小值电压跌落下的双馈风力发电机控制策略的改进

通过对双馈感应发电机(DFIG)系统中的传统定子电压控制策略和网侧变换器控制策略的分析,给出了DFIG系统运行在电网电压小值跌落时改进的定子电压定向控制策略和网侧变换器控制策略,搭建了DFIG系统在不同控制方案下的Simulink仿真模型,系统仿真结果表明:提出的改进控制策略能有效地抑制电网电压跌落时DFIG系统的转子侧过电流和直流侧过电压,提高了系统在电网故障时的不间断运行能力.     

弱电网下双馈风电机组电网电压扰动补偿控制策略

针对弱电网下双馈风电并网系统的稳定性问题,文中提出了一种基于电网电压扰动补偿的双馈风电机组补偿控制策略。首先,在同步旋转坐标系下建立双馈风电机组,包括转子侧变换器和网侧变换器的统一阻抗模型。然后,基于所建立的阻抗模型分析了并网点电压扰动到控制器输出的传递关系,分别在转子侧电流环和网侧电流环引入了电压扰动补偿对变换器进行改进控制,并通过广义奈奎斯特判据证明了该方法能有效提高双馈风电机组在弱电网下的并网稳定性。理论分析表明,基于并网点电压扰动补偿的转子侧和网侧补偿控制能很好地改善双馈风电机组的输出阻抗特性,从而提高其在弱电网下的稳定性。最后,通过仿真分析验证了该补偿控制方法的有效性。     

基于变结构准Z源的双馈风电机组强励变换器

当电网电压发生深度跌落时,需要风力发电系统不脱网且向电网提供动态无功支撑,采用传统励磁变换器的双馈风电机组往往需要通过外加装置才能实现这一要求.外加装置使系统变得复杂,可靠性和效率降低.针对这一问题,文中分析了双馈风电机组低电压穿越的瓶颈,提出了构建坚强励磁系统的思想,并设计了一种基于变结构准Z源的新型双馈风电机组强励变换器.将传统的电容型母线替换为准Z源网络,当电网正常时该变换器运行于可调电压的单电容型母线状态,当电网电压发生深度跌落时,该变换器可以迅速升高直流链电压,从而保证转子侧变换器在故障期间始终可控.搭建了双馈风电机组低电压穿越仿真与实验系统,仿真与实验结果表明所提强励变换器拓扑具有良好的稳态与动态性能,在电压深度跌落时能够有效控制转子电流,实现双馈风电机组的低电压穿越和无功支撑.     

基于电网电压定向的双馈风力发电机灭磁控制策略

电网故障造成的电网电压变化会在双馈发电机定子绕组中产生定子磁链的暂态直流分量,造成发电机输出功率波动和电磁转矩振动,需要采取灭磁控制来加快定子磁链暂态直流分量的衰减.文中提出了一种适用于双馈风力发电机电网电压定向矢量控制的灭磁控制方法,首先分析了电网故障对双馈发电机内部电磁关系的影响,在此基础上分析了双馈发电机电网电压定向矢量控制的稳定性,就此提出了一种新型的灭磁控制方法,并进一步阐述了转子侧变换器容量及风电机组运行状态对灭磁控制效果的影响.仿真验证表明,所提出的灭磁控制方法可以在电网电压跌落程度较轻的情况下有效减小双馈发电机定子磁链中暂态直流分量的影响,提高双馈风电控制系统的稳定性,有利于实现风电机组的低电压穿越.     

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。     

双馈电机电压跌落暂态过程分析

为了便于研究并网双馈风力发电机组低电压穿越运行的控制策略,有必要对电压跌落时双馈风电机组的暂态特性进行分析.本文利用双馈发电机定转子磁链的暂态变化机理,推导并提出了双馈风电机组在电网电压骤降时的定子暂态电流和电磁转矩的解析表达式.在此基础上,通过对表达式的分析得到影响电压跌落电磁过渡过程的本质因素.在理论分析基础上,为了验证所提电磁过渡过程的正确性,建立了1.5MW双馈电机低电压穿越控制模型,仿真结果表明:电网电压跌落时,双馈电机定子侧电流和电磁转矩与理论分析基本一致,因而可以说明本文电压跌落的分析方法能够正确地反映电压跌落过程中的电磁现象,可以为双馈电机LVRT控制策略的研究提供足够的理论依据     

电网对称故障下基于active crowbar双馈发电机控制

随着风力发电规模和风电机组单机容量不断增大,要求大型风电机组具有低电压穿越能力,因此需要研究三相对称故障下双馈风力发电机控制方法.在电网电压突然跌落时,由于双馈发电机中的电磁耦合关系,在定转子中感应出过电压过电流,为保护转子侧变换器,需要通过crowbar来短路双馈发电机的转子.针对传统的passive crowbar的不足,采用active crowbar电路的控制方法.当电网故障造成双馈发电机转子过流时,开启active crowbar电路来旁路转子侧变换器.当转子电流下降到一定程度时断开crowbar,转子侧变换器恢复工作,此时双馈电机可以向电网同时提供有功无功支持.理论分析的基础上进行了仿真研究.仿真结果证实了采用active crowbar可以有效地实现双馈风力发电机的低电压穿越.     

含STATCOM的双馈电机风电场无功电压协调控制策略

为增强风电场并网点电压稳定性,提出了变速恒频双馈风电场与动态无功补偿装置STATCOM间的无功电压协调控制策略。电网故障导致风电并网点不同深度的电压跌落时,根据双馈风机Crowbar保护投切状态,对DFIG风电机组转子侧及网侧变流器与STATCOM进行无功功率分配,协调控制促进风电场LVRT期间风电并网点电压的快速恢复。最后,在DIg SILENT/Power Factory仿真软件中建立了风电场和STATCOM控制模型,通过仿真验证该控制策略的有效性。     

双馈风电系统高电压穿越的节能控制策略

在研究双馈风力发电系统高电压穿越的节能控制问题的过程中,考虑到外部风力环境变化较大,需保持变换器的稳定性节能控制。传统节能控制方法不仅动态及稳态性能差,而且节能控制策略相对复杂。为了提高节能控制效果,提出采用串联网侧变换器的双馈风电系统高电压穿越的节能控制策略,向串联网侧变换器的控制向电机定子侧和电网间添加合理的控制电压,按照电网电压定向的同步旋转,给出d-q轴系下SGSC的电压控制方程,保持DFIG定子端电压不变,过滤DFIG定子磁链中的暂态直流分量。当双馈风电系统电压及电流均不超限时,对转子侧变换器和并联网侧变换器的输出电压矢量进行节能控制,使双馈风电系统为电网提供最大程度的无功支持,快速恢复电网电压。仿真实验结果表明,所提策略具有很高的节能控制性能。     

基于EMTP-RV电网电压对称跌落对双馈风电机组影响分析

为了研究电网三相电压对称跌落对双馈风电机组运行特性影响,从磁链守恒定律出发,定性分析了电网电压对称跌落时双馈风电机组定、转子输出的有功功率和无功功率、电磁转矩、机械转矩、转速以及直流电容电压等电磁分量的变化情况。并采用了定子电压定向矢量控制技术,在EMTP鄄RV中搭建了双馈风力发电机组的并网模型,仿真分析了电网电压发生40%～1s对称跌落条件下双馈风电机组的各个电磁量的变化情况,结果验证了理论推导的准确性。     

电网电压不对称跌落时DFIG的控制策略研究

相比于对称故障,不对称故障时双馈风力发电机(Doubly Fed Induction Generators, DFIG)的电磁暂态过程更为复杂,对DFIG造成的危害也越大。从电网电压不对称跌落时DFIG的电磁暂态过程入手,分析了DFIG各电磁量产生二倍频波动和过电流的直接原因。在此基础上,提出了一种电网电压不对称跌落时转子侧变换器(Rotor Side Converter, RSC)的转子电压补偿控制策略,通过控制RSC交流侧的输出电压,对转子暂态电动势和负序电动势进行补偿。该控制策略可在电网轻度不对称故障时有效消除转子电流二倍频波动;在电网严重不对称故障时最大限度地减小转子电流冲击,增强DFIG的低电压穿越能力。此外,根据转子侧变换器的电压容量,对补偿控制策略的完全补偿范围进行了分析。仿真结果验证了所提出控制策略的有效性。     

电网电压跌落下双馈风力发电系统强励控制

为增强电网故障下双馈风力发电系统(DFIG)的低电压穿越(LVRT)运行能力,提出一种DFIG转子侧变换器(RSC)强励控制策略。在基于定子磁链定向的矢量控制策略中增加多频比例谐振控制器(MFPR),当电网故障造成发电机定子电压跌落时,多频比例谐振控制器能够对转子侧变换器(RSC)的输出励磁电压进行补偿,抑制转子故障电流,实现DFIG的低电压穿越运行。分析了转子电压等级与DFIG的低电压穿越运行区间的关系,为DFIG转子侧变换器的电压等级设计标准提供了参考依据。控制系统结构简单,保证了系统的响应速度,可同时对电网对称跌落和不对称跌落产生的故障电流进行抑制。通过对1.5 MW双馈风力发电机组进行仿真研究,验证了理论分析的正确性和所提控制策略的可行性。     

电网电压不对称跌落下双馈风电机组转子电压分析

在实现低电压穿越的过程中,双馈感应发电机(DFIG)定子始终与电网相连,电机在电网电压跌落和恢复作用下的磁链动态响应会引起转子过电压,威胁转子变流器的安全,导致低电压穿越失败。文中基于DFIG动态模型,针对电网电压三相不对称跌落,提出了根据正序和负序电网电压分别求解电机定子磁链和转子电压动态响应的方法,采用电机定子磁链和转子电压矢量轨迹图直观地描述了电机动态响应过程,并给出了转子电压在不对称跌落期间的稳态值、不同跌落和恢复时刻下的最大值和最小值。相应的DFIG仿真结果验证了所述理论分析的正确性。最后,提出了一种转子有源Crowbar电阻的设计方法。     

电网故障不脱网运行的研究

为保证电网运行安全,需要采用自身的控制策略来抑制轻微电网电压跌落,主要是在故障下对网侧和机侧变换器的控制策略进行调整,即在严重电网跌落时,采用Crowbar装置在电压跌落时为转子浪涌电流提供通路,并限制转子电流的增大,在电压恢复时抑制电压骤升.此处提出一种Crowbar控制策略,能有效抑制转子过电流、直流母线过电压,并...     

电网对称故障时双馈感应发电机低电压穿越控制

分析电网对称故障时,双馈感应风力发电机定子磁链变化过程、导致定转子过电流的原因、电网故障发生具体时刻及故障程度对双馈感应发电机定转子的影响,提出一种双馈感应风力发电机转子侧变换器低电压穿越控制策略,改善了双馈感应发电机在电网故障时定、转子过电流的情况,实现了双馈感应发电机在电网对称故障时的低电压穿越.在理论分析基础上,建立双馈感应发电机转子侧变换器低电压穿越控制模型和3 kW双馈感应发电机励磁变换器低电压穿越控制实验系统.实验结果表明,所提出的双馈感应发电机低电压穿越控制策略动态响应快、方法行之有效.     

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。     

电网电压骤降时PWM整流器的控制

研究了电网连接的三相两电平电压源转换器(VSC)在电网电压发生扭曲时的控制结构。电网电压发生扭曲是由电压平衡或电压非平衡跌落、高次谐波等原因引起的。为了解决这个问题,提出了一种转换器控制结构。控制系统是基于双矢量电流控制器(DVCC)的电压定向控制器(VOC)的改进。在电压扭曲情况下通过采用锁相环(PLL),实现电网同步。仿真结果和试验证明了系统的性能。     

A novel control scheme for DFIG-based wind energy systems under unbalanced grid conditions

This paper presents an analysis and a novel control scheme for a doubly fed induction generator (DFIG) based wind energy generation under unbalanced grid voltage conditions. The control objectives are: (i) to limit the rotor currents, (ii) to suppress ripples in the torque and (iii) to suppress the dc-link voltage fluctuation through converter controls. Negative sequence compensation techniques by one of the converters, namely, the rotor side converter (RSC) or the grid side converter (GSC) in a DFIG are discussed and their limitations are presented. A coordinated control scheme with a concise structure compared to the conventional dual sequence control structure is proposed in this paper. The RSC is controlled to suppress ripples in the torque and the rotor currents while the GSC is controlled to suppress ripples in the dc-link voltage by considering the rotor power effect. The major contributions of the paper include: (i) the presentation of the limitation of negative sequence compensation using one converter; (ii) development of a concise coordination control scheme which is free of low pass filters and uses a reduced number of reference frame transformation. Matlab/Simulink tests for a 2MW DFIG demonstrate the effectiveness of the control scheme.     

基于Crowbar保护的双馈风力发电机低电压控制策略研究

针对双馈风力发电机在电压大幅骤降时投入Crowbar电路后引起直流侧过电压和动态无功补偿的问题,基于反馈线性化理论,提出了对网侧变频器进行非线性控制策略。通过协调控制STATCOM对电网进行动态无功补偿。仿真表明:网侧非线性控制器在电压骤降过程中能很好地抑制直流侧过电压;通过引入STATCOM补偿装置,很好地满足系统无功需求,证实了所提出控制策略的正确性,提高了系统的低电压穿越能力。     

应对电网电压骤降的双馈感应风力发电机Crowbar控制策略

双馈感应发电机(doubly fed induction generator,DFIG)具有有功、无功功率独立调节的能力及励磁变频器所需容量小等优点,在风力发电系统中得到了广泛应用,但由于励磁变频器的容量较小,使其在电网故障下的控制能力受到限制。为保护励磁变频器,需要采用Crowbar装置在电压骤降时为转子浪涌电流提供通路,并限制转子电流增大。文章提出了一种Crowbar控制策略,能有效抑制转子过电流、直流母线过电压以及电磁转矩的振荡,并可向电网注入无功电流以帮助电网电压的恢复。仿真结果验证了这种控制方式能使DFIG在大幅电压骤降故障下实现不间断运行,有效提高了DFIG风电机组运行的可靠性。