双馈风力发电系统柔性并网控制策略研究

介绍了在空载条件下双馈风力发电系统柔性并网的控制策略研究。通过分析空载并网的基本思路,推导并建立双馈电机在空载条件下并网的数学模型,提出按照定子磁链定向矢量控制以及电网电压定向矢量控制结合的空载并网控制方案,并利用仿真软件Matlab搭建仿真模型进行仿真。仿真结果表明:在该控制策略下,定子电压很好地实现了对电网电压的快速跟踪,并网时刻冲击电流很小,并快速完成了风力发电系统的软并网。     

并网型变速恒频风力发电系统仿真及实验研究

在对双馈电机的数学模型进行深入研究的基础上,进而提出一种双闭环空载并网控制策略,并且给出了控制器的设计方法。对提出的控制策略搭建了仿真模型,并且在实验平台上进行了验证。仿真和实验结果表明,控制系统不仅实现了在变速情况下的柔性平滑并网,而且在并网后可以对有功功率和无功功率进行解耦控制。     

全开放可实时监控式双馈风力发电实验平台研究

针对目前风力发电实验平台底层代码不开放、编程繁琐、实时监控差等缺点,研发了一套开放、易编程、实时性强的风力发电实验平台。分析了双馈风力发电机组的运行原理。首次推导了以直流侧电压误差和igq误差作为输入量α、U的网侧幅相控制。推导了基于定子电压定向的空载并网及功率外环和电流内环的双闭环最大功率跟踪控制。在Simulink环境下仿真,验证了控制策略的有效性。搭建了以PLC和NI Compact RIO为核心,Lab VIEW程序实现控制策略和监控的风力发电实验平台,对并网及最大功率跟踪进行实验。实验结果表明在该实验平台上可以准确、可靠地进行风力发电技术研究。     

变速恒频风力发电机空载并网控制策略

将磁场定向的矢量控制技术应用到双馈风力发电机并网控制中,建立了交流励磁变速恒频风力发电机空载并网控制策略,实现了转子侧电流与磁链的解耦控制.为了说明该控制策略的有效性,用Matlab/Simnlink建立了空载并网仿真模型,进行了仿真分析,并在11 kW双馈风力发电系统平台上进行实验验证,仿真分析和实验结果均表明该控制...     

双馈风力发电机空载并网运行控制建模与仿真研究

针对双馈风力发电机(doubly-fed induction generator,DFIG)空载运行和并网运行特点,采用一种"空载—并网"两阶段控制的方案,从而实现"空载"和"并网"2个工作状态的平滑转移。基于Matlab/Simulink平台,分别搭建了双馈风力发电机空载运行和并网运行的模型,给出了基于定子磁场定向矢量控制技术的空载和并网运行控制的详细仿真模型和具体参数,为研究双馈风力发电机并网控制技术提供重要的基础信息和平台。提出了一套较为完整的双馈风力发电机空载并网的仿真实验方案,通过该实验方案,可得到较为全面反映控制策略性能的实验结果,依据此可对并网控制策略的性能进行检验。最后,通过空载运行、并网瞬间的过渡过程以及并网后的最大功率追踪(maximum power point tracking,MPPT)等仿真结果验证了本文所提控制方案以及建立的仿真模型的有效性。     

双馈风力发电机并网控制及稳态运行研究

在考虑定子电压动态性能的情况下,对变速恒频双馈型风力发电机空载并网及电网故障下运行控制策略进行了深入分析,并仔细推导了各控制器的设计依据.利用电网电压定向的矢量控制及分段改变转子电流的参考值的方法实现该并网控制,其主要目的是降低并网时定子的冲击电流.在稳态运行时,考虑了定子电流动态性能的要求,进一步提高了向电网输入电能的质量和低电压穿越能力.最后对整个并网过程进行了实验研究,结果证明了该控制策略的正确性与有效性.     

双Boost单相逆变器并网控制策略

双Boost单相逆变器能够实现单级升压逆变,适用于分布式能源并网发电领域。针对其并网控制策略难以兼顾高性能的动态响应特性以及交直流侧电能质量的问题,在分析双Boost单相逆变器并网工作原理、功率解耦以及谐振机理的基础上,提出了一种由单并网电流环、功率解耦和有源阻尼组成且具有对称结构的并网控制策略,分析并介绍了各部分控制原理。最后,仿真和实验结果表明,所提控制策略具有动态响应速度快、并网电流质量高、直流侧无二次功率脉动等优点。     

双馈风力发电机组并网控制策略及性能分析

为了实现双馈风力发电机组无冲击电流并网,基于电网电压定向矢量控制技术,提出了一种考虑转子电流动态调节特性的双馈风力发电机组空载并网控制策略。基于Matlab/Simulink仿真平台,建立了双馈风力发电机系统及其并网控制的数学模型,并对不同初始运行转速的双馈风力发电机组的自动并网运行特性进行了仿真。仿真实验结果证明无论初始转速为同步转速,还是超、亚同步转速,利用提出的并网控制策略,双馈风力发电机组能很好快速地建立定子电压,并网过渡过程定子电流基本没有冲击。     

交流励磁双馈电机分段并网控制策略

针对交流励磁双馈电机转子位置初始误差提出了一种补偿控制器。根据电网电压矢量控制时双馈电机数学模型,推导了定子开路稳态时转子电流与定子电压的关系,并基于此构建了转子位置初始误差的补偿控制器。对所提出的初始误差补偿原理进行了分析。另外,将该补偿控制器应用到风力发电系统实际并网控制过程,提出一种交流励磁双馈电机分段并网控制策略。设计了控制器,并在所搭建的变速恒频风力发电实验平台上作了相应的实验,结果证明了补偿控制器分段并网控制的有效性。     

基于LabVIEW的双馈风力发电实验系统的研究

为了解决双馈风力发电系统发电方式、并网方式和并网后对电网可能带来的影响,分析了传统风力发电控制器的不足。提出了以LabVIEW软件、PXI及FPGA硬件为核心的变流器系统的控制器。该控制器以图形化编程来实现控制算法(矢量控制)部分.通过详细的双馈风力发电系统仿真建模,较好地实现了柔性并网、功率解耦控制、电能质量的日标。最后,搭建了双脉宽调制(PWM)变流器的双馈风电系统实验平台进行实验,完成了整个系统的硬件和软件设计,验证了控制策略的有效性和可行性。     

无轴承开关磁阻电机实验平台的设计与实现

将无轴承技术应用于开关磁阻电机中可充分发挥该电机的高速适应性,并拓宽其在微型和大功率领域中的应用。该文在已有数学模型基础上,针对其电磁转矩和悬浮力的控制特点,设计了以DSP-LF2407A为控制核心的数模混合控制实验平台。实验平台包括无轴承开关磁阻电机本体、DSP数字控制器、电流滞环控制器、PID调节单元、3套功率逆变器、传感器和相关辅助电路,并对其工作原理进行了分析。在此基础上设计了控制系统的软件,并给出了主要子程序的流程图。通过对整个实验平台硬软件的联合调试,实现了无轴承开关磁阻电机的稳定悬浮。     

虚拟同步风电场协同光伏电站附加阻尼控制方法

迅速增长的新能源并网容量可能会导致电力系统的低频振荡现象,以风电和光伏为主的新能源机组应具备抑制低频振荡的能力.以含风电场和光伏电站的系统为研究对象,阐明双馈风机(doubly fed induction generator,DFIG)虚拟同步控制和附加阻尼控制增加系统阻尼的原理,以DFIG并网点处有功功率变化量为输入...     

并网型交流励磁变速恒频风力发电系统控制研究

并网型交流励磁变速恒频风力发电系统存在不同的运行区域,各运行区域对应的控制方式有所不同。文中讨论了并网型交流励磁变速恒频风力发电系统的运行区域,指出并网控制和功率解耦控制是发电机重要的控制模式。在讨论双馈异步发电机数学模型的基础上,将磁场定向矢量控制技术应用于发电机控制,探讨了基于定子磁链定向矢量控制的并网型交流励磁变速恒频风力发电系统功率解耦控制策略和并网控制策略。构建了1台10kW的实验机组,对并网控制和功率解耦控制进行了完整的稳态、动态实验研究。实验结果表明,风力发电机控制性能优良,不但可在变速情况下可靠并网,而且并网后还能在变速恒频运行的基础上实现有功功率、无功功率的解耦控制。     

DFIG Oscillation Modes Causing Strong Dynamic Interactions to Degrade the Damping of Power System Low-Frequency Electromechanical Oscillations

Open-loop modal coupling is the closeness of an open-loop oscillation mode of a grid-connected DFIG to an open-loop electromechanical oscillation mode of a power system on the complex plane. When the open-loop modal coupling occurs, the dynamic interactions between the DFIG and the power system become strong and may degrade the damping of the low-frequency electromechanical oscillations (LEPOs) of the power system. In this article, analysis is carried out to explain why the open-loop modal coupling may cause the damping degradation of the LEPOs. By deriving the simplified open-loop transfer function matrices of the DFIG, existence of open-loop DFIG oscillation modes to cause the open-loop modal coupling is analytically examined. Conclusions of analytical examination are: (1) If the rotor speed is used as the input signal to the active power control outer loop of the rotor side converter (RSC) or the generic type 3 model is adopted by the reactive power control outer loop of the RSC, the DFIG may have an open-loop oscillation mode to cause the open-loop modal coupling; (2) The PLL may also contribute to an open-loop oscillation mode of the DFIG. Study cases are presented to demonstrate and evaluate the analysis and conclusions.     

基于定子磁链定向的双馈电机变流器控制策略

风能是一种蕴藏量大、分布广、可再生且无污染的重要能源,为了更好更方便地利用风能,在不具备风电场进行实验的情况下,可以建立一个能模拟风电场特性的实验平台。在构建10kW变速恒频双馈电机实验平台的基础上,采用DSP2808芯片编写了变流器的基于定子磁链定向控制策略的机侧和网侧的程序,并通过空载并网实验验证了本设计的可行性。     

不同控制策略对双馈风机暂态特性影响仿真研究

本文根据网侧基于电网电压定向的矢量控制策略和直接功率控制策略及机侧基于定子磁链定向的矢量控制策略和直接功率控制策略,在PSCAD平台上分别搭建了基于矢量控制策略和直接功率控制策略的两套双馈风机仿真模型,对比分析了电网发生对称性短路故障导致机端电压不同程度轻微跌落和严重跌落时基于不同控制策略的风机的暂态特性,分析了不同时刻投入撬棒电路时基于不同控制策略的风机短路电流特性,并仿真分析了基于不同控制策略的网侧变频器不发无功时对直流母线电压的稳定作用及发无功时对电网电压的支撑作用,最后总结了不同控制策略对双馈风机对称性短路故障暂态特性的影响。     

双馈感应式风力发电系统低电压穿越研究

双馈感应式风力发电机组以其变流器容量小,有功和无功功率可独立解耦控制的特点,已成为目前变速恒频风力发电机组的主流机型。正因为双馈感应发电机(Double Fed Induction Generator,简称DFIG)的变流器容量小,所以它对电网电压扰动的抵御能力较弱。为防止扩大电网故障,目前欧洲电力系统要求风力发电系统具备低电压穿越(Low Voltage Ride Through,简称LVRT)能力。这里建立了简化的DFIG低电压穿越系统,在22 kW实验平台上进行了实验,其结果说明Crowbar电路能抑制电机定、转子电路中的暂态电流,系统基本具备了低电压穿越能力。     

基于虚拟惯量和频率下垂控制的双馈风电机组一次调频策略

针对双馈风电机组(DFIGs)不具备调频控制能力的问题,设计DFIG一次调频控制策略,实现了DFIG参与电网一次调频。研究DFIG功率控制原理和频率响应过程,并考虑虚拟惯量、频率下垂控制对应的响应时间尺度不同,提出基于虚拟惯量和频率下垂控制的DFIG一次调频策略,增强了DFIG应对频率变化时的暂态和稳态功率调节能力。基于RT-LAB软件搭建了DFIG频率响应控制的半实物仿真平台,仿真与实测结果验证了该方法能够有效提高DFIG电网频率适应性。     

双馈变速风电机组频率控制的仿真研究

双馈变速风电机组采用双脉宽调制（PWM）变流器实现电磁与机械的解耦控制，这也使得双馈变速风电机组对系统频率变化的响应降低。文中以双馈变速风电机组模型为基础，根据双馈变速风电机组控制特点和控制过程，在电力系统仿真软件DIgSILENT/PowerFactory中增加了频率控制环节，在系统频率变化时，双馈变速风电机组通过释放或者吸收转子中的一部分动能，相应增加或者减少有功出力，实现了风电机组的频率控制。仿真结果证明了频率控制环节的有效性和实用性，并证明了通过增加附加频率控制环节，风电场能够在一定程度上参与系统频率调整。     

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。