统电压通过锁相环对电流环的影响,提出一种改进的前馈控制方法来减小锁相环输出影响,前馈环节中包括系统电压、锁相环动态特性和滤波器等环节。分析表明,改进的控制方法能够有效提高并网逆变器在弱电网条件下运行的稳定性。实验证明了所提方法的正确性。     

弱电网下基于混合控制型双馈风电机组稳定性分析

随着风电渗透率的提高,电网逐渐呈现弱电网特性。传统的电流控制型双馈风力发电机(current controlled doubly fed induction generator,CC-DFIG)组由于锁相环的影响,难以在弱电网下稳定运行。混合控制型双馈风力发电机(hybrid controlled doubly fed induction generator,HC-DFIG)组定子侧采用功率同步的方式,适合在弱电网下运行。为进一步对HC-DFIG的稳定性进行分析,运用D分割法,在多重稳定条件的约束下,得到HC-DFIG的控制器参数稳定范围和控制器参数变化对DFIG稳定性的影响,以及HC-DFIG和CC-DFIG两种控制策略适合运行的电网短路比范围,并设计两种策略的交替切换来提高DFIG并网稳定性。最后通过仿真和实验进行验证。     

双馈风电场串补送出系统次同步振荡及参数调整分析

针对双馈风电场经串补送出系统存在次同步振荡(sub-synchronous oscillation，SSO)问题，基于三相静止坐标系建立了考虑PLL的双馈风机正负序阻抗模型，并从带宽角度分析了转子侧变流器外环控制对阻抗特性的影响，对理论推导阻抗特性和频率扫描结果进行了对比验证；然后，分析双馈风电机组网侧变流器对风机总阻抗的影响；最后，基于奈奎斯特稳定判据定量分析了风机出力、电流环控制器控制参数、系统串补度以及风机台数等因素对送出系统稳定性及振荡频率、振荡风险大小的影响，并提出了抑制次同步振荡的参数调整措施，可以通过调整风机出力、减少并网风机台数、减小线路串补度、调节RSC电流环参数等措施来抑制SSO风险。     

弱电网下含负序控制的双馈风机阻抗建模及关键致稳因素评估

弱电网不对称故障期间，双馈风机与电网之间存在正、负序耦合通路，交互作用复杂，系统失稳风险加剧。为了研究不对称弱电网下双馈风机的失稳机理，推导了正、负序谐波电压注入下各物理量的表达式，建立了含负序控制的双馈风机序阻抗模型。根据序阻抗模型，探讨了控制环节对双馈风机整体阻抗的影响。进一步地，基于广义Nyquist判据，详细研究了控制器带宽、电网强度及故障深度等关键致稳因素对双馈风机系统稳定性的作用规律。研究结果表明，所建立的序阻抗模型能够有效分析弱电网不对称故障期间双馈风机系统的稳定性；弱电网不对称故障下，降低电流环、锁相环等控制器带宽可有效降低双馈风机失稳振荡风险。最后，通过仿真和实验验证了理论分析的正确性。所得结论为不对称故障下双馈风机的控制设计提供了理论支撑。     

电流闭环对三相PWM变流器输出阻抗的影响分析

三相PWM变流器输出阻抗对其输出特性以及并网系统稳定性有着重要的影响。现有阻抗的研究多集中关注由变流器输出阻抗导致的交互影响问题,而对变流器本身输出阻抗特性分析较少。以三相PWM整流器为例,用小信号方法建立了整流器的开环阻抗模型以及考虑电流环和锁相环之后的阻抗模型,分析了电流环的引入对整流器阻抗的影响以及电流环参数与阻抗的关系。结果表明,与开环控制相比,引入电流环之后整流器的导纳幅值整体减小,在低频段减小的幅度与电流控制器的积分参数有关,在高频段减小的幅值与电流控制器的比例参数有关。仿真结果验证了分析方法的有效性和分析结果的正确性。     

双馈风电机组模型结构讨论

比较了双馈风电机组详细模型和通用模型的结构,发现通用模型中忽略了变流器、网侧控制器以及发电机的定转子动态。基于特征根技术及时域仿真分析,得出结论:通用模型中忽略变流器及网侧控制器的动态是合理的;通用模型中忽略发电机的定子及转子动态,仅对转子侧控制器的电气快动态有一定的影响。文中进一步指出,通用模型中还可忽略转子侧控制器电流控制内环的动态。文中还讨论了不同驱动系统模型下双馈风电机组动态特性的差异,以及转子侧控制器参数对双馈风电机组动态特性的影响。     

三相并网变流器弱电网下频率耦合抑制 控制方法

该文针对弱电网情况下三相并网变流器的频率耦合现象的产生机理和抑制方法开展了研究。首先在静止坐标系下针对三相并网变流器进行复矢量形式的导纳建模,模型中考虑了控制器中电流环、锁相环和直流电压环的影响。然后在模型基础上重点研究了锁相环和直流电压环对频率耦合特性的影响,基于系统的等效传递函数框图,分析了在弱电网条件下频率耦合分量对系统稳定性的影响。为了抑制频率耦合特性,针对系统中由于锁相环影响q轴电压和直流电压环影响d轴电流引起的dq轴不对称的问题,提出了补偿锁相环和电压环不对称影响的频率耦合抑制控制方法,理论分析表明该改进控制方法可以有效抑制频率耦合现象,提高系统稳定性。最终通过实验验证了所提频率耦合抑制方法的有效性。     

弱电网下无刷双馈风机稳定性分析及虚拟电感控制策略

无刷双馈电机(brushless doubly-fed induction generator,BDFIG)由于省去了电刷和滑环等结构,降低了故障率和维护成本,在海上风力发电领域有巨大的应用潜力。然而,无刷双馈风机系统与弱电网的交互作用和失稳机理尚未探明,给其实际应用和商业推广带来困难。为解决该问题,基于小信号建模方法,建立了计及电流环和锁相环影响的BDFIG系统输入导纳模型,探明了电网电压扰动在控制系统中的传递规律。特别是,分析了弱电网条件下,运行点(有功和无功电流)对系统稳定性的影响机理,并据此得出BDFIG系统电流指令的给定依据。同时,探明了虚拟电感参数对系统稳定性的影响机理,提出了一种虚拟电感控制的参数整定方法,以增强弱电网下系统的稳定性。最后,仿真算例验证了理论分析的正确性和虚拟电感控制策略的有效性。     

弱电网下基于电压扰动补偿的并网变换器改进控制方法

在弱电网条件下,并网变换器的控制系统与电网阻抗相互耦合,导致并网系统的稳定性降低,其中并网点电压扰动对锁相环和直流电压环的影响是导致并网变换器稳定性下降的关键因素。变换器阻抗模型是系统稳定性分析的基础,因此,首先在dq坐标系下,建立了包含电流环、锁相环和直流电压环等环节的三相并网变换器小信号阻抗模型。由阻抗模型中各变量的传递关系,能够找出并网点电压对锁相环和直流电压环输出的扰动通道,推导出扰动分量对控制器输出影响的表达式。在此基础上,将锁相环和直流电压环输出扰动补偿项添加到d轴和q轴电流环控制器,进而提出了基于并网电压扰动补偿的控制方法。理论分析结果表明,该方法可以在弱电网条件下有效降低电网阻抗与控制器耦合的影响,提高并网系统的稳定性。实验结果验证了理论分析的正确性和所提方法的有效性。     

基于变流器改进控制的双馈风电机组SSO抑制方法

针对双馈风电机组经串联补偿电网运行时发生的次同步振荡问题,建立了双馈风电机组统一导纳模型,并根据变流器控制特点,进一步研究了抑制次同步振荡的策略。基于d-q坐标系下双馈风电机组统一导纳模型,利用广义奈奎斯特判据分析了双馈风电串补输电系统次同步振荡的主要影响因素,研究了在转子侧变流器上采用定子电流扰动反馈,在网侧变流器上利用网侧变流器电流扰动反馈的附加阻尼控制策略。比较分析了在转子侧变流器和网侧变流器上同时附加阻尼控制对次同步振荡的抑制效果,结果表明同时附加阻尼控制在串补度较高的情况下也能抑制次同步振荡。最后,通过仿真验证了所建模型及理论分析的正确性。     

低电压穿越期间双馈风电机组稳定性分析与电流分配方法

在弱电网情况下,双馈风电机组(DFIG)与电网阻抗之间会发生复杂的交互作用,若在低电压穿越期间有功、无功电流设置不当,则系统将面临失稳风险。为此,建立DFIG的小信号导纳模型,分析系统失稳机理,尤其是厘清输电线路阻抗、锁相环等因素对稳定性的影响规律。提出满足无功电流响应准则、变换器容量限制和系统稳定性约束的DFIG有功、无功电流分配原则,推导DFIG稳定运行范围,从而为弱电网下DFIG的电流指令设置提供参考。实验结果表明：有功、无功电流对稳定性的影响规律不同,与无功电流相比,有功电流对稳定性的影响更为显著,验证了理论分析的正确性,且进一步验证了所提电流分配方法的有效性。     

适应频率变化的双馈风电机组稳定分析改进模型

为分析变速恒频风电机组在不同电网频率下的稳定性,提出了考虑适应电网频率变化的双馈风电机组小干扰稳定性的电磁暂态模型。首先,分析了双馈感应发电机现有常规电磁暂态模型不含电网频率导数项,不能反映电网频率变化的问题,提出了双馈感应发电机改进转子暂态电动势的表达式,并建立了含变流器控制系统在内的双馈风电机组小信号改进模型。其次,采用特征值方法,对不同电网频率运行下采用改进及常规双馈感应发电机电磁暂态模型时的系统特征值进行计算与稳定性分析。最后,建立考虑电网频率变化的双馈风电系统时域仿真模型,分别对不同电网频率及不同负荷扰动下的风电机组有功功率和转速特性进行仿真。理论分析及仿真结果表明,相对常规电磁暂态模型,所提出的双馈风电机组改进模型对电网频率变化更为敏感,可适应频率变化的双馈风电机组小干扰稳定分析。     

计及不同电网电压跌落程度的双馈风电机组定子电流分析

双馈风电机组在机端电压跌落程度不同的情况下会表现出不同的暂态特性,随着风电机组的大规模并网,其故障暂态特性对于电网的安全稳定运行具有重要意义。以对称故障为例,基于双馈感应发电机的转子电压方程,采用统一方法分析了电网故障导致的不同机端电压跌落程度下双馈风电机组的定子电流。在机端电压严重跌落时。分析并推导了投入撬棒保护电路情况下双馈感应发电机定子电流的表达式。而在机端电压非严重跌落时,在考虑转子侧变流器控制系统对定子电流的影响的基础上,定性地分析了双馈感应发电机定子电流动态变化过程。通过仿真进一步分析了机端电压不同跌落情况下定子电流的变化规律并且验证了所推导表达式的正确性。     

基于电流正负反馈环效应的弱电网下并网逆变器稳定性分析

弱电网下直流母线电压外环及电流内环控制给并网逆变器(grid-connected inverters,GCIs)带来的稳定性问题已被广泛关注，然而电压外环和电流内环控制器参数对GCI稳定性影响存在差异性的现象及其机理却尚未得到直观解析。为此，通过构建考虑直流母线电压动态的GCI小信号数学模型，并通过一系列控制框图等效变换，直观揭示了弱电网下电流内环控制器会经过电网阻抗及锁相环在直流母线电压控制环中形成正负反馈环效应的内在机理。同时，基于GCI的阻抗模型以及控制环路中存在的正负反馈环效应，解析了电压外环与电流内环控制器参数变化对GCI稳定性的影响特性。在此分析基础上，指出GCI稳定性对电流内环控制器参数变化更加敏感；而动态调节特性则对电压外环控制器参数变化更加敏感。最后，通过仿真和实验验证了理论分析的正确性。     

双馈风电并网系统高频谐振机理及抑制策略

双馈风电机组并网时,由于机网相互作用可能会发生高频谐振,造成巨大的经济损失。针对该问题,首先,综合考虑机侧变流器和网侧变流器的影响,建立双馈风电机组的阻抗模型,并考虑风机接入电网时所采用的不同补偿方式建立双馈风电并网系统阻抗模型,通过绘制和分析阻抗频率响应曲线,揭示双馈风电并网系统高频谐振的产生机理;然后,借鉴光伏逆变器高频谐振抑制的思想,在机侧变流器和网侧变流器原有控制策略中附加阻尼控制环节进行阻抗重塑,以实现风电并网系统高频谐振的有效抑制;最后,通过仿真验证了所提策略的合理性与有效性。     

双馈风电场群短路电流计算与故障分析方法

由于风电场群内各风电场的暂态特性存在较大差异,且各风电场及系统间存在较强的耦合关系,这些因素增加了风电场群接入后电力系统故障分析的复杂度。基于变流器的输入-输出外特性等值了变流器的数学模型,进一步给出了计及变流器控制影响的双馈风电机组暂态模型,分析了低电压穿越控制策略对短路电流的影响机理,并建立了双馈风电机组的短路电流计算模型。分析了故障期间风电场间的相互影响机理,提出了双馈风电场群的短路电流计算方法。采用RTDS建立含双馈风电机组实际控制器的物理实验平台,验证了所提出的双馈风电场群短路电流计算方法的准确性。在此基础上对双馈风电场群接入后的电网故障分析方法进行了探讨与分析。     

含锁相环的三相逆变器并网系统输出导纳研究

直驱风电机组中,网侧变流器是并网的直接接口,其输出导纳特性直接反映了系统对电网扰动的抑制能力,因此对新能源发电系统的稳定性有重要影响。首先基于小信号建模,在旋转坐标系下建立了考虑锁相环扰动的变流器的导纳模型;其次,运用对称分量法得出正、负序坐标系下三相逆变器的导纳矩阵,并通过数字仿真分析了不同参数下的导纳特性;最后,利用数字仿真和RTLAB半实物扫频分别验证了导纳模型理论的正确性和工程适用性。