风力发电系统中两电平与三电平变换器研究

介绍了变速恒频风力发电系统结构以及变换器在变速恒频风力发电系统机侧和网侧的控制模型.分析比较了二极管箝位型三电平拓扑与传统两电平拓扑变换器的损耗,包括功率开关器件导通损耗、开关损耗以及滤波电感的损耗.分析比较了两种变换器输出仿真波形.对两种变换器分别用于变速恒频风力发电系统中机侧和网侧的仿真波形进行分析比较.仿真结果表明,在变速恒频风力发电系统中,相对于传统的两电平变换器,三电平变换器有效降低了损耗,减小了纹波电流,输出电平增多,减小了电压变化,使波形质量得到了很好的改善,适用于变速恒频双馈风力发电系统.     

双电压合成的无刷双馈风力发电系统矩阵变换器励磁控制

为实现双馈型风力发电系统的变速恒频运行控制,构建了能量能够双向流通的励磁装置。矩阵变换器(MC)输出电压的频率、幅值、网侧功率因数可控,通过调节矩阵变换器输出电压频率,改变无刷双馈风力发电机控制绕组的电压频率,从而保证功率绕组输出电功率的频率稳定为工频。矩阵变换器采用双电压合成控制策略,控制电机的转速和功率因数;数字信号处理器应用双电压控制算法、复杂可编程逻辑器件实现4步换流方法,为矩阵变换器的双向开关提供PWM驱动控制信号。基于MatlabR2007a平台构建了MC励磁控制的无刷双馈变速恒频风力发电系统模型,通过实验室搭建的一套实际无刷双馈风力发电机组实验平台进行了相关实验,仿真和实验结果保持了较好的一致性,验证了控制方案的有效性,同时为矩阵式变换器的实际应用提供了理论和实验基础。     

双脉宽调制变换器励磁的变速恒频风电系统

采用双脉宽调制(PWM)变换器作为双馈感应发电机(DFIG)变速恒频风力发电系统的励磁电源,分析了变换器数学模型及系统的控制策略.网侧变换器采用电网电压定向控制策略,目的是保持直流母线电压稳定和网侧单位功率因数运行,实现能量的双向流动;转子侧变换器采用定子磁链定向控制策略,以实现最大风能捕获和定子无功功率的调节.利用MATLAB软件建立了仿真模型.仿真结果表明,网侧在整流和逆变状态都能实现单位功率因数运行;双馈电机转速能快速跟踪风速变化;电机在亚同步、同步、超同步三种状态运行时,转子电流频率满足变速恒频运行条件;同时实现了定子无功功率的独立调节.     

基于定子磁链定向的双馈风力发电解耦控制研究

首先介绍了变速恒频双馈风力发电系统的特点,构建了实际风速的数学模型,研究了基于定子磁链定向的变速恒频双馈风力发电机转子侧变换器的控制,最后仿真实现了双馈电机有功功率和无功功率的独立解耦控制,并在发电机定子侧输出单位功率因数的情况下,调节直流母线电压快速达到了给定参考值,维持了直流母线电压的稳定。     

双馈风力发电系统转子侧PWM变换器及其对双馈感应发电机的运行控制

首先建立了双馈感应发电机(Doubly-Fed Induction Generator,DFIG)在同步旋转坐标系下矢量形式的数学模型,并以此对DFIG的运行性能、功率之间的关系及控制目标进行分析,在此基础上设计出以定子电压定向的转子侧PWM变换器控制策略,最后建立了基于英飞凌XC2785单片机的双馈风力发电系统试验平台,使双馈风力发电系统能在次同步、同步和超同步三种状态下运行,并实现定子侧变速恒频和功率因数可调。试验结果验证了该方案的可行性和正确性。     

基于EMTP-RV双馈风力发电系统建模与运行控制仿真研究

针对变速恒频双馈异步风力发电系统,以仿真软件EMTP-RV为平台,建立了包括风速,风力机及传动装置和变频器的数学模型。针对最大风能跟踪、有功功率和无功功率的解耦控制以及发电机的变速恒频输出的目标,推导了基于定子磁链定向矢量控制技术的转子侧变频器控制策略和基于定子电压定向矢量控制技术的网侧变频器控制策略。建立变速恒频双馈异步风力发电系统的仿真模型,并依据变速风电机组控制目标的要求对所建模型进行了验证,结果表明所建模型的准确性和控制系统的有效性。该模型的建立为风力发电系统的进一步应用研究提供了可靠的理论依据。     

基于EMTP-RV双馈风力发电系统建模与运行控制仿真研究

针对变速恒频双馈异步风力发电系统,以仿真软件EMTP-RV为平台,建立了包括风速,风力机及传动装置和变频器的数学模型.针对最大风能跟踪、有功功率和无功功率的解耦控制以及发电机的变速恒频输出的目标,推导了基于定子磁链定向矢量控制技术的转子侧变频器控制策略和基于定子电压定向矢量控制技术的网侧变频器控制策略.建立变速恒频双馈异步风力发电系统的仿真模型,并依据变速风电机组控制目标的要求对所建模型进行了验证,结果表明所建模型的准确性和控制系统的有效性.该模型的建立为风力发电系统的进一步应用研究提供了可靠的理论依据.     

大功率变速恒频双馈风力发电变流控制技术

介绍了变速恒频双馈风力发电的基本原理与控制设计,建立包括风力机、双脉宽调制(PWM)功率变换器、双馈发电机在内的风力发电系统.着重以转子侧变换器为研究对象,分析了其实现最大风能追踪,有功功率、无功功率解耦的过程.基于该过程推导数学关系式,建立功率外环、转子电流内环控制的定子磁链定向控制模型,并通过1.5 MW双馈风力发电仿真模型验证了该矢量控制方法在双馈风力发电系统的适用性.     

双馈风力发电系统双PWM变换器的控制策略研究

介绍了双馈风力发电系统的工作原理,采用双PWM变换器为双馈电机的励磁电源,详细讨论了双PWM变换器的控制策略,建立了基于S函数的转子侧控制器与网侧控制器的仿真模型。仿真结果表明,采用介绍的控制策略,可以实现功率解耦控制、最大风能追踪、变速恒频运行、并网高功率因数运行以及在工作状态切换时直流母线电压的稳定,同时验证了所建模型与控制策略的正确性。     

双馈风电系统中双级矩阵变换器的应用研究

双级矩阵变换器（TSWC）作为一种极具潜力的新兴的电力变换器件,具有非常优越的性能。针对传统变频器在变速恒频的双馈风力发电机励磁系统中应用不足,引入TSMC来作为双馈风力发电系统的励磁电源,根据变速恒频的双馈电机的工作原理,提出了一种基于同步旋转坐标系d、q轴变换的双空间矢量调制的TSMC闭环控制策略对发电机的转子励磁电压进行控制,大大简化并优化了变速恒频的双馈风电机励磁系统信息量的算法和结构。最后仿真实验验证了TSMC在变速恒频的双馈风力发电机励磁系统中应用的优越性和可行性。     

双馈风力发电转子侧控制技术的研究

针对转子侧功率变化频繁和直流母线电压波动剧烈的问题,设计了交流励磁变速恒频双馈风力发电系统的框架结构,进而对背靠背PWM变流器的控制策略进行了研究.建立了转子侧变流器控制模型,设计了基于定子电压定向(SVO)矢量控制的变速恒频双馈风力发电系统方案,构建系统模型并进行了仿真,仿真结果表明控制策略和技术的可行性,系统实现了有功功率、无功功率的解耦控制和最大风能跟踪控制.     

双馈风力发电机变换器的控制方法研究

本文主要研究了双馈感应电机(DFIG)的网侧和转子侧变换器的控制方法。双馈感应电机中转子侧变换器采用定子磁链定向矢量控制技术,实现了风能的最大跟踪以及有功功率和无功功率的解耦控制。网侧变换器采用电网电压定向矢量控制技术,控制了直流母线电压的恒定以及调节了网侧的功率因素。采用PSCAD/EMTDC电力系统仿真软件,构建了包括风速模型、风力机模型、变速恒频双馈电机、定子侧和转子侧变换器在内的双馈风力发电机仿真模型。仿真实验结果表明,所提方法是有效、合理的。     

单相光伏并网发电系统的NPC三电平逆变器研究

为提高单相光伏并网发电系统的功率因素和输出电压电能质量,降低逆变器单位功率的成本和谐波含量,提高系统的灵活性,提出了一种NPC三电平单相光伏并网逆变器。分析了NPC型三电平的工作原理,研究了NPC型三电平直流侧中点电位不平衡问题,采用空间矢量控制的SVPWM方法对逆变器进行控制。基于MATLAB/SIMULINK仿真环境,建立了NPC三电平SVPWM控制的单相光伏并网发电系统,仿真结果验证了逆变器及控制策略的有效性。     

基于双钳位变流器的直驱式风力发电系统控制方法研究

为了抑制永磁直驱风力发电系统中变流器中点电位波动及IGBT关断过电压,引入了双钳位三电平变流器结构,分别提出了整流和逆变状态下双钳位三电平变流器中点电位和钳位电容电压平衡控制方法。推导出了双钳位三电平整流器和永磁同步电机数学模型,给出了双钳位机侧变流器和网侧变流器控制方法。最后,采用MATLAB搭建了系统仿真模型,并基于模拟风电系统进行了实验,结果均证实了研究内容的正确性。     

5 MW双馈风电机组低电压穿越的仿真分析

针对海上风力发电机组安全可靠运行要求的发展趋势,本文在阐述双馈风电机组控制原理的基础上,建立了双馈发电机及其变流器的控制模型。其次,在分析电力系统对并网风电机组低电压穿越原理基础上,比较分析了双馈风电机组低电压穿越的各种控制技术方案。最后,结合海上用5.0 MW双馈风力发电机组电气参数,对2种典型低电压穿越的转子电路保护措施进行了仿真比较。分析结果表明,采用二极管整流桥加IGBT和保护电阻构成斩波器的措施具有较好的暂态控制效果。     

变速恒频双馈风力发电系统控制研究

设计一套30kW变速恒频双馈异步风力发电机励磁控制实验系统,采用背靠背变流器作为双馈异步电机的励磁源。分析了基于旋转坐标系统下的双馈异步电机的数学模型,采用定子磁链定向方式的控制策略,研究了在电网发生电压跌落时的危害和应对措施。实验结果表明,风力发电机控制性能良好,而在电网低电压故障时变流器的有效控制为保护双馈异步电机和支撑电网起到了一定作用。     

电网侧换流器无功功率控制改善双馈风电机组稳定性的研究

研究了改善双馈风电机组（DFIG）的并网风电场暂态稳定性的措施。目前现存的大部分双馈型变速风电机组并不具备故障穿越能力。在DIgSILENT/PowerFactory14.0中建立了具有暂态无功调节能力的变速风电机组电网侧换流器控制模型以及故障后桨距角控制模型,通过对并网风电场仿真分析验证了模型的有效性。仿真结果表明：当风电场电网侧发生短路故障情况下,双馈风电机组电网侧换流器能够产生一定的无功功率支持电网电压;桨距角控制能够降低风电机组的机械转矩,防止机组超速以及电压失稳。双馈风电机组的故障穿越能力得以实现。     

基于转速控制的双馈风电机组机侧变流器IGBT器件结温波动抑制策略

针对当前双馈风电机组机侧变流器在同步转速点附近结温波动大、影响器件运行可靠性的问题,提出一种基于机组转速控制的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)结温波动抑制策略。首先,基于最大功率点跟踪(MPPT)控制原理,并结合变流器IGBT模块等效热网络,建立双馈风电变流器结温计算模型。其次,针对机侧变流器在同步转速点附近结温波动出现的"尖峰"现象,从减少机组低频运行范围和提升同步转速附近区域穿越速度的思路出发,提出基于功率、转速双控制外环的改进最大功率点跟踪控制策略。最后,搭建基于PLECS和Simulink联合平台的双馈风力发电系统仿真模型,对机组在亚同步和超同步转速间动态往返变化的变流器电-热性能及其在同步转速附近区域的稳态结温进行仿真,并开展变流器结温抑制效果验证的等效实验。仿真和实验结果验证了所提改进控制策略对抑制机组同步转速点附近变流器IGBT结温波动的有效性。     

三电平PWM整流器用于直驱风力发电系统

直驱型风力发电系统的风力发电机需要通过大功率交直交变流器即全功率变流器将风力发电机直接并网,而开关器件水平无法满足全功率变流器的要求,因此研究了二极管箝位三电平PWM整流器在直驱型风力发电系统中的应用。针对这一拓扑和直驱型风力发电系统的特点,采用基于PWM整流器模型的跟踪指令电压矢量的空间矢量脉宽调制(SVPWM)电流控制策略,使用龙格库塔解析法和Matlab仿真了负载从半载到满载变化时,三电平整流器直流电压的动态响应波形,交流侧电压、电流的变化趋势以及d-q坐标系下有功、无功电流分量跟随参考量变化的波形等。结果表明,该PWM整流器可有效抑制注入电网的谐波,减小交流侧的电流波形畸变;在负载突变时保持直流电压恒定,输出有功、无功可调且动态跟随性能较好。三电平PWM整流器作为全功率变流器的整流部分适合于直驱型风力发电系统的应用。     

基于扩张状态观测器的DFIG网侧变换器滑模控制

针对双馈风力发电机网侧变换器因负载变化和滤波参数摄动导致控制效果不佳的问题,提出一种扩张状态观测器（extended state observer, ESO）与滑模控制相结合的网侧变换器双闭环控制策略。内环采用以功率为状态变量的基于ESO的滑模直接功率控制,外环采用以电压平方为状态变量的基于ESO的滑模控制;应用ESO对系统状态变量与包含系统未建模动态、负载变化和滤波参数摄动等集总不确定项进行估计,即可无需系统的精确数学模型设计滑模控制方法,实现网侧变换器在复杂环境下的鲁棒控制,理论分析了ESO和滑模控制的稳定性。此外引入功率差前馈环节,减小负载变化时外环滑模控制非线性带来的冲击。最后通过负载变化和滤波参数摄动两个算例仿真,结果表明,与传统矢量控制和滑模控制相比,所提控制策略在复杂环境下具有更强的鲁棒性。