采用串联网侧变换器的双馈风电系统不对称高电压穿越控制研究

在分析电网电压不对称骤升时双馈感应发电机暂态特性的基础上,从最大限度吸收电网无功功率角度出发,提出适用于采用串联网侧变换器的双馈风力发电系统的不对称高电压穿越控制策略,并对该系统的可控能力进行分析。所提控制策略在电网电压故障期间,通过控制串联网侧变换器维持定子电压恒定,并实现定子磁链暂态直流分量的抑制。通过控制并联网侧变换器维持直流母线电压恒定,同时利用变流器电流裕量实现对系统总输出有功或无功功率波动的抑制。通过控制机侧变换器实现双馈风电系统的功率解耦控制,并在变流器过流能力有限的约束条件下,最大限度吸收无功功率以实现对故障电网的暂态无功支持。仿真结果表明,所提控制策略既可有效实现双馈风电系统的不对称高电压穿越,同时也可增强所并电网的运行稳定性。     

风储直流微网虚拟惯性控制技术EI北大核心CSCD

针对传统直流微网惯性低而导致直流电压质量变差的问题,提出风储直流微网的虚拟惯性控制策略。该控制策略将直流母线电压与大电网瞬时功率调节、蓄电池下垂系数调节以及风电机组转速调节联系在一起,使得各变流器在系统受到扰动时在各自直流侧虚拟出较大的电容值,以提高整个系统的惯性。另外,针对风电机组虚拟惯性控制的不足,提出直流微网协调虚拟惯性控制策略,协调控制大电网、蓄电池以及风电机组,在系统受到扰动时让大电网以及蓄电池提供的惯量由暂态电压的低频分量决定,风电机组提供的惯量由暂态电压的高频部分决定。在Matlab/Simulink中搭建风储直流微网模型并进行时域仿真,算例结果验证了该控制策略不管在直流微网并网运行或者离网运行的情况下,均能够改善系统暂态响应,提高直流母线电压的电压质量。     

风储直流微网虚拟惯性控制技术

针对传统直流微网惯性低而导致直流电压质量变差的问题,提出风储直流微网的虚拟惯性控制策略。该控制策略将直流母线电压与大电网瞬时功率调节、蓄电池下垂系数调节以及风电机组转速调节联系在一起,使得各变流器在系统受到扰动时在各自直流侧虚拟出较大的电容值,以提高整个系统的惯性。另外,针对风电机组虚拟惯性控制的不足,提出直流微网协调虚拟惯性控制策略,协调控制大电网、蓄电池以及风电机组,在系统受到扰动时让大电网以及蓄电池提供的惯量由暂态电压的低频分量决定,风电机组提供的惯量由暂态电压的高频部分决定。在Matlab/Simulink中搭建风储直流微网模型并进行时域仿真,算例结果验证了该控制策略不管在直流微网并网运行或者离网运行的情况下,均能够改善系统暂态响应,提高直流母线电压的电压质量。     

具有自主电网同步与弱网稳定运行能力的双馈风电机组控制方法

随着风电的高比例并网以及大型风电机组的分散接入,电网对风电不再具备强电气支撑作用,进而引发一系列并网稳定问题,如谐波振荡、次同步振荡和低频振荡等,这是由于风电变流器所采用的电流矢量解耦控制需要电网提供强电压支撑才能稳定控制电流所致,弱网下难以稳定。此外,风电并入弱网还需具备一定的自主组网与电网支撑能力,如自主惯量响应等。为此,该文围绕弱网稳定运行与自主电网同步两个核心问题提出了一种双馈风电机组的新型控制方法。具体地,机侧变流器采用基于转子磁链自定向的虚拟同步控制方法;对网侧变流器提出一种新型的惯性同步控制方法,依据动力学系统相似性原理,利用直流母线电压固有动态直接实现网侧变流器的无锁相环电网同步控制,该方法较虚拟同步控制模型阶数更低且更易稳定。经以上控制后,双馈风电机组的定子侧和转子侧外特性分别等效为2台同步机。在PSCAD/EMTDC仿真软件中构建2MW双馈风电机组暂态模型,详细分析了该控制下双馈风电机组的启动、柔性并网过程、自主惯量响应以及最大风能捕获等相关特性,仿真结果表明提出的控制方法具有较好的弱网稳定运行与发电特性。     

不对称电网故障下直驱永磁风力发电系统直流母线电压稳定控制

分析了三相不平衡电网电压下直驱永磁同步风力发电机组直流母线电压波动的机理,研究了其稳定控制策略,以提高其在电网不对称故障下的低电压穿越能力。通过将不对称电压与电流进行对称分量法分解,提出了一种在正负序同步坐标变换下电网正负序电压分别定向的矢量控制策略,来消除功率传输中的波动分量,以实现在电网发生不对称故障时稳定直流母线电压,并结合能量泄放回路来完成风电机组在电网发生不对称故障下的不脱网运行。仿真结果表明,所提控制策略能够有效地抑制在电网不对称故障条件下直流母线电压波动,能量泄放回路能够有效地控制故障发生时引起的直流母线过电压,实验结果证明了所提控制策略的有效性。     

不对称电网故障下直驱型永磁风力发电系统网侧变流器的运行与控制

分析了三相不平衡电网电压下直驱永磁同步风力发电机组直流母线电压波动的机理,研究了消除不平衡功率传输引起的二次纹波控制策略,以提高变流器在电网不对称故障下的故障穿越能力.通过将比例积分谐振控制器引入直驱型永磁风电机组网侧变流器控制,在正序同步旋转坐标系下同时对正负序电流进行稳态无差调节,来抑制负序电流失控所引起的直流母线...     

全功率变换风电机组的电压源控制(一)：控制架构与弱电网运行稳定性分析

针对弱电网缺乏频率支撑能力以及引发接入风电机组振荡失稳的问题,该文给出全功率风电机组的一种电压源控制方法。网侧变换器根据直流侧电压的动态直接实现对电网的自主同步,省略了锁相环;机侧控制环路中附加惯量传递控制环路实现风电机组对电网的惯量响应功能。特征值分析结果表明,电压源控制下的全功率风电机组可在短路比为2的弱电网下稳定运行,加入惯量传递控制会降低风电机组弱电网运行的稳定性。为了便于致稳控制策略的设计,采用"复功率系数法",从阻尼特性的角度揭示附加惯量传递控制降低风电机组弱电网运行稳定裕度的机理。在此基础上,分别提出在机侧变换器与网侧变换器增加阻尼的致稳控制策略,使电压源控制的全功率风电机组能够在短路比为2的弱电网下稳定运行,且同时具备较强的惯量响应能力。最后,基于PSCAD/EMTDC仿真平台,验证了控制方法的可行性以及理论分析的正确性。     

采用串联网侧变换器的双馈风电系统高电压穿越控制策略

针对采用串联网侧变换器的双馈风电系统电机定子端电压灵活可控的特点,提出了适用于该系统的对称高电压穿越控制策略。该策略通过控制串联网侧变换器,实现电网电压对称骤升时发电机定子电压保持不变,从而抑制定子磁链的暂态直流分量,使得电机转子过电压及过电流得到有效抑制,且可有效减小发电机电磁转矩及功率的波动。在变流器电流容量的约束下,故障期间通过控制转子侧变换器与并联网侧变换器吸收无功功率,可实现该系统对电网的故障暂态无功支持。仿真结果表明,所提控制策略既能保证在电网发生对称骤升故障期间双馈风电系统不脱网运行,又可使该系统为电网电压的恢复提供无功支持。     

基于超级电容蓄能的永磁同步海上风电低电压穿越研究

为避免电网电压跌落导致海上风电机组脱网运行,分析了直驱永磁同步海上风电系统的双PWM全功率变流器控制策略,提出了一种基于超级电容器蓄能的海上风电机组并网运行低电压穿越方案。在双向变流器的直流侧并联超级电容蓄能系统,利用超级电容来维持电网故障时的功率平衡,稳定直流侧母线电压。利用网侧变流器静止无功补偿运行模式控制无功电流输出,向电网提供无功功率支持。仿真结果表明了该方案在电网故障时,能有效抑制直流侧过电压,向电网提供无功功率,有利于电网故障恢复,提高了直驱永磁海上风电系统的低电压穿越能力。     

一种直流微网双向并网变换器虚拟惯性控制策略

针对直流微网中母线电压易受微网内部功率波动影响,通过类推交流微网中虚拟同步发电机的虚拟惯量,提出了一种直流微网双向并网变换器(bidirectional gridconnected converter,BGC)虚拟惯性控制策略,增强了直流微网的惯性,平抑了直流母线电压波动。建立BGC虚拟惯性控制小信号模型,推导出直流母线电压与BGC直流侧输出电流之间的小信号传递函数,深入分析直流微网功率突变下的系统动态特性,发现BGC直流侧输出电流相当于扰动量,会对直流母线电压的动态响应过程产生冲击性影响。对此,提出了BGC的直流侧输出电流前馈扰动抑制方法,平滑了直流母线电压的动态响应。分析了BGC系统的稳定性,选取了合适的BGC虚拟惯性控制参数。最后,仿真与实验验证了所提控制策略的有效性。     

定子Crowbar电路模式切换的双馈风力发电机组低电压穿越控制策略

针对转子Crowbar电路的双馈风力发电机组低电压穿越需要闭锁变流器控制脉冲、直流母线电压波动无法较好地抑制,提出了一种定子Crowbar电路模式切换的双馈风电机组低电压穿越控制方案。电网发生故障时,定子Crowbar电路接入系统,双馈风电机组切换至感应发电机组模式下,转子侧变流器采用转子功率外环控制,网侧变流器采用功率协调控制方案,将机侧功率当作前馈量引入到网侧变流器控制策略中并向电网注入无功功率。仿真分析表明,所提控制方案在确保实现双馈风电机组低电压穿越的同时,能够有效地降低转子暂态电流、稳定直流母线电压,并向电网提供无功功率。     

直驱风机低电压穿越控制技术研究及实测验证

随着风电大规模接入电网,新的并网规范要求风力发电机组必须具有低电压穿越能力.针对直驱式风电机组,采用直流母线卸荷电阻限制电压跌落时变流器直流环节产生的过电压,并通过改进电流控制策略抑制变流器过电流,从而实现永磁同步发电机风电机组的低电压穿越运行.在网侧变流器数学模型的基础上进行了卸荷电阻的优化设计,提出了电网电压跌落故障时网侧变流器的改进电流控制策略,最后在1.5 MW级永磁同步发电机风电机组上进行现场低电压穿越能力测试,实测验证了所提出方法的正确性.     

应用卸荷支路提高风电系统低电压穿越能力研究

针对使用背靠背全功率变流器的永磁直驱风电系统,提出采用在风电机组直流侧添加卸荷支路的方法提高机组的低电压穿越能力。文中对直驱永磁同步风力发电系统的暂态进行了分析,重点分析当电网发生故障,电网电压跌落时机组的暂态行为。在PSCAD/EMTDC仿真软件上搭建带有卸荷支路的直驱永磁同步风力发电系统的并网模型,并给出主要控制策略和主要仿真参数。仿真结果显示,卸荷支路在机组并网点电压跌落时,能够很好的平衡系统功率,维持直流母线电压恒定,起到机组与电网故障相隔离的作用。保证了机组不与电网发生解列、继续向电网注入功率,从而很好的提高了风电机组的低电压穿越能力。     

直流配电系统接口换流器虚拟同步发电机自适应惯性控制策略

直流配电网具有低惯性弱阻尼特征,负荷投切、分布式能源出力波动等扰动,会对直流母线电压造成严重影响.类比交流系统中的虚拟同步发电机控制,文章提出了基于电压-电流下垂控制的直流虚拟同步发电机自适应惯性控制策略;建立了直流虚拟同步发电机小信号模型,推导出直流母线电压与直流侧输出电流之间的传递函数;根据直流母线电压暂态振荡特征,设计了自适应虚拟惯性系数策略.仿真结果表明,所提控制方法能够改善系统暂态响应,提高直流配电系统的稳定性.     

基于超级电容储能的大容量直驱风电机组低电压穿越策略

模块化多电平换流器(modular multilevel converter, MMC)可用作大容量风电机组的换流器,其具有良好前景,但需要解决风电机组低电压故障时易脱网运行的问题。鉴于此,提出了一种基于超级电容储能的低电压穿越策略。考虑超级电容的利用效率和变流器的约束条件,通过DC-DC变换器对超级电容的储能模式进行控制,实现故障期间机、网侧的功率平衡,以稳定直流侧母线电压。按照海上风电场规定,确定了故障期间网侧MMC有功无功电流分配原则,向电网提供动态无功以帮助恢复电网电压。仿真结果表明,当并网点发生故障时,所提策略不仅能较好地稳定直流母线电压,保障了MMC功率器件安全运行,还可以补偿无功以改善电网电压,提高了大容量直驱风电机组的故障穿越能力和运行稳定性。     

基于SMES风电不对称故障穿越控制策略研究

并网电网不对称故障会在网侧电压电流中产生2倍工频的正序和负序分量,2倍工频分量会导致并网电流畸变,甚至损坏并网变流器,影响直流母线电压稳定运行。针对风电不对称故障引起的电压波动,提出一种基于超导磁储能(SMES)的不对称故障穿越改进控制策略,分析不对称故障时并网变流器的功率模型特点,在传统不对称故障电流闭环控制中引入零序电流控制环,消除并网负序电流和有功功率波动;考虑电网故障会在直流侧堆积有功功率,造成直流母线电压波动,改进传统斩波器电压电流环,引入功率校正环节,及时消纳故障期间直流侧有功功率堆积,降低直流母线电压波动,最后构建仿真和实验平台验证所提方法的有效性。     

电网故障下交流励磁双馈风力发电机变流器建模与控制

双脉宽调制(PWM)电压型变换器作为交流励磁双馈风力发电机的励磁电源,在风力发电系统得到广泛应用.电网故障时,要求网侧变换器直流链电压波动较小和转子侧变换器能有效控制转子电流,来实现发电机的不间断运行.以双PWM变换器的数学模型为依据,在电网故障时,将网侧变换器以转子侧变换器瞬时输入电流波动为附加前馈量的双环电压控制策略,转子侧变换器考虑定子磁链暂态的定子磁链定向控制策略.仿真结果表明了所提出的联合控制方案在电网故障发生和切除时能稳定控制直流链电压和转子电流,提高了DFIG风力发电系统电网故障下的不间断运行能力.     

基于SMES-SFCL直驱永磁风电并网故障穿越能力

为提高永磁直驱同步风力发电机组功率输出的稳定性和低电压穿越能力,提出了采用超导磁储能-超导故障限流系统来平滑风电机组的有功输出,改善故障穿越能力。当电网故障时,电阻型超导限流器限制故障电流对网侧变流器的冲击,提高网侧变流器的无功输出能力;当电网电压正常时,超导磁储能系统通过吸收和释放功率来平滑风电机组的有功输出,抑制功率波动;当电网电压跌落时,超导磁储能系统吸收直流母线上的多余功率,抑制直流母线电压上升;同时通过控制网侧变流器输出无功功率以支撑电网电压。仿真结果表明了该方法的有效性。     

海上风电–柔直并网系统自同步电压源控制与电网故障穿越

采用柔性直流输电技术送出是大规模海上风电的发展趋势。由于电流控制型的海上风电–柔直并网系统隔离了风电场的惯量,电压源控制方式成为应对新能源主导电力系统稳定运行的一种有效途径。现有海上风电–柔直并网系统的电压源控制研究多集中于控制实现与稳态特性方面,而针对该系统故障控制方面的研究十分匮乏。该文提出一种具备故障穿越能力的海上风电–柔直并网系统自同步电压源控制策略。在受端换流器中,通过子模块能量与同步发电机转子的类比及直流侧的解耦控制,兼顾了对直流母线电压的灵活控制和对电网频率的无锁相环自同步,并改善了通过直流母线电压向送端换流器传递电网频率时的抗扰性能。送端换流器从直流电压中提取电网频率并镜像到其交流侧,辅助海上风电场实现对电网的惯量响应。进一步地,设计受端换流器的电网故障穿越策略,在实现对输出电流限幅的同时,确保了受端换流器的功角稳定。最后,在PSCAD/EMTDC软件中通过仿真验证所提控制方法的有效性。     

一种双馈风电机组网侧变流器抑制低次谐波的多环控制

针对电网电压低次谐波对双馈风电机组网侧变流器并网电流和直流母线电压造成的不良影响,提出了一种双馈风电机组网侧变流器抑制低次谐波的多环控制。该多环控制在双馈风电机组网侧变流器的电网电压定向矢量控制的电压、电流双闭环基础上增加了一个重复控制环路,抑制了网侧变流器并网电流和直流母线电压的低次谐波。通过MATLAB/Simulink仿真研究验证了所提双馈风电机组网侧变流器抑制低次谐波多环控制的有效性。