基于动态电压调节器的风电机组低电压穿越策略

随着并网大型风电场装机容量的逐年增长,低电压穿越（LVRT）能力已经逐渐成为风电机组并网的一个重要指标。文中提出了一种利用动态电压调节器（DVR）辅助风电机组在电网电压跌落工况下实现LVRT的策略。DVR串联接入风电机组机端和电网公共连接点（PCC）之间,电网电压正常时通过静态开关柜将其旁路,电网电压跌落时利用反压技术...     

Dynamic Coupling and Cooperative Control for Multi-Paralleled Doubly Fed Induction Generator Wind Farms During Symmetrical Low Voltage Ride-Through in a Weak Grid

In multi-fed grid-connected systems, there are complex dynamic interactions between different pieces of equipment. Particularly in situations of weak-grid faults, the dynamic coupling between equipment becomes more pronounced. This may cause the system to experience small-signal instability during the fault steady-state. In this paper, multi-paralleled doubly fed induction generator (DFIG)-based wind farms (WFs) are taken as an example to study the dynamic coupling within a multi-fed system during fault steady-state of symmetrical low voltage ride-through (LVRT) in a weak grid. The analysis reveals that the dynamic coupling between WFs will introduce a damping shift to each WF. This inevitably affects the system''s dynamic stability and brings the risk of small-signal instability during fault steady-state in LVRT scenarios. Increasing the distance to fault location and fault severity will exacerbate the dynamic coupling between WFs. Because of the dynamic coupling, adjusting the control state of one WF will affect the stability of the remaining WFs in the system. Hence, a cooperative control strategy for multi-paralleled DFIG WFs is proposed to improve dynamic stability during LVRT. The analysis and the effectiveness of the proposed control strategy are verified by modal analysis and simulation.     

动态电压恢复器的复合控制策略

动态电压恢复器（DVR）是解决电网电压跌落的一种经济有效的方案。文中在简要介绍DVR原理的基础上,首先分析了目前DVR所用的前馈控制策略和反馈控制策略,然后针对以半桥式逆变器为主结构的DVR,提出了一种由前馈控制、电压瞬时值反馈控制和滤波电容电流瞬时值反馈控制构成的复合控制策略,并推导了系统传递函数,进行了Bode图分析,最后,通过PSCAD/ EMTDC软件仿真和样机实验验证了复合控制策略的合理性和有效性。实验结果也表明复合控制策略能提高DVR系统的动态性能、跟随性和稳定性。     

笼型异步风电机组串联耦合补偿低电压穿越研究

随着我国风电装机容量不断扩大,风电场具备低电压穿越能力已成为其并网发电的必要条件。而传统笼型异步发电机组本身并不具备低电压穿越能力,因此提出了一种串联耦合补偿(series coupled compensation,SCC)新型低电压穿越方案,SCC 通过变压器串联接在发电机定子与公共连接点之间,配合双向晶闸管进行投切。在PSCAD/EMTDC建立了750 kW异步发电机组的串联补偿系统,仿真结果表明在各种电压故障下SCC能有效提高机组低电压穿越能力,同时减小电磁转矩振荡。     

DVR的不平衡浪涌和过电压控制

讨论无串联隔离变压器的动态电压调节器(DVR)在不平衡电压浪涌或过电压情况下的补偿问题。使用不可控整流为直流侧电容充电的DVR,在补偿时只允许其向系统注入有功功率。在浪涌或过电压发生时,DVR可能发生从系统吸收有功功率的情况,如果仍然使用传统的同相或相位不变电压注入控制方法,将导致直流侧电容电压迅速升高,可能损坏开关器件或储能单元。利用最小能量补偿控制方法也不能完全解决该问题,因而提出一种单向功率流动控制算法。该算法通过将参考电压旋转一定的角度,使DVR无论在3相平衡与不平衡浪涌或过电压的情况下,都不从配电系统吸收有功,同时能将负荷电压补偿为3相平衡且达到正弦的额定值。该算法加入对DVR最大补偿极限的考虑,以确保注入补偿电压不超过DVR的补偿极限。文中对直流母线电压不可避免的泵升问题提出了缓冲控制策略。最后,仿真结果验证了算法的正确性及有效性。     

双馈式风力发电机低电压穿越技术分析

随着一些地区风电供应比例的急剧增加,大规模风电场对地区电网稳定性造成的影响愈发显著.风力发电机的低电压穿越(LVRT)技术越来越受关注.文中首先介绍了低电压穿越技术的概念、国外的相应标准,继而分析比较了有关此技术的双馈感应发电机建模问题、各种常见的实现低电压穿越的技术手段及改进控制策略.最后描述了具备此技术的风电场对电力系统的影响.     

双馈风力发电机低电压穿越控制策略量化评价

近年来风电发展迅速,低电压穿越(LVRT)能力是衡量其暂态运行能力的关键指标。已有学者对提高双馈风力发电机(DFIG)的LVRT能力进行了大量研究,然而针对不同的LVRT控制策略缺乏定量的评价标准。针对DFIG,利用局部输入—输出稳定理论,以外部电压变化为扰动,提出了DFIG的LVRT控制策略定量评价标准。首先,基于局部输入—输出稳定理论的积分—积分估计形式,结合DFIG实际运行要求以及不同控制策略在持续电压干扰下的响应,分析了各个控制策略的局部输入—输出稳定属性。然后,考虑到利用线性函数估计输入—输出增益保守性较大,采用了分段线性函数,并设计了相应算法。最后,基于量化的局部输入—输出稳定属性,提出了定量评价指标,分析了不同控制策略的优劣,并给出了具体改进方案。算例测试证实了改进方案能够在无附加硬件时,充分利用不同控制策略的优势。     

低电压穿越过程中双馈风电机组虚拟电感暂态自灭磁控制

双馈式感应发电机(DFIG)由于其定子直接与电网相耦合,电网故障将引起定子磁链暂态,并会在转子侧产生电压和电流冲击。传统基于Crowbar的低电压穿越(LVRT)解决方案不仅没能充分利用变流器对DFIG的控制灵活性,而且也难以较好地适应当今不断提升的并网要求。而当前基于灭磁控制的暂态补偿策略多依赖于磁链观测技术,不仅算法较为复杂而且对电机参数具有较强的依赖性。对电网电压发生跌落故障时定、转子电磁暂态过程进行了深入分析和讨论,并依据其暂态电磁特性,提出了一种基于虚拟电感暂态自灭磁算法的LVRT控制策略。该策略不仅能够较好地抑制转子暂态电压冲击,最大限度地拓展可穿越的故障范围,充分发挥DFIG的控制灵活性,而且无需暂态磁链观测,简化了算法,具有较好的快速性和鲁棒性。11kW模拟机组的仿真和实验,验证了所提出的分析和设计的正确性和可行性。     

电网电压跌落下无刷双馈发电机低电压穿越控制

电网电压跌落的瞬间,风力发电机定子和转子产生冲击电压和冲击电流,对电网安全造成影响。为实现无刷双馈风力发电机低电压穿越,保证风电机组在电网电压跌落下不间断运行,对电网电压跌落下无刷双馈发电机定子电压和电流进行暂态分析,搭建了无刷双馈发电机在功率绕组静止坐标系下的数学模型,推导并分析了电网电压跌落瞬间其功率绕组磁链、控制绕组电压动态变化过程,并提出一种积分滑模直接功率控制与故障穿越控制相结合的控制策略,完成无刷双馈发电机低电压穿越控制。通过MATLAB/Simulink和半实物仿真试验平台进行验证,仿真和试验结果证明所推导功率绕组磁链和控制绕组电压动态变化过程的正确性及控制策略的有效性,该控制策略有效抑制了定子控制绕组侧电压和电流畸变,提高了无刷双馈发电机的低电压穿越性能。     

动态电压恢复器研究综述

动态电压恢复器（DVR）作为一种重要的用户电力装置,受到国内外研究者的广泛关注。首先介绍DVR的工作原理和基本结构,然后从拓扑结构、补偿策略以及控制方法几个方面对现有文献进行综述。最后对DVR的研究发展进行了探讨。     

电网不对称故障下双馈式风电机组低电压穿越技术

根据国家电网公司风电机组不间断运行标准中关于低电压穿越的要求,分析了电网不对称故障情况下对双馈式风电机组的影响,建立了双馈式感应电机的数学模型。依据所建立的数学模型,设计了转子侧Crowbar电路和直流侧Chopper电路相结合的穿越方案,并对其控制策略进行了分析和试验研究,验证了电路的正确性和合理性。     

基于神经元自适应控制的动态电压恢复器研究

针对微电网并网系统中存在的电压跌落电能质量问题,研究了一种基于神经元自适应控制的蓄电池储能动态电压恢复器(DVR)。主要由蓄电池、逆变器、LC滤波器、变压器4个部分组成。其中,为了提升该DVR的控制性能,引入神经元自适应控制算法改进了外环电压PI调节器,实现了外环控制参数的自适应调节,从而得到新的双闭环控制策略。然后,结合空间电压矢量调制法最终实现控制。最后,在MATLAB/Simulink仿真软件中搭建了基于神经元自适应控制的蓄电池储能DVR的并网系统模型。试验结果表明,采用神经元自适应控制的蓄电池储能DVR能够补偿微电网的电压跌落,具有较强的动态响应能力和抗扰能力。     

动态电压恢复器的复合数字多变量状态空间反馈控制

在三相三线制系统中,动态电压恢复器面临的主要控制问题是不平衡暂降下对系统三相不平衡的补偿问题。通过正负序分量分解并在正负序坐标下进行建模和控制的方法虽能较好地抑制三相不平衡,但由于正负序分解带来的延迟具有较慢的动态响应速度。为此,文中提出了一种复合数字多变量状态空间反馈控制的方法。在检测到暂降发生并在之后的一段时间内采用单数字多变量状态空间反馈法进行控制,进入稳态时通过控制量的分解无缝地切换到双数字多变量状态空间反馈法,检测到暂降结束时再无缝地切换到单数字多变量状态空间反馈法。该方法同时实现了较快的动态响应速度和较高的稳态精度。实验结果证明了该控制方法的有效性和可行性。     

动态电压恢复器电压跌落检测

动态电压恢复器中常用d-q变换法实时检测电压跌落,但是它的检测精度和实时性易受到三相不平衡情况下负序分量和低通滤波器的影响。提出一种改进的检测方法,首先对三相电压进行微分运算,构造线性方程组实现电网电压中的正、负序分量分离,再对正序分量进行d-q变换,消除负序分量的干扰,最后使用高截止频率低通滤波器滤除其他频次干扰,减少系统延时。理论分析和仿真试验都验证了其可行性。     

动态电压恢复器的快速检测及补偿策略

为了研究低电压穿越问题,设计了一套由动态电压恢复器组成的低电压穿越试验系统。提出采用电压 dq 综合值结合其变化率作为低电压故障发生检测判据,采用电压差前馈结合谐振控制环作为补偿策略,实现对电网低电压故障的快速补偿。经电压补偿试验表明,采用上述低电压故障检测及补偿策略的动态电压恢复器能够快速实现电压补偿。     

基于Crowbar保护的双馈感应发电机暂态特性与参数设计

双馈风力发电系统中,Crowbar(撬棒)仍是实现低电压穿越的常用方案之一,传统的分析方法忽略了定、转子磁链间的耦合,会带来较大的分析误差并遗漏一些暂态特性。从双馈感应发电机的数学模型出发,通过分析端口电压发生对称跌落、投入Crowbar后双馈感应发电机的暂态过程,推导出了定子磁链、定子电流、转子电流的解析表达式,并在表达式的基础上分析了各暂态量的幅值和变化规律等特性。在MATLAB/Simulink中建立了双馈感应发电机的仿真模型,结果证明了表达式的准确性。从复杂的数学表达式中抽离出Crowbar阻值与暂态特性的关系,分析了不同的Crowbar阻值对于故障期间系统的功率、电磁转矩的影响,并结合转子电流峰值计算及直流母线电压钳位效应的限制,给出了一种Crowbar电阻取值方案,该方案将有助于实际工程中选取合适的Crowbar参数。     

不对称条件下的储能虚拟同步发电机低电压穿越控制技术

虚拟同步发电机技术能够使逆变器模拟同步发电机的运行机制并网运行,有利于改善系统稳定性。而为了真实模拟同步发电机的工作特性,要求虚拟同步发电机装置必须具备低电压故障穿越能力。当发生不对称故障时,由于电压、电流中存在大量负序分量,严重影响输出电压和电流质量。为解决上述问题,首先,从控制系统数学模型出发,分析三相电压源型逆变器常规d-q旋转坐标系下的电压前馈本质,提出基于α-β坐标系下的电压前馈策略。然后,采用电压相位补偿技术实现负序电流抑制。最后,通过5 MW储能虚拟同步发电机实时数字仿真仪模型,模拟单相和相间接地故障,验证了控制算法的正确性和有效性。     

动态电压恢复器的检测算法研究

动态电压恢复器(DVR)是补偿电压暂降最经济、最有效的装置。研究DVR 的检测算法是设计DVR最重要和最主要的任务之一。常见的检测算法有每相电压量导数算法、单相电压延迟60°构造三相电压dq 变换法、求导数法构造三相虚拟电压的dq 分解法和两点法。通过对各种检测算法的理论分析和在实际装置上的仿真波形研究, 确定两点法具有原理明确、实现方法简单、计算误差小等优点, 更适合作为工程用DVR 装置的检测算法。     

变结构双馈风机的低电压穿越能力

双馈风机DFIG(doubly-fed induction generator)的低电压穿越能力LVRT(low voltage ride through)正逐渐成为大型风电场必备的功能之一。为了使带有Crowbar保护电路的DFIG在电网故障阶段发出一定的无功支持电网电压的恢复,充分利用变频器的无功产生能力,在电压跌落期间,给定网侧变频器一无功指令值,并使用无功电流优先的原则进行控制。为了减少投资,增强DFIG的无功发出能力,把机侧和网侧变频器并联向系统发无功,并增大直流侧电容来增强系统的稳定性。仿真结果表明,网侧和机侧变频器都可以对电网进行无功支撑,提升了机端电压,增强了双馈风机的低电压穿越能力。     

定子双绕组感应电机风力发电系统的低电压穿越特性分析

通过发电机控制绕组侧的励磁变换器灵活调节系统所需的励磁无功功率,定子双绕组感应电机(DWIG)风力发电系统可在宽风速范围内输出稳定的高压直流,无需增加升压变换器即可并网运行,并且系统的控制策略有助于提高系统对电压跌落等故障的穿越能力。文中通过构建并网型DWIG风力发电系统的Simulink仿真模型,对系统运行在各种功率因数状态下的跌落特性及跌落期间对电网的无功功率支持进行全面仿真。结果证明,无需增加额外的卸载单元,DWIG风力发电系统即可实现较强的低电压穿越能力,在不同功率因数下均能稳定安全运行,且能在电压跌落故障期间提供一定的无功功率支持。