含飞轮储能单元的永磁直驱风电系统低电压穿越控制策略

在分析电网对称故障下含飞轮储能单元的永磁直驱风力发电系统运行行为的基础上,提出适于该类型风力发电系统的低电压穿越运行控制策略。所提出的控制策略通过协调控制电机侧变换器、电网侧变换器及飞轮电机变换器,在实现故障时系统直流链电压稳定控制的同时,可满足发电系统向电网注入一定无功功率的运行要求,有效增强了发电系统的低电压穿越运行性能。通过仿真计算,验证了所述控制策略的有效性。进一步分析了影响发电系统低电压穿越运行性能的因素,并对发电系统的低电压穿越能力进行了评估。     

风电并网技术——低电压穿越

低电压穿越,指在风力发电机并网点电压跌落时,风机能够保持并网,并向电网提供一定的无功功率,支持电网恢复,直到电网恢复正常,从而＂穿越＂这个低电压时间（区域）。不同国家和地区所提出的低电压穿越要求不尽相同。目前在一些风力发电占主导地位的国家,     

直驱风力发电系统低电压穿越技术

为提高直驱式变速恒频风电系统的故障穿越能力,采用直流侧过压保护Crowbar电路,使电网电压跌落时风机能够正常运行,故障消除后系统能快速恢复至额定输出。在电压跌落期间,控制网侧变流器发出无功功率,即运行STATCOM模式,快速向电网提供无功功率,稳定电网电压,帮助电网电压快速恢复。据此提出基于Crowbar卸荷电路和STATCOM运行策略的直驱风力发电系统的低电压穿越(LVRT)方案,并进行了实验验证。     

电网故障下直驱永磁风力发电机的无功功率控制策略

直驱永磁同步风力发电系统（Directly driven wind turbine with Permanent Magnet Synchronous Generators, D-PMSG）因具有结构简单、发电效率及运行可靠性高等优点已经逐渐成为风力发电的主流机型。随着风电场规模的逐渐增大,风力机的低电压穿越能力（Low Voltage Ride Through, LVRT）已经成为大型风电场并网的必备条件。文中针对电网故障下直驱永磁风力发电机的无功功率出力问题,采用在电网故障阶段并联备用变频器以及无功优先的控制方法,在电压跌落期间充分利用变频器的无功产生能力, 使风力发电系统在故障期间迅速增加无功功率的输出,提升机端电压,帮助电网电压恢复,从而增强了直驱永磁同步风力机的低电压穿越能力。     

基于干扰抑制的双馈风机低电压穿越控制策略

低电压穿越要求风力发电系统在电网电压突降下保持连续运行并为电网提供无功功率支撑。为提升双馈风力发电系统的低电压穿越能力,提出基于状态相关Riccati方程技术的干扰抑制控制方法。所提干扰抑制控制目标为：确保转子侧换流器在暂态期间为系统提供所需的无功功率支撑;控制网侧换流器以维持直流母线电压恒定。基于上述控制目标构建相应的干扰抑制控制问题,并采用状态相关Riccati方程技术获得反馈控制律。在设计权重矩阵时,充分考虑了控制目标、控制效果与控制成本的影响。为了保证转子电流和直流母线电压在低电压穿越过程中处于安全范围,设计转子电流抑制机制,并采用串联动态电阻保护电路。最后,与传统比例-积分（PI）控制、基于粒子群优化的PI控制、滑模控制以及精确线性化控制的仿真结果进行对比,结果表明所提出的控制策略具有更好的暂态性能,能够有效地提升双馈风力发电系统的低电压穿越能力。     

一种模拟直驱永磁风电机组低电压穿越的试验系统

随着直驱永磁风力发电系统并网容量逐渐增加,电力系统对其低电压穿越能力也做出了明确规定,因此直驱永磁风电机组的低电压穿越算法成为近年研究热点,而算法的研究需要硬件平台的支撑。针对这个问题,构建了一套直驱永磁风力发电机组的低电压穿越试验平台。试验平台主要由模拟风力机、永磁同步电机、全功率变流器以及模拟电网组成。在模拟风力机设计时,基于直流电机的电磁转矩特性,控制其电枢电流使直流电机输出转矩实时跟踪风力机的转矩,并采用减速箱和飞轮来模拟实际风力机的低转速特性和大惯性特性。为验证试验平台的运行效果,采用了一种应用于全功率变流器的有功无功协调控制策略,在电网电压跌落时,优先向电网传输所要求的无功功率,在此基础上最大限度地向电网传输有功功率。试验结果表明:搭建的试验平台可稳定运行,在电网电压跌落至60%时,应用有功无功协调控制策略可实现低电压穿越,并使电网电压提升了11%。     

NPC型直挂储能变流器桥臂断路故障下低电压穿越的容错控制

NPC型直挂储能变流器长期运行可能发生桥臂断路故障造成设备停运以及影响低电压故障穿越,基于故障相与直流母线中点直连构成虚拟桥臂重构容错故障拓扑,提出了基于模型预测控制的桥臂容错低电压穿越控制策略。考虑重构后的容错拓扑结构降低了直流侧电压的利用率,研究分析了该容错结构进行低压穿越的最大输出电流整定方法。由于低电压穿越过程中电压跌落后的容错拓扑输出特性发生改变,对储能直挂容错结构的输出电流、电压进行模型预测矢量分析,推导出电压跌落与最大输出电流的关系式。在重构的空间电压矢量内选择能够支撑低电压穿越的矢量状态,控制储能变流器按照低电压穿越技术规范进行有功无功功率分配,支撑电网电压。仿真结果验证了所提出的控制策略保证容错拓扑结构可以在桥臂故障期间运行的有效性以及低电压穿越过程中提供无功功率支撑的可靠性。     

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。     

基于新型统一电能质量控制器的光伏电站故障穿越技术

近年来,光伏电站低电压穿越技术得到了快速发展,但受限于光伏并网系统电压检测速度影响,光伏电站故障穿越的快速性等问题亟需解决。文中提出一种适用于光伏电站故障穿越的的新型统一电能质量控制器(UPQC)接入结构及控制方法。该型UPQC能够在高电压故障时,通过补偿使光伏电站出口电压稳定在额定值,系统具备高电压穿越的能力,并兼有谐波补偿功能,有助于光伏电站快速响应电网电压波动情况,提升光伏电站故障穿越能力。UPQC可以配合光伏电站在低电压故障时输出无功功率,帮助光伏电站在指定的时间内发出电网需要的无功功率,并且能够在高电压故障时吸收电网无功功率,加速电网电压恢复过程,综合提升光伏电站穿越能力。最后,文中给出100 MW光伏电站运行仿真结果,验证了所提电力电子补偿系统的有效性和可行性。     

双馈感应式风力发电系统低电压穿越技术的研究

本文以国内外电网中所占比例最大的双馈感应式风力发电系统为对象来研究风力发电机组的低电压穿越能力。首先详细分析了双馈感应式风力发电系统的基本工作原理,在此基础上设计了转子侧变流器和网侧变流器的改进型矢量控制策略并在Matlab/Simulink环境下对其进行了建模仿真;然后根据风力发电系统故障的特性提出低电压穿越方案:电网短路故障期间,通过在风力发电机机端与电网之间串联动态电压调节器(DVR)来实现双馈风力发电系统的故障穿越,最终提出了基于定子侧DVR的低电压穿越新型控制方案。通过仿真实验,本文提出的低电压穿越方案能有效提高风力发电系统的低电压穿越能力。