电网故障时永磁直驱风电机组的低电压穿越控制策略

为提高永磁直驱风电机组所并电网的运行稳定性,研究电网故障下永磁直驱风电机组的运行特性以及提高其低电压穿越运行能力,文中提出一种适用于采用双脉宽调制变换器并网的永磁直驱风电机组的低电压穿越运行控制方案。通过在电网故障时限制发电机的电磁功率来限制输入至直流侧电容和电网侧变换器的功率,通过在电网故障时采用考虑发电机功率信息的网侧变换器电流闭环控制来实现直流链电压稳定控制,从而有效实现发电系统的低电压穿越运行。系统仿真结果表明,所提出的控制方案无需增加硬件保护装置,在电网对称及非对称故障下均可有效实现永磁直驱风电机组的低电压穿越运行。     

储能型直驱永磁同步风力发电控制系统

为提高直驱永磁风力发电系统的性能,在直流侧增加新型钒氧化还原液流电池（VRB）储能装置。设计了相应的双向DC/DC变换器控制策略,在风速变化时,VRB能够通过快速充放电平抑系统发电机输出功率波动以及平衡电网需求功率;在电网电压跌落时,还可提高低电压穿越能力。对具有储能电池的风力发电系统建立了仿真模型,详细分析了系统在风速变化、电网需求功率变化以及电压跌落时的动态响应过程和运行特性,并给出了仿真验证。仿真结果表明,在直流侧加VRB储能装置,有效地提高了直驱风电系统并网运行性能和低电压穿越能力,系统动态响应速度快。     

储能型直驱永磁同步风力发电控制系统

为提高直驱永磁风力发电系统的性能,在直流侧增加新型钒氧化还原液流电池(VRB)储能装置.设计了相应的双向DC/DC变换器控制策略,在风速变化时,VRB能够通过快速充放电平抑系统发电机输出功率波动以及平衡电网需求功率;在电网电压跌落时,还可提高低电压穿越能力.对具有储能电池的风力发电系统建立了仿真模型,详细分析了系统在风速变化、电网需求功率变化以及电压跌落时的动态响应过程和运行特性,并给出了仿真验证.仿真结果表明,在直流侧加VRB储能装置,有效地提高了直驱风电系统并网运行性能和低电压穿越能力,系统动态响应速度快.     

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。     

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。     

直驱型风电系统网侧变流器LVRT控制策略研究

针对直驱型风机变流器的控制,提出了采用一种基于正负序并网电流解耦控制网侧变流器矢量控制策略,实现了当电网平衡或不平衡时全功率风力发电系统的稳定运行。根据风电系统需具备低电压穿越(LVRT)能力要求,采用所提控制策略并结合直流卸荷保护电路控制电网故障条件下的直流电压,从而实现了直驱型风力发电系统的故障穿越控制。仿真和实验结果表明,所提控制策略应用到直驱型风力发电系统中,可满足电网导则标准中关于全功率风力发电系统的并网电流控制要求。     

永磁直驱风电机组低电压穿越时的有功和无功协调控制

为提高基于全功率变流器并网的永磁直驱风电机组低电压穿越能力,在深入研究该风电机组运行特性和控制策略的基础上,分析了电网电压跌落过程中引起全功率变流器直流侧电压波动的原因,提出了一种采用机侧变流器控制直流电压稳定,网侧变流器实现最大功率跟踪和有功无功协调的新型控制策略。在低电压穿越过程中,该控制策略根据变流器直流侧电压的变化,通过机侧变流器调节风力发电机的电磁功率,使电网故障期间风电机组的功率波动由发电机转子承担,消除全功率变流器两端的功率不平衡,稳定直流侧电压。并根据电网电压幅值,通过网侧变流器实现对风电机组输出有功和无功的协调控制,抑制电网电压扰动。仿真结果表明本文所提控制策略在电网电压扰动时能有效抑制直流侧电压波动,使永磁直驱风电机组的低电压穿越能力得到显著提高,并能有效实现对电网电压的支持。     

基于超级电容器的风电系统低电压穿越特性研究

新的风电并网标准要求风电机组具有低电压穿越的能力。分析了直驱式风力发电系统的低电压穿越能力,该系统在电压跌落期间由于能量不匹配而导致直流电压的上升,造成电网故障消失后网侧变流器恢复正常运行缓慢。建立了直流侧增加超级电容器储能单元前后的直驱式风电系统仿真模型,并分析其低电压穿越特性,结果显示超级电容器储能单元可有效增强系统的低电压穿越能力,提高风能的利用效率。     

永磁直驱同步风电系统并网运行仿真

针对永磁直驱同步风电机组(D-PMSG)并网问题,构建了经背靠背双PWM全功率变流器并网的D-PMSG仿真模型,包括电网电压正常情况下的稳态并网模型和电网电压跌落情况下的并网模型.在系统稳态并网时,运行于最优功率模式,控制逆变器运行于单位功率因数,使风电场有功出力最大;在电网电压跌落时,系统运行于无功补偿模式,为电网提供无功支持,提高系统低电压穿越能力.仿真结果表明所建立的D-PMSG模型不但可以实现最优功率并网而且具有良好的低电压穿越能力.     

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%。     

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。     

风力发电机组低电压穿越测试与分析

随着风电在电力系统中的穿透率逐年上升,风力发电与电力系统之间的相互影响越来越大,电力系统对并网风力发电机组在电网故障下能不间断运行提出强制性要求。分析了直流卸荷电路的工作原理和拓扑结构,建立了直驱风电系统模型。机侧变流器采用改进的直接电流矢量控制策略,实现了发电机平稳高效运行;对网侧逆变器控制策略做了进一步改进,增强机组的低电压穿越能力。利用移动式低电压穿越检测设备对内蒙古某风场永磁直驱风电机组进行了现场测试,测试结果满足国网的风电低电压穿越运行要求。     

永磁直驱风机低电压穿越协调控制策略

已有的平衡控制策略无法同时兼顾直流侧电压稳定和并网有功无2倍工频波动,为此提出一种适用于永磁直驱风机的改进低电压穿越协调控制策略。该策略基于功率平衡思想,电网电压不对称故障期间,利用机侧变流器追踪并网输出有功,确保直流侧两端的功率流动基本平衡;通过在直流侧增加前馈控制环节,在消除并网有功2倍工频波动分量的同时,可维持直流侧端电压稳定;通过修正网侧变流器的参考电流指令,可使网侧电流维持在额定值附近。基于Matlab/Simulink搭建了永磁直驱风电仿真系统,验证了其有效性。在电网单相、两相短路故障时,该策略均可在抑制直流侧电压和并网有功波动的同时,有效地限制网侧电流幅值,更好地支持系统低电压穿越。     

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.     

直驱式风力发电系统低电压穿越控制策略研究

针对直驱式永磁风力发电系统的低电压穿越问题,提出一种新型的基于网侧并联逆变器的方案。阐述了其工作原理,建立直驱式永磁风力发电系统的模型,分析了该系统在电压跌落期间的运行特性。仿真结果表明,网侧并联的副变流器对于抑制直流侧母线电压、提高有功输出能力有明显作用,同时结合风电机组本身配置的Crow Bar电路,保证了风力发电机在规定时间内不脱网。     

基于多相PMSG和三电平变流器的风电机组低电压穿越

当前国内外对于风电机组的并网规范都要求电网发生电压跌落时风电机组能够保持不脱网运行以帮助电网故障恢复。针对一种新型的基于多相直驱永磁同步发电机(PMSG)和混合式三电平变流器的大功率直驱风电系统的低电压穿越技术进行了研究。首先分析了电网故障对直驱风电系统带来的影响,然后给出了新型机组的低电压穿越策略,即通过改变电机侧和电网侧变流器的电流给定,配合发电机转速调节的方法来控制系统的能量传输,进而达到穿越故障的目的。最后建立了所提出的风电系统的时域模型,给出了不同电网故障情况下的仿真结果,验证了控制策略的可行性和有效性。     

一种PMSG低电压穿越综合控制策略

分析了关于直驱风电机组的不同低电压穿越方法的优缺点,结合直驱风电机组结构特点,提出一种能适应于不同电压跌落情况下的低电压穿越综合策略,即减少发电机出力,将变阻值卸荷电路和桨距角控制相结合,以避免直流电容过电压和发电机超速为原则,确保发电机和变流器的安全运行;网侧逆变器提供无功支持,同时采用基于磁控电抗器(Magnetically Controlled Reactor,MCR)的动态无功补偿装置进行无功补偿。在PSCAD平台上构建基于综合控制策略的直驱永磁风电机组模型,通过仿真验证了不同电压跌落下的直驱永磁风电机组低电压穿越能力,以及综合控制策略的可行性。研究表明低电压穿越综合策略能兼顾提升机组低电压穿越能力和故障穿越结束后风电机组的稳定运行能力。     

变流器瞬时功率平衡理论在直驱永磁风力发电机组低电压穿越中的应用

为了研究直驱永磁风力发电机组的低电压穿越运行特性,建立其数学模型,利用电力系统电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC搭建了机组仿真模型,进行了电网电压跌落故障发生时的机组低电压穿越特性仿真。利用低电压穿越设备对东北地区某风电场直驱永磁风力发电机组并网低电压穿越运行进行了测试。通过实测数据与仿真数据的对比,验证了所提出的直驱永磁风力发电机组并网运行控制策略及仿真结果的正确性。     

永磁直驱机组低电压穿越研究

风机的低电压穿越能力对于风电比例较大的电网的稳定运行十分必要。在分析永磁直驱风电机组数学模型和控制策略的基础上,研究了永磁直驱风电机组实现低电压穿越的方法和相应控制方案。应用于风力发电的永磁同步发电机采取特殊的设计方案,其较多的极对数使得在转子转速较低时,发电机仍然可以工作,因而在永磁直驱同步风电系统中使风轮机与永磁同步发电机转子直接耦合,省去齿轮箱,提高了效率,减小了发电机的维护工作,并且降低了噪声。另外永磁直驱     

含蓄电池储能的永磁直驱风力发电系统并网研究

风力发电系统输出功率的随机性和波动性,给大规模风电并网带来严重挑战。为了有效地改善永磁直驱风力发电系统并网特性,在直流侧增加蓄电池储能装置。设计了储能电池侧双向DC/DC变换器的控制策略,建立了含有储能电池的风力发电系统仿真模型。分别仿真分析了电网侧需求功率变化以及风速变化时系统的动态响应特性。仿真结果证明,增加蓄电池储能装置可以有效地提高永磁直驱风电系统并网特性。