全功率直驱风机电网友好型控制策略

基于构网型控制的电网友好型风电机组具有黑启动、电网支撑和弱电网运行等优势,近年来逐渐被广泛研究。为探究不同电网友好型控制在不同场景下的运行性能,以全功率直驱风机为研究对象,总结归纳了4种典型的电网友好型风电机组控制策略。基于不同控制策略的架构和特点,在PSCAD/EMTDC仿真平台上搭建了相应电网友好型风电机组模型。分别在黑启动、风速变化、功率减载、频率支撑、电压支撑、故障恢复以及故障限流7种工况下探究不同控制策略的运行性能。最后,综合不同工况下的仿真结果,得到了总体性能最优的控制策略。     

电压源型双馈风电机组低压穿越控制策略

在电网深度故障情况下，电压源型双馈风电机组控制环节中的惯量和阻尼作用不利于风电机组低压穿越。根据电流源型双馈风电机组的低压穿越策略提出了一种基于模式转换的电压源型双馈风电机组低压穿越控制方法，即在故障期间切换为电流源型控制方式，故障恢复后切换为电压源型控制方式。通过分析双馈风电机组电压源型和电流源型控制结构，提出基于状态变量预同步的柔性模式切换方法，实现了电压源和电流源运行模式的无冲击切换。根据风电机组低压穿越相关规定，制定暂态期间机组冲击电流抑制、有功恢复整定以及动态无功补偿方案，实现了电压源型双馈风电机组在电网深度故障情况下的低压穿越。通过仿真对上述方法的有效性进行了验证。     

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。     

适用于弱电网的双馈风电机组新型故障穿越控制方法

弱电网下系统的电压稳定裕度较低,而风电场的故障穿越性能对系统的暂态电压稳定性有显著影响。传统的双馈风电机组故障穿越控制方法都是基于适用于强电网的定功率控制,不利于维持弱电网下的电压稳定性。提出一种适用于弱电网中双馈风电机组的新型故障穿越控制方法。这种新型控制方法基于同步控制,通过有功电流和无功电流下垂控制风电机组出口电压的角度和幅值,使双馈风电机组以可控电压源的外特性运行。该控制方法能使双馈风电机组在弱电网的对称故障和不对称故障中均提供无功和有功电流,并且能在故障清除后的重励磁暂态过程中提高系统的电压稳定性。该方法同样适用于需要在联网和孤网运行之间进行无缝切换的双馈风电机组。最后,通过双馈风电机组接入无穷大电网实际电网、孤网的仿真算例验证了该故障穿越控制方法的有效性及优越性。     

基于工作点在线计算的双馈机组网侧变流器高电压穿越控制

为保证电网运行的安全与稳定性,避免电网电压骤升时风电机组从电网中解列,需提升风电机组高电压穿越的能力。为快速抑制高电压故障时网侧过调制引起的电压、电流冲击,首先确定电网电压骤升时网侧变流器安全运行区域。在此基础上,在线计算双馈风电机组在不同电网电压条件下的高电压穿越稳态最佳工作点,以保证网侧过调制时间最短。同时,设计了参数补偿模块以消除稳态工作点误差。仿真结果表明,该控制策略保证风电机组在电网电压故障骤升期间不脱网运行,能够根据电网要求提供一定的无功支撑,且提升了双馈风电机组在故障穿越期间的响应速度及稳态控制效果。     

电压源型风电比例影响区域电网频率调整研究

随着新能源大比例接入新型电力系统中,区域电网的频率稳定性问题凸显。为了研究风电在区域电网中对新能源系统稳定运行能力的影响,针对电压源型风电占比对区域电网频率调整的影响开展研究。对风电频率需求相应特性和电压源型风电机组控制进行分析,提出了在电压源型风电机组不同占比结构下的区域电网新能源场站容量分配评估方法。在Matlab/Simulink中对不同电压源型风电占比下的电网频率响应特性进行验证。结果表明,随着在混合风电场内配置一定比例的电压源型风电机组,可以有效地改善区域电网的频率稳定性。     

基于虚拟同步机控制的双馈风电机组预同步并网策略

采用虚拟同步机控制的双馈风电机组能提高电网惯量和频率支撑能力,成为实现可再生能源友好并网的有效途径之一。基于虚拟同步机控制的双馈风电机组直接参与电网并网时,由于缺少预同步锁相控制,双馈风电机组定子与电网的电压幅值和初始相位可能存在偏差。针对上述存在的并网问题,提出了一种虚拟同步机控制的双馈风电机组无锁相环预同步控制策略。通过在虚拟同步机外环控制中加入频率相位控制器和幅值预同步控制器,可以控制双馈风电机组并网前定子频率、相位和电压幅值与电网相同,并提出在无功功率-电压环中引入虚拟阻抗,实现了双馈风电机组快速地平滑并网。最后,通过理论分析和仿真结果验证了无锁相环预同步控制方案对虚拟同步机控制的双馈风电机组并网的有效性。     

直驱型永磁风电机组并网控制系统的研究

对直驱型永磁风电机组并网控制系统工作结构与原理进行讨论,并研究变流器电机侧与电网侧的并网控制电路与控制策略。应用并联多变流器的方法,采取电网电压定向的电流、电压双闭环矢量控制模式,设计逆变并网控制。基于对交-直-交背靠背双PWM变流器的控制,运行软件仿真了690 V/2.5 MW直驱型永磁风电机组的变流器并网过程。实验结果表明,控制电路与策略正确有效,并网变流器能进行双向的能量传递,并且具有良好的静动态特性。     

电网电压不对称时直驱型永磁风电机组控制策略

在电网电压不对称时,直驱型永磁同步风电机组采用对称控制方法将造成直流侧电压的波动。根据风电机组变流器输出瞬时功率与直流电容电压波动之间的关系,提出一种保持网侧变流器输出功率恒定的控制策略。讨论了风电机组并网对系统不平衡度的影响,以及网侧变流器控制系统的实现。仿真结果表明,电网电压不对称时该控制策略能够保证直流电容电压保持恒定,三相输出电流为正弦波形。     

电网电压对称骤升下双馈风力发电系统的改进控制策略研究

该文基于双馈风电机组(doubly-fed induction generator,DFIG),在电网电压对称骤升下,对电网电压与转子电流之间的暂态过程进行详细的理论推导,提出一种有效抑制转子过电流的控制策略,并针对网侧变换器传统控制方法作出相应的改进。在不增加任何硬件设备的情况下,转子侧和网侧分别附加转子电流抑制(rotor current suppression,RCS)和外环电网电压控制(grid voltage suppression,GVS)措施,并给出详细的控制框图。该控制方法不仅可以减少Crowbar装置频繁动作致使转子侧变换器快速短接的问题,而且充分发挥风电机组自身的动态无功支撑能力,保证风电机组在电网电压故障骤升期间不脱网运行,有效提高双馈风力发电机的高电压穿越(high voltage ride through,HVRT)能力及风电机组运行的可靠性。最后,在PSCAD/EMTDC中对所提出的控制策略进行仿真建模分析,验证了该控制方案的有效性和可行性。     

风电机组并网逆变器电压定向控制策略

为了研究风电机组PWM并网逆变器的控制策略,在传统电压定向控制策略基础上提出一种RBF神经网络PID解耦控制策略,以优化风电机组PWM并网逆变器的性能和可靠性,提高电网的电能质量。在MatIab/Simulink中搭建了2 MW的风电机组并网模型,并在Matlab/Simulink中完成了具有解耦控制器的电压定向控制技术的仿真实验。仿真结果表明,采用改进的电压定向控制实现了有功功率与无功功率的独立控制,同时也能达到减少风电机组PWM并网逆变器输出的谐波电流和对电网的无功补偿,改善电网电流品质;仿真实验也表明,采用改进的电压定向控制能够有效地实现风电机组的并网,增强系统的稳定性与鲁棒性。     

双馈风电机组的虚拟同步控制及弱网运行特性分析

采用传统矢量控制的风电机组对外表现为电流源特性,大型风电机组在接入配电网环境时容易引发电压失稳、缺乏惯量等问题。为此,研究了基于虚拟同步风电机技术的双馈风电机组控制方法。在详细分析影响并网点电压因素的基础上,研究电网等效阻抗对静态电压稳定性的影响。给出一种虚拟同步控制下双馈风电机组并网频率、电压的调节方案。研究结果表明,相对矢量控制方法,虚拟同步控制的双馈风电机组在弱电网下具有良好的电压稳定性。此外,该控制方法在降低机端电压冲击以及提供电网频率支撑等方面具有明显优势。仿真结果验证了所给虚拟同步控制策略的可行性和有效性。     

双馈变流器控制策略对风电场低电压穿越能力的影响研究

风电场低电压穿越能力与风电机组在故障期间的响应特性、风电场集电系统、无功补偿装置性能和接入电网条件等因素密切相关,其中故障期间单台风电机组的无功电流特性尤为重要。为了分析故障过程中风电机组无功电流特性对风电场稳定性的影响,基于通过验证的风电机组模型,在电力系统仿真软件DIgSILENT/PowerFactory中搭建了100 MW风电场的详细模型,包括风电机组、箱式变电站、场内馈线、主变压器、无功补偿装置和送出线路等。在不同电网强度下,对比分析风电机组在故障过程中具备吸无功、发无功不同特性时,风电场在故障过程中的电压分布、并网点有功和无功的暂态特性。研究结果表明,风电机组具备灵活的无功电流调节能力对风电场故障穿越能力的实现至关重要。     

全功率变换风电机组的电压源控制(二):电网故障穿越控制与保护EI北大核心CSCD

电压源风电机组可实现对电网频率和电压的自主快速支撑,是构建新型电力系统的关键装备。惯性同步控制方法通过直流母线电压对电网频率的自主感知同步电网和进行频率响应,是实现电压源风电机组的一种有效方法。然而,当电网暂态故障时,网侧变换器因输出功率受限无法控制直流母线电压稳定,打破了直流母线电压感知电网频率的机制,使得网侧变换器与电网失去同步;此外,惯性同步控制方法无电流内环,在暂态故障下容易出现过电流导致机组因自我保护而退出运行。针对上述问题,该文提出一种应对电网故障的电压源风电机组控制策略,具备暂态故障期间网侧变换器对电网同步的能力,采用电网电压和直流电压复合判断法控制同步环节准确切换,通过电压电流级联控制结构和虚拟阻抗自适应调节器有效抑制了暂态过电流,搭建了2.3MW永磁直驱风电机组的Bladed+RTDS硬件在环实验平台,验证了所提控制策略的有效性。     

改进的配电网双馈风电场电压控制策略

结合双馈风电机组(doubly-fed induction generators,DFIG)的运行特点,提出了一种改进的适用于与配电网连接的双馈风电场的电压控制策略,其中既包括了传统的通过无功功率控制电网电压的方法,也包括电网负序电压的补偿控制策略。以双馈风电系统的功率关系为基础,给出双馈风电机组不同运行状态下的无功功率的计算方法,阐述双馈风电机组的无功功率控制方法及通过风电场无功功率控制电网电压的方法。针对电网电压不平衡的情况,给出通过双馈风电机组抑制电网负序电压影响的控制方法,分析了双馈机组的控制电网负序电压的限制条件和控制策略。由双馈风电机组构成的与配电网连接的风电场的仿真结果验证了所提出的电压控制策略的有效性,仿真结果表明这种电压控制方法可以有效地提高电网及风电场运行的稳定性。     

改善基于双馈感应发电机的并网风电场暂态电压稳定性研究

提出了改善基于双馈感应发电机的并网风电场暂态电压稳定性的措施以实现风电场的低电压穿越(low voltage ride through, LVRT)功能。目前，大部分基于双馈感应发电机的变速风电机组不具有故障情况下的暂态电压支持能力，当电网侧发生严重短路故障时，风电场的暂态电压稳定能力会影响到电网安全稳定。该文在DIgSILENT/PowerFactory中建立了具有暂态电压支持能力的变速风电机组转子侧变频器控制模型及用于故障后稳定控制的桨距角控制模型，通过包含风电场的电力系统仿真计算验证了模型的有效性及其对风电机组和电网暂态电压稳定性的贡献。仿真结果表明，当电网侧发生三相短路故障时，风电机组转子侧变频器暂态电压控制能够控制风电机组发出无功功率支持电网电压；桨距角控制能有效降低变速风电机组机械转矩，避免出现风电机组超速及电压失稳。得出结论：采用变频器暂态电压控制及桨距角控制能够改善基于双馈感应发电机的并网风电场的暂态电压稳定性，确保风电机组低电压穿越(LVRT)功能的实现及电网安全稳定。     

一种应用于双馈异步风力发电系统高电压穿越的控制策略

文章讨论了电网电压骤升时双馈风电机组网侧和转子侧变流器有功、无功功率的分配原则,给出有功、无功电流的极限表达式,提出一种能有效提供动态无功支持的高电压穿越(high voltage ride-through,HVRT)实现方案。在机组端电压骤升至1.1倍标称值以上时,该方案一方面控制网侧变流器输出与电压骤升幅度相匹配的无功电流,实现母线电压的稳定;另一方面通过优化转子侧变流器有功、无功电流设定,使双馈感应发电机工作在无功支持模式,优先向故障电网输出一定的感性无功功率。仿真和基于东方风电6 MW试验台实验结果表明,该控制方案不仅能确保电网电压骤升期间双馈风电机组的不脱网运行,还能对故障电网提供一定的动态无功支撑,协助电网电压快速恢复,利于其它并网负载的安全运行。     

全功率变流器永磁直驱风电系统低电压穿越特性研究

随着风电机组安装容量的不断上升,风电系统在电网故障情况下的运行变得尤为重要,电网导则要求风电机组在电网电压瞬间跌落一定范围内不脱网运行。针对使用背靠背全功率变流器的永磁直驱风电系统,提出一种在电网电压瞬间跌落情况下不脱网运行的方法。电网发生电压瞬间跌落时,网侧变流器运行在静止无功补偿（STATCOM）模式,依据电网电压跌落的深度决定发出无功电流的大小,通过快速提供无功电流来稳定电网电压,实现直驱型风电系统的低电压穿越功能。仿真和实验结果表明电网电压故障时使直驱风电系统运行在STATCOM模式可以有效提高低电压穿越能力。     

一种实用的双馈风电机组高电压穿越方案

随着风电并网导则对风电机组的稳定性、可靠性要求日益提高,研究风电机组的高电压穿越技术十分必要。提出一种基于无功支撑和硬件耗能的双馈风电机组高电压穿越控制方案,在电网电压升高到1.1倍标幺值及以上时,一方面向电网中吸收无功功率;另一方面利用耗能电阻Chopper消耗直流侧多余的能量以保护电机与变流器。仿真结果表明该方案能够实现双馈风电机组的高电压穿越,且能够降低机组端电压,有利于故障电网的恢复。     

考虑电网背景谐波影响的直驱风电机组谐波电流建模与分析

随着风电产业的持续快速发展,直驱风电机组由于其效率高、故障率低等特点而得到了越来越多的应用,但其并网输出的中频谐波电流超标问题日趋显现。为准确反映直驱风电机组并网中频谐波电流,需建立可准确评估其谐波电流的动态数学模型。以采用典型矢量控制的直驱风电机组为对象,综合考虑电网背景谐波、调制死区效应以及功率因数的影响,建立可准确反映直驱风电机组并网中频谐波电流的动态数学模型。通过仿真分析发现,直驱风电机组并网谐波电流由电网背景谐波、调制死区所产生的同频率谐波电流叠加构成,而功率因数则通过改变同频率谐波电流间的夹角而影响相应频率谐波电流。最后,通过2.0 MW型直驱风电机组的仿真数据、计算数据与实测数据间的对比分析,验证了文中所建立动态数学模型的准确性,为直驱风电机组并网谐波电流定量分析和评估提供了手段和依据。