采用全钒液流电池储能的UDVR提升DFIG-LVRT能力研究

为了提升双馈电机(DFIG)风电系统柔性故障穿越(FFRT)能力,提出了采用全钒液流电池(VRB)储能的三单相不间断动态电压恢复器(UDVR)应对策略。对电网电压不平衡时DFIG转子侧变换器和网侧变换器暂态特性进行了理论分析,对全钒液流电池充放电特性进行了仿真分析,对单相UDVR的工作原理、矢量关系及其控制策略进行了研究。建立了基于VRB储能的UDVR改进DFIG风电系统故障穿越能力仿真模型。采用正常运行时UDVR旁路备用,电网故障时UDVR进行电压补偿的方式,验证了DFIG-FFRT特性。结果表明:对于严重的电网对称和不对称故障情况,UDVR可向电网注入补偿电压,整个暂态过程机组向电网注入了友好型绿色能源,提升了DFIG机组无超调FFRT运行能力。     

适用于双馈风电系统的九开关型统一电能质量调节器

为减小电压谐波、电压跌落与骤升、电压不平衡等电能质量问题对双馈感应发电机(DFIG)风电系统的影响,在对多种统一电能质量调节器(UPQC)拓扑结构研究对比和九开关变换器建模分析的基础上,提出一种应用于双馈风电系统的九开关型UPQC方案。在对UPQC电压、电流补偿单元运算电路建模的基础上,设计相应的控制策略。按照电网工况,设定谐波电流补偿、轻度电压补偿、重度电压补偿3种工作模式,优化UPQC运行方案。仿真与实验结果表明,九开关型UPQC可以有效治理电压、电流谐波,消除电压偏差与相位跳变,提高DFIG机端电能质量,使机组可以在多种故障电压工况下实现柔性故障穿越。     

采用VRB-UDVR提升1 MW光伏发电系统柔性故障穿越能力的仿真研究

为改善1 MW光伏发电系统(PVG)柔性故障穿越(FFRT)能力,提出了基于全钒液流电池(VRB)储能的三相解耦型不间断动态电压恢复器(UDVR)拓扑结构。在对并网型PVG系统、VRB的等效电路模型和充放电特性、双向DC/DC变换器小信号数学模型和UDVR的工作原理进行理论分析的基础上,建立了VRB储能三相解耦UDVR与2路500 k W PVG并网系统仿真模型。PVG正常运行时UDVR处于旁路备用,检测到公共耦合点(PCC)电压故障时UDVR投入运行。依据国家最新光伏电站并网技术标准中规定的最严重电压故障边界条件,设计了6类代表性电网对称/不对称跌落/骤升故障工况,分别对投入UDVR时PVG系统的运行特性进行了深入分析。结果表明:针对各类PCC电压故障,三相解耦型UDVR均可灵活地向电网注入相应的补偿电压,维持了负荷端电压稳定,在宽电压故障范围实现了1 MW PVG系统FFRT运行。     

考虑转子电压电流耦合全补偿的双馈感应发电机改进PI-R电流控制策略

对电网谐波环境下基于PI-R电流控制器的双馈感应发电机(DFIG)控制策略进行了改进。建立了计及电网谐波的DFIG动态模型,分析了电网谐波环境下实现DFIG控制的常用方法。针对常用控制策略中未考虑DFIG转子谐波电压和谐波电流之间耦合的问题,提出了相应的改进方法,即通过对转子谐波电压和谐波电流间的交叉耦合进行补偿,实现了快速动态解耦控制,改善了控制性能。给出了考虑转子谐波电压电流耦合补偿的PI-R电流控制器设计方法。在PSCAD/EMTDC上进行了仿真,验证了改进方案的正确性和有效性。仿真证明,所提出的改进策略在保留PI-R控制器对交、直流量实现无静差控制特性及其良好的频率选择性的同时,更加有效地抑制了电网谐波对DFIG转子电流畸变和功率脉动的影响,进一步提升了电能质量。     

采用串联网侧变换器的DFIG风电系统低电压穿越控制

双馈感应发电机(DFIG)因其对电网故障的敏感性,其低电压穿越运行控制技术备受关注.文中针对定子侧加装串联网侧变换器的新型DFIG风电系统,详细研究了其低电压穿越运行特性,提出了一种适用于新拓扑下发电系统的运行控制方案:通过控制串联网侧变换器抑制定子磁链暂态直流分量及电网电压负序分量对发电机转子侧的不良影响;通过控制转子侧变换器进一步限制故障时发电机的定、转子电流,从而实现发电系统的低电压穿越运行.仿真结果表明:采用所提出的控制方案,可实现电网故障时DFIG风电系统的零电压穿越运行;采用新拓扑的DFIG风电系统具有优良的电网对称及非对称短路故障穿越能力.     

双馈风电系统中VRB储能型网侧九开关变换器

双馈感应电机(DFIG)风力发电系统定子侧直接挂网运行,使故障穿越运行显得尤为重要。在研究多种故障电压补偿方案与九开关变换器脉宽调制策略的基础上,提出新颖的采用九开关变换器替代双馈风电系统网侧变换器实现并网控制与电压串补一体化方案。在对九开关变换器的数学模型、调制方法、工作状态、网侧九开关变换器的控制策略、直流侧电压分配以及全钒液流电池储能环节电路模型进行理论分析的基础上,建立网侧采用九开关变换器的DFIG风电系统仿真模型。设计多种并网点电网电压短路故障工况,分别对风电系统的电气参数和运行特性进行深入仿真研究。研究结果表明九开关变换器能维持DFIG机端电压稳定,使双馈风电机组在对称与不对称电网电压故障下实现柔性故障穿越运行。     

电网谐波条件下双馈感应风电系统改进控制

为提高电网谐波条件下双馈感应发电机DFIG(doubly-fed induction generator)的安全稳定运行性能及系统并网电能质量,利用基于串联网侧变换器的双馈风电系统具有定子机端电压灵活可控的特性,在对含有5、7次谐波电网电压条件下该系统运行行为分析的基础上提出了电网谐波条件下适用于该系统的改进控制策略;在实现发电机电流无畸变,且其输出功率、电磁转矩无波动的同时,亦可实现系统输出功率无6倍频波动或输出电流无畸变2种可选的运行功能;最后,对1台2 MW基于串联网侧变换器的DFIG系统在电网谐波条件下的仿真分析,验证了所提改进控制策略的有效性。     

基于Crowbar的双馈风力发电系统LVRT仿真研究

讨论了电网电压骤降下双馈感应风电(DFIG)系统的低压穿越控制策略和保护方案。采用计及电网电压变化的DFIG数学模型,建立了LVRT控制模型,通过仿真详细研究了Crowbar投切策略,仿真结果验证了Crowbar电路以及控制策略的有效性,表明Crowbar电路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,并可在故障时向电网注入无功电流以帮助电网电压的恢复,使DFIG实现低电压穿越。测量结果表明了这种控制方式能使DFIG在电压跌落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。     

基于分层控制的微电网并网谐波电流主动抑制控制策略

采用传统下垂控制的电压源型逆变器并联构成的微电网,由于其等效输出阻抗较小,当微电网与电网并联运行时,易受到电网并网点电压谐波分量扰动的影响,使微电网并网电流总谐波畸变率升高。提出一种基于分层控制的微电网并网电流电能质量主动提升控制策略,首先利用Park变换将并网点与微电网交流母线的误差电压变换到旋转坐标系下,并在原微电网的二层控制中添加误差电压补偿环路,利用补偿环路中的并联多重谐振控制器对该误差电压进行运算,得到底层电压源型逆变器的谐波电压补偿量,同时在逆变器电压电流内环采用基于旋转坐标系的比例积分与谐振混合控制器,提高逆变器对谐波电压补偿量的跟踪能力,进而减少微电网交流母线与并网点间的谐波电压差,从而降低微电网向电网注入的谐波电流。通过分析表明,本文所述控制策略不仅可减少微电网向电网注入的稳态谐波电流,还可以降低由于并网开关闭合导致电网对微电网的谐波电流冲击。最后,通过仿真和实验验证了所提控制策略的有效性。     

逆变型分布式电源控制系统的设计

分布式发电系统并网运行时外特性控制是关系到其应用的关键问题之一。根据并网分布式电源的可控拟负荷外特性,设计了采用电流正弦脉宽调制(PWM)调节方法的电压型逆变控制器,整个体系充分考虑提高电能质量水平。该控制器的核心采用含有直流电压波动前馈补偿的双环串级PI结构。第1级为功率调节器,选择公共连接点(PCC)电压、电流作为反馈量,有功、无功可以分开独立调节;第2级为电流调节器,选择逆变器输出电流作为反馈量,考虑电流反馈解耦补偿,响应速度快。直流电压前馈补偿则可以降低直流侧缺少储能引发输入电压波动对控制效果的影响。输出滤波器的考虑则可进一步提高电能质量水平。仿真结果表明电流正弦PWM的双环串级PI控制系统能够较好地维持逆变型分布式电源恒功率电压源的拟负荷外特性,简单实用、设计灵活,可以得到较好的谐波注入。     

负序及谐波畸变电网电压下双馈风力发电系统的改进直接功率控制策略

由于定子直接连接到电网,电网电压中的负序和谐波分量会严重恶化双馈风力发电机(DFIG)系统的运行性能,导致系统输出总电流三相不对称及谐波畸变、总输出有功功率及无功功率波动等,使得DFIG系统无法安全稳定可靠运行,且输出风电质量下降。同时考虑负序和谐波电网下DFIG系统机侧变流器和网侧变流器的运行状态,以改善DFIG系统总输出电流或功率质量为目标,研究基于二阶矢量积分器(SOVI)的DFIG系统网侧和机侧变流器改进直接功率控制(DPC)策略,改善DFIG系统的运行性能。实验结果验证了所提出的负序和谐波畸变电网电压下DPC策略的正确性及有效性。     

双馈风力发电系统的低压穿越运行与控制

根据紧急电网规程要求,风电场须具备外部电压故障下不间断运行能力,即电网故障时风电机组应能保持与电网连接并向系统不间断供电。由于双馈感应发电机（DFIG）励磁变换器容量有限,电网故障时会产生转子过电流和变换器直流环节过电压,须实行保护和控制。讨论了外部电压骤降下DFIG风电系统的低压穿越控制策略和保护方案,并对一台1．5Mw商用DFIG风电系统进行了仿真研究。结果表明快速短接保护装置（Crowbar）的切除时刻和所用串联电阻大小对故障电网恢复和变换器保护有较大影响。配合Crowbar而采用串联电阻及改进网侧变换器控制策略的方式,可以实现DFIG成功穿越定子剩余电压为15％的电网骤降故障,且无需吸收大量无功功率,有利于电网的恢复。     

基于九开关变换器的直驱-双馈分散式风电系统控制策略

为提高分散式风电应用场景中直驱-双馈混合风电系统在非理想电网电压下的运行特性,提出了应用九开关变换器型统一电能质量调节器实现混合分散式风电系统柔性故障电压穿越的方案.围绕九开关变换器控制,在分析九开关变换器直流侧电压共用关系的基础上,研究了适用于九开关变换器的三次谐波注入调制方式,提高了直流电压利用率;利用电压补偿和电...     

电网谐波条件下双馈风电系统输出特性分析与控制

针对双馈(DFIG)风电系统在非理想电网条件下的运行特性,研究了电网谐波对DFIG输出特性的影响。定量分析了典型谐波作用时,DFIG输出功率和电磁转矩的脉动量的大小及与基波相比所占的比例。基于此,以消除电网谐波对DFIG风电系统输出特性的影响为目标,对理想电网条件下的比例谐振(PR)控制策略进行了改进与完善,提出了一种非理想电网条件下的PR控制策略。为验证该控制策略的正确性,对一台1.5 MW风电系统进行了仿真研究,结果表明所提出的控制策略能够显著消除由电网谐波引起的DFIG风电系统输出功率及转矩的脉动。     

双馈风力发电机虚拟同步控制策略研究

双馈感应发电机(doubly fed induction generator,DFIG)可通过虚拟同步控制方法为电网提供电压及频率支撑,优化机组并网特性。传统的虚拟同步控制技术以模拟同步发电机机电动态特性为主要目标,未对电磁暂态的DFIG控制进行深入分析。当电网发生不对称故障时,分析虚拟同步控制DFIG的故障特性,发现传统控制方法无法抑制电磁转矩振荡与DFIG故障电流。因此,基于电网不对称故障,本文提出DFIG电压补偿虚拟同步控制方法,通过对转子电压故障分量进行补偿,提高DFIG转子电压响应速度,减少其反电动势故障分量。通过对传统及电压补偿虚拟同步控制方法控制效果的仿真对比可知,电压补偿虚拟同步控制方法可对电磁转矩的持续振荡及暂态冲击进行有效抑制,明显降低了DFIG转子的故障电流,提高了DFIG不对称故障穿越能力。     

STATCOM在双馈风电场低电压穿越中的应用研究

双馈感应发电机(DFIG)采用转子撬棒(Crowbar)进行低电压穿越保护时,须向电网吸收大量的无功功率,不利于故障过程中电网电压恢复。文中在双馈风电场中加入静止同步补偿器(STATCOM),用以补偿Crowbar动作后DFIG异步运行时对电网的无功需求。通过不同程度电压跌落下风电场动态仿真进行验证,结果表明电网电压跌落严重时STATCOM的无功补偿效果明显,电网故障中DFIG还能向电网提供一定出力,维持电网稳定运行;与只投入Crowbar的情况相比,同时加入STATCOM和Crowbar不会对DFIG各分量产生冲击;电压跌落轻微时DFIG可通过自身的变流器调节实现低电压穿越,投入Crowbar和STATCOM反而会加剧系统的振荡。     

动态无功补偿装置在上海磁悬浮的应用

浦东磁悬浮快速列车示范工程是我国第一条投入商业运行的磁悬浮列车线路。磁悬浮设计时速430km，单向运行时间约8min。在8min的运行期间，有功和无功的大幅度波动，会引起电网电压的波动及向系统注入高次谐波电流。为此，对磁悬浮列车运行时的电网电压和谐波进行了计算，计算结果表明，动态无功补偿装置的投运，可以在很大程度上改善磁悬浮列车运行对电网电能质量的影响。     

STATCOM电能质量综合治理方案及仿真分析

随着非线性负载在电网中的日益增多,为电网注入了大量的谐波电流,如何解决谐波污染问题成为了一个紧要的课题。静止同步补偿器(Static Synchronous Compensator,STATCOM)能够同时实现无功补偿与治理电流谐波,且运用广泛,技术成熟,是一种切实适用的电能质量综合治理方案。分析了STATCOM进行无功补偿以及谐波电流补偿的原理及控制策略,并就电网向非线性负荷供电问题建立模型,运用PSCAD进行仿真。仿真结果表明,STATCOM能够良好的补偿无功与谐波电流,能够对电能质量进行综合治理。     

逆变器交直流侧谐波交互影响分析

针对典型的逆变器并网系统,研究电网电压背景谐波对公共并网点(PCC)电能质量的影响。电网电压含有谐波时,会引起直流侧电压、电流异常波动,综合考虑幅值和相序结合开关函数的傅里叶表达式,分析逆变器交直流侧交互影响机理,经过数学推导得出公共并网点的谐波特性。然后提出一种基于并网系统小信号模型的阻抗分析法定量分析PCC电流谐波含量。利用Matlab/Simulink软件搭建电网背景谐波并网系统,检测特定次谐波与理论计算值作对比,考虑并网系统具有的谐波特性,提出一种准确度较高的混合电力滤波器(HPF)滤波方式达到改善新能源并网背景谐波注入下的并网点电能质量。     

不平衡电网电压下基于模块化多电平变流器的统一电能质量调节器的微分平坦控制

电网电压不平衡时,电流电压波动较大,基于模块化多电平变换器(MMC)的统一电能质量调节器(UPQC)采用简单的PI控制难以调节电能质量.针对MMC-UPQC在电网电压不平衡的运行状态,提出一种基于正负序分离MMC-UPQC的微分平坦控制(DFBC)方法,它能够综合治理电压和电流的电能质量问题.首先,根据MMC-UPQC的拓扑结构,建立其在不平衡电网下的数学模型,分析MMC-UPQC的内部特性,验证MMC-UPQC的平坦性和稳定性;然后,根据正负序分离方法,采用无需锁相环方法对检测量进行分离,基于微分平坦控制理论,搭建结合前馈参考轨迹和误差反馈补偿的微分平坦控制器,并将其应用到多电平、高电压的MMC-UPQC电能质量补偿系统中,综合解决电网电压不平衡状态下的电网电能质量问题;最后,通过实验验证了基于所提微分平坦控制器的MMC-UPQC系统解决电压暂升、暂降和注入谐波问题的有效性和优越性.