海上风电直流汇集DC/DC系统实时仿真方法

随着深远海风电的开发与快速发展,采用柔性直流输电技术逐渐成为海上风电系统的首选方案。然而,海上风电及其输电系统的安全运行仍面临严峻的挑战。实时仿真技术能低成本、快速模拟各种复杂运行工况,得到越来越多的关注。直流汇集DC/DC系统是海上风电系统中的关键设备,其复杂的级联结构、数量众多的元件和更高的开关频率都给实时仿真带来了巨大的挑战。为此,提出一种海上风电直流汇集DC/DC系统实时仿真方法,通过仿真算法的并行设计和等效模型的构建两个步骤,实现大规模海上风电直流汇集DC/DC系统的小步长实时仿真。首先,将EMTP算法重新设计为适用于实时仿真的并行算法,并基于此构建直流汇集DC/DC系统子模块的等效模型。其次,根据子模块之间的串联耦合关系,构建直流汇集DC/DC系统的多端口等效模型。最后,在CPU-FPGA异构实时仿真平台中进行海上风电直流汇集DC/DC系统在多种工况下的实时仿真,并与PSCAD/EMTDC离线仿真结果进行对比,验证了所提实时仿真方法的准确性和高效性。     

光伏直流汇集关键电力电子设备技术现状分析

光伏直流汇集与交流汇集相比,发电效率高,所需变流器级数少,且输电过程损耗小,输电容量大。但直流汇集的升压技术以及工程应用不及交流汇集成熟。通过分析光伏直流汇集所需的高升压比DC/DC变换器的拓扑结构,高频变压器的容量与工作频率,直流断路器的电压、电流及关断时间,分析了光伏直流汇集的工程应用可行性。     

考虑大规模海上风电接入的多电压等级直流电网运行控制策略研究

海上风电场功率送出需求使得新型直流输电技术成为研究热点之一。我国海上风电多分布在风电资源较为丰富的深海区域,海上风电场和陆上受端站分布较为分散,为实现大规模远距离多区域海上风电功率的有效传输,提出多电压等级直流电网传输方法。文中设计并重点研究一个三电压等级五端直流电网的拓扑结构,并对所研究的3种运行工况,即海上风电功率波动,陆上电网功率需求波动及陆上换流站退出运行,提出相应的直流电网运行控制策略。通过PSCAD/EMTDC仿真软件建立该直流电网的仿真模型,并对所研究的运行工况进行仿真分析。仿真结果证明所提出的控制策略是有效的,该直流电网电压及功率可灵活控制,直流电网运行稳定可靠。该研究也为未来直流电网的互联提出了一种可行的解决方案。     

远海风电直流汇集送出系统直流线路继电保护技术现状与展望

为适应远距离、大容量的输电场景,远海风电直流汇集送出系统应时而生,其发展呈现出新特征、新趋势,给其直流线路继电保护带来严峻挑战。为此,首先明确了远海风电直流汇集送出系统的组网方式,并阐述了新型系统中直流线路继电保护的特殊性。其次,针对故障分析方法、故障识别原理、故障隔离策略等关键问题,对研究成果进行归纳与总结,厘清现有方法在新型系统中的适用范围。最后,展望了上述关键问题的技术发展趋势,为远海风电直流汇集送出系统的直流线路继电保护技术研究提供支撑与参考。     

基于精简矩阵变换器的海上风电高压直流输电控制策略

海上风力发电与高压直流输电(HVDC)结合是未来风力发电及其电能传输的发展方向。受空间、运输、维护成本的限制,海上风电HVDC对功率变换器的体积、效率、可靠性提出了更高要求。精简矩阵变换器(RMC)具有体积小、重量轻、转换级数少、可靠性高等特点,在海上风电HVDC中有着巨大的应用价值。在对电流型RMC空间矢量调制策略进行深入分析的基础上,针对直驱式永磁同步风力发电机组特点,提出了基于RMC和电压源换流器(VSC)的海上风电HVDC综合控制策略,实现了风电机组最大风能跟踪控制及并网侧有功/无功功率的解耦控制。仿真结果验证了所提控制策略的正确性和有效性。     

基于CET变换器的串联型风电全直流系统研究

串联型汇集送出方案被认为是规模化远海风电全直流系统最可能实现的方案。为避免串联型直流风电机组因风电机组间耦合特性引起的过电压现象和风功率损失,使系统实现高压直流送出和具备直流故障自清除能力,提出了基于容性能量转移原理DC/DC变换器(capacitive energy transfer principle based DC/DC transformer, CET- DCT)的新型串联系统。该系统拓扑中海上升压站为CET-DCT结构,并采用基于混合型模块化多电平换流器(modular multilevel converter, MMC)的直流风电机组和岸上换流站。以实现风电机组全工况下的最大功率点跟踪、穿越多种直流故障为目标,设计了系统的控制与保护策略。基于PSCAD/EMTDC搭建了传统串联系统和新型串联系统的仿真模型。对传统串联系统风电机组间功率不平衡工况的仿真,验证了风电机组的过电压和风功率损失现象。对新型串联系统稳态工况和故障工况的仿真,验证了新型串联系统的运行特性及所提策略的有效性。     

大规模新能源发电集群直流汇集及输送方案研究

随着多端直流和直流电网等先进输电技术的不断发展,在中国大规模新能源发电基地逐步构建直流汇集与输送系统,并与现有的交流电网互联,形成高比例新能源接入的交直流混联系统,将会成为中国未来电网形态发展的主要特点之一。针对中国西部地区大规模新能源发电集群的直流汇集及输送问题,深入分析了新能源电站场站内部、场站之间的汇集组网方式,并基于分层分区的原则设计了大规模新能源发电集群多层级直流汇集与输送系统方案,在此基础上,以中国甘肃酒泉地区千万千瓦级新能源发电基地为场景,设计了相应的汇集输送方案,并对其输送容量、电压等级、关键设备需求进行了探讨,为未来大规模新能源发电集群的直流汇集与输送方案的研究与建设提供参考。     

双向DC-DC变换器电路拓扑的分析与评价

归纳了双向DC-DC变换器的应用场合，说明在飞机高压直流电源系统中，双向DC-DC变换器除了充/放电器和应急电源的作用，还有HVDC母线电压过冲吸收和起动/发电系统变换器两个重要作用。以开关电源基本拓扑为主线，对双向DC-DC变换器作了分类。从双向DC-DC变换器的工作原理出发，除了已有文献提到的双向DC-DC变换器拓扑之外，推挽正激和正反激电路都是适用于隔离型Buck/Boost 双向DC-DC变换器和隔离型Buck/Buck 双向DC-DC变换器的拓扑；Sepic/Zeta也可用于双向变换。通过分析两种常用结构Buck/Boost和Buck/Buck的工作原理，说明了研究双向DC-DC变换器要研究的几个关键问题：⑴合理控制和设计实现软开关；⑵综合考虑输入输出滤波器，使滤波器和功率级阻抗匹配；⑶开关调节系统的校正和综合问题；⑷对隔离型Buck/Boost BDC，要研究自启动问题和电流型侧开关管尖峰问题；⑸对隔离型Buck/Buck双向DC-DC变换器，要研究移相控制方案下的主变压器绕制工艺问题。     

用于全直流海上风电系统的单相混合型MMC直流变压器及其控制策略

全直流海上风电场是未来发展大规模远距离海上风电的重要手段之一,然而高变比大容量的直流变压器作为全直流海上风电场中的关键设备,其拓扑结构和控制方式仍有待深入研究。为此,提出了一种单相混合型模块化多电平换流器型直流变压器(single-phase hybrid modular multilevel converter DC transformer,SHMMC-DCT),可以通过最近电平逼近控制实现超高变比的直流升压,并且令子模块电容电压在较低的开关频率下保持均衡。故障处理方面,提出混合子模块与耗能电阻结合的方式清除故障电流,可以代替价格高昂的直流断路器。最后,基于PSCAD/EMTDC搭建了采用SHMMC-DCT的全直流海上风电系统的仿真模型。结果表明,SHMMC-DCT不仅能够可靠高效地送出风电场直流功率,而且可以在高压直流侧短路时快速阻断电流,验证了SHMMC-DCT拓扑及其控制策略的可行性。     

基于多相风力发电系统的容错控制策略研究

多相电机具有转矩大、转矩脉动低以及容错性高的特点,尤为适用于风力发电系统这种低速大功率的应用场合。提出一种基于多相直驱永磁同步发电机的风力发电系统,多相风机经三相桥式不控整流器、隔离型DC/DC和模块化多电平变流器并入高压直流电网。首先,采用基于转速外环的MPPT控制得到三相桥式不控整流器的平均电流参考值;然后,根据变流器工作状态对各套三相桥式不控整流器的电流参考值进行重构,实现正常相输出功率平衡,确保故障相不会出现过流,达到系统的容错控制,提高可靠性;最后,通过模块化多电平变流器单桥臂接入直流电网,降低了变流器复杂度。以18相风力发电机为例,搭建了Matlab/Simulink仿真模型,验证了所提拓扑结构及容错控制策略的有效性。     

基于模块化隔离型DC/DC变换器的海上直流风电场并网方案

与传统的海上风电场采用中压交流系统汇集电能不同,海上直流风电场采用直流系统实现电能的汇集和远距离传输。为减小海上风电场的投资,提高其运行效率,设计了一种基于模块化隔离型DC/DC变换器(MIDC)的新型海上直流风电场并网方案。首先,对三种可能作为MIDC子模块的DC/DC变换器进行了参数设计和对比分析,最终确定了LLC串并联谐振变换器作为MIDC子模块的拓扑。在此基础上,设计了MIDC的控制系统,在实现MIDC子模块间均压和均流的同时,实现了对风力发电机组输出功率的最大功率跟踪。最后,通过仿真验证了所设计的海上直流风电场并网方案的可行性和所设计的MIDC控制系统的有效性。     

全直流海上风电场高升压比DC/DC变换技术综述

采用直流汇聚、直流传输的全直流海上风电场,可以避免使用笨重的工频交流变压器,在功率密度、建设成本、系统损耗等方面具有较大的优势,因此基于直流汇聚、直流传输的全直流海上风电是目前海上电能传输的研究热点。在全直流海上风电系统中,风机端口电压需进行高变比升压后才能远距离传输,所以高升压比DC/DC变换器是整个风能变换传输系统中的重要环节。首先从变比、容量、故障隔离等角度对适用于全直流海上风电的直流变换器进行需求分析。其次对各种直流变换器的拓扑实现进行总结分类,并指出各种拓扑的优缺点以及应用前景。最后对各种拓扑结构及控制方法进行比较,对未来适用于全直流海上风电场的高升压比直流变换器进行展望。     

DC/DC/AC混合型MMC变换器控制策略分析与设计

研究了一种可以实现电能不同形式综合利用的DC/DC/AC混合型模块化多电平变换器(MMC),该结构的变换器实现了电压变换功能的多样化。首先,分析了该种可以同时实现DC/DC与DC/AC混合电压变换的模块化多电平变换器拓扑结构;然后,利用功率正交原理,设计了DC/DC/AC混合型模块化多电平变换器的闭环控制策略;最后,在给定交流负载侧交流电流的前提下,实现了各个桥臂子模块电容电压的均衡控制。仿真结果验证了所提出的DC/DC/AC混合型模块化多电平变换器电压变换功能的可行性以及控制策略的有效性。     

基于直流串联的风电场运行特性分析

讨论直流串联型风电场的种类和结构,以隔离型直流风电机组构建串联型风电场,分析其工作原理、稳态和动态特性。从风力发电机和变流器的角度,分析了该风电机组的结构和特点。根据直流串联型风电场的特性,讨论了风电机组两种控制策略：正常模式和电压限幅控制模式。利用风电机组简化模型对风电场运行特性进行仿真验证;仿真结果与直流串联型风电场的特性分析一致,说明该风电场具有很强的实用性。     

基于单级多电平开关变流的超大容量海上风电变流器

海上风机正向超大容量方向发展,基于较低电平数目变流技术的风电变流器在电压、容量等级的提升方面受到限制。提出了基于单级多电平开关变流的超大容量海上风电变流器方案,采用直流电压可大范围调节的宽直流电压模块化多电平变流器(MMC),在单级多电平变流器中实现DC/DC和DC/AC两级变换功能。基于风电变流器的单向功率传输特性,采用单向电流型宽直流电压MMC优化开关器件用量,并基于负电平利用优化调制比大幅降低MMC的子模块电容用量。所提出的方案不仅具有电压与容量等级高、功率损耗低、谐波含量低的优势,还能最大限度降低开关器件和电容的用量。与现有风电变流器方案进行对比,结果表明所提方案在经济性、运行性能等方面具有显著优势。通过仿真验证了所提方案拓扑结构和控制策略的可行性和有效性。     

直流串联型风电机组控制策略及仿真分析

描述了基于直流串联的风电场的结构和工作特点．．讨论了直流串联型风电机组的控制策略,并分析了出口电压和电流的工作曲线。建立风电机组串联的仿真模型,研究在正常工作模式和电压限幅工作模式下各状态量的变化情况,比较机群功率输出的异同,设计了风电机组投入和切除时的控制方法,并进行了仿真验证。对接收电网出现短暂接地故障的风电机组的反应状况进行了仿真,结果显示风电机组运行正常。     

MMC-HVDC孤岛供电系统直流故障穿越协调控制策略

针对基于架空线输电的MMC-HVDC孤岛供电系统直流线路故障率较高的问题,配置直流断路器隔离故障是有效的解决方案之一.综合考虑了双极换流站灵活的运行方式、直流断路器的故障清除能力和双馈风机的快速响应能力,提出一种适用于MMC-HVDC孤岛供电系统的直流故障穿越协调控制策略,实现了自平衡和非自平衡工况下的功率协调.自平衡...     

独立光伏发电直流网能量管理控制策略

针对目前直流母线式独立光伏发电系统的供电稳定性较差的问题,以蓄电池组作为储能单元,选取具有电气隔离的双向DC/DC变换器来实现直流母线电压的稳定.根据光伏阵列输出功率和负载功率之间的关系以及蓄电池组端电压的不同将系统分为6种工作模式.给出了系统在各个模式间切换的程序流程图,设计了单向变换器和双向变换器的控制策略.最后基于Matlab/Simulink制作了仿真模型,仿真结果表明,当系统的光照或者负载变化时,通过控制能量在蓄电池组和直流母线之间的传递以及系统工作模式之间的切换,直流母线电压的稳定性得到了有效控制.     

风电模拟装置风机模拟直流电机调速控制的研究

介绍了一种采用转速、电流双闭环控制的基于西门子直流调速器6RA70的直流电机(DCM)模拟风机装置,包括硬件系统的设计和软件程序的编写.在此基础上利用Citect SCADA软件建立风力发电监控平台,并与可编程逻辑控制器(PLC)联网,通过PLC与直流调速器6RA70通信控制DCM模拟风机运行.在搭建的DCM -双馈发电机(DFIG)风力发电系统模拟试验平台上运行后,表明该装置可根据用户要求和控制指令实现任意风速下DCM模拟风机输出,具有安全可靠、精确度高,且可远程控制的特性.