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。     

电网电压不对称跌落发生装置的研究

根据电网运行准则中对风电机组和光伏电站低电压穿越(LVRT)能力的要求,提出了一种模拟电网不对称故障的发生装置.通过不对称跌落的理论计算,提出了不对称发生装置的数学模型.结合PWM变流器工作原理,提出发生三相不对称跌落的控制策略,进而完成了发生装置平台的设计,该装置具有结构简洁、算法简单、控制方便等特点.最后,搭建了实验平台,验证了算法和控制策略的正确性和有效性,为今后检测变流器LVRT能力创造了条件.     

适用于弱电网的双馈风电机组新型故障穿越控制方法

弱电网下系统的电压稳定裕度较低,而风电场的故障穿越性能对系统的暂态电压稳定性有显著影响。传统的双馈风电机组故障穿越控制方法都是基于适用于强电网的定功率控制,不利于维持弱电网下的电压稳定性。提出一种适用于弱电网中双馈风电机组的新型故障穿越控制方法。这种新型控制方法基于同步控制,通过有功电流和无功电流下垂控制风电机组出口电压的角度和幅值,使双馈风电机组以可控电压源的外特性运行。该控制方法能使双馈风电机组在弱电网的对称故障和不对称故障中均提供无功和有功电流,并且能在故障清除后的重励磁暂态过程中提高系统的电压稳定性。该方法同样适用于需要在联网和孤网运行之间进行无缝切换的双馈风电机组。最后,通过双馈风电机组接入无穷大电网实际电网、孤网的仿真算例验证了该故障穿越控制方法的有效性及优越性。     

电网故障条件下双馈机组运行特性分析及其协调控制

电网发生暂态故障情况下,风力发电机定、转子均会出现过压、过电流等一系列问题,若不采取及时有效的应对措施,会导致风电机组大规模解列,将使电网故障进一步恶化。为防止上述情况出现,提高风电机组应对电网暂态故障的能力,详细分析了电网故障时双馈感应风力发电机的运行特性,提出了一种电网故障条件下转子侧变流器与Crowbar电路的协调控制策略。重点研究了转子侧变流器与Crowbar电路在暂态故障期间状态切换逻辑;在低电压稳态运行期间,提出采用不同故障类型下的相应控制方法,即对称跌落时采用常规PI控制,不对称跌落时采用PIR控制;并给出了整个跌落期间双馈发电机完整的协调控制流程图。最后基于理论分析,研制了40 kW双馈型风电模拟系统,将该系统应用于电力系统动模试验系统进行实验验证。实验结果表明,采用该协调控制策略,在电网暂态故障下,能有效改善双馈发电机定、转子过流、过压的情况,实现了双馈感应发电机在电网故障时的低电压穿越功能。电力系统动模试验系统与真实电网仿真度较高,研究成果对大功率机组增强应对电网故障能力具有重要的参考意义。     

风电系统中几种电网电压跌落检测方法的比较研究

新的电网规则要求风电机组具有低电压穿越能力,快速准确地检测出电网电压的跌落故障,是风电机组主控和变流器进行相应控制的前提条件.详细介绍和讨论了适用于三相对称故障的常规dq变换法,适用于单相不对称跌落故障的改进dq变换法和适用于复杂不对称跌落故障的正序电压检测法的工作原理及其优缺点.常规dq变换法和改进dq变换法的仿真和实验结果表明,这两种方法能够快速准确地检测出电网电压的跌落信号,正序电压检测法的仿真结果表明,该方法能够快速准确地检测出复杂故障情况下的电网电压正序分量.     

适应多类型故障的双馈风电机组低电压穿越综合控制策略

随着风电机组装机容量的快速增长,电网对风电场的并网要求不断提高。为了实现不同电网故障(对称、不对称)下的低电压穿越(LVRT)及对电网的无功支撑,文中在全面分析目前国内外风电LVRT技术研究现状及不足的基础上,针对双馈风电机组提出了一种集成软、硬件方案的LVRT综合控制策略。该策略中具有优化投切判据的撬棒(Crowbar)保护电路可根据电网故障类型自动判断投入、切出时间,具有更强的灵活性及适用性;增加无功输出补偿目标的网侧变流器不对称控制的软件方案,使双馈风电机组在故障期间具有无功支撑能力。通过电压跌落发生器模拟电网三相短路和两相接地短路,在一台30kW的双馈风电机组试验平台上进行了实验研究,验证了所提出策略的正确性与有效性。     

风电不同外送输电系统低电压穿越特性研究

随着风电机组安装容量不断增加,风电场在电网故障情况下的暂态运行特性变得尤为重要。本文应用PSCAD软件建立了分别含有直驱永磁风电机组、双馈感应式风电机组的风电场动态模型,并研究了2种模型对电网暂态稳定性的影响。仿真分析了风电场-电网系统的传输线路上分别发生对称故障和不对称故障2种工况时,风电场中2种机组的低电压穿越能力以及在加装无功补偿装置后风电场低电压穿越能力。比较不同风电机组有功功率、无功功率和直流电压的特性,得出以下结论:双馈感应式风电机组虽然可以通过串联制动电阻提高低电压穿越能力,但在故障消除后电网电压的突变对双馈机有一定的影响,其对电网具有很强的依赖性;直驱永磁风电机组由于自身结构的特点,在电网故障时具有较好的运行特性,有利于优化电能质量。针对风电场不同机组采用无功补偿装置来提高故障时电网电压恢复能力,维持系统稳定运行。     

电网不对称故障下永磁同步风电机组低电压过渡的研究

电网导则要求并网风电机组在电网电压一定的跌落范围内不脱网运行。为了满足这一要求,建立了永磁同步发电机组网侧变流器的数学模型,分析了电网不对称故障时风电机组直流侧电压的波动机理,采用瞬时对称分量法求得网侧三相电压的正序和负序分量,在解耦控制中分别控制正序和负序分量。仿真结果表明,改进后的控制策略保持了逆变器三相电流对称,消除了直流侧二倍工频纹波,实现了电网不对称故障下风电机组的低电压过渡。     

电网短路时并网双馈风电机组的特性研究

双馈感应风力发电机组（doubly fed induction generator,DFIG）对电网扰动十分灵敏,在电网发生故障期间双馈风电机组与电网的相互影响会造成电网暂态特性以及短路电流分布的显著变化。但是由于双馈感应发电机组与同步发电机组的结构及运行原理均不相同,且目前对其故障过程的研究也比较有限,使得并网双馈风电机组的故障特性还不甚清晰。在以双馈风电机组为主的风电大规模并网背景下,电网的安全稳定运行面临着严峻的挑战。从双馈风电机组的控制策略对其故障特性的影响机制出发,对双馈风电机组在电网发生对称以及不对称短路情况下的短路过程进行深入分析,并进一步推导了适用于不同电网短路情况的并网双馈风电机组短路电流表达式,仿真和算例结果验证了该表达式的正确性。     

大电网末端风力发电系统故障穿越关键技术

为了了解大电网末端风电机组故障穿越特性,文中分析了高渗透率风力发电大电网末端电网特性及风机运行特性。结合相应的检测标准及要求,探讨了大电网末端风电并网出现的故障特性,研究了直驱及双馈风电机组故障穿越关键技术及控制策略;结合仿真及实际检测,研究了大电网末端直驱风力发电机高电压穿越能力、双馈机组低电压穿越的可行性,提出了风电机组故障穿越的隐患,为大电网稳定运行提供了依据。     

基于电网电压前馈补偿的光伏并网逆变器零电压穿越控制

根据相关国家标准要求,大型光伏并网逆变器需具备零电压穿越(ZVRT)能力以防止其发生低压自动脱网,从而影响电力系统正常稳定运行。在分析光伏并网逆变器ZVRT标准的基础上,详细讨论了逆变器实现ZVRT的各项关键技术,包括电网电压正负序分离及锁相、逆变器有功和无功电流控制、电网电压不平衡时系统控制等。在此基础上,进一步提出向系统电流环引入电网电压前馈分量相位超前补偿环节,以改善逆变器故障穿越瞬间并网电流过冲现象。最后,利用RTDS和一台500 k W样机的实验结果验证了所述光伏并网逆变器ZVRT控制策略的正确性和有效性。     

电网电压不平衡条件下VIENNA整流器滑模控制策略

三相VIENNA整流器作为新型的三电平拓扑结构,因其功率密度高、电压应力小和实现单位功率因数运行等特点在大功率整流场合中运用广泛。针对电网不平衡时直流侧电压产生的二倍频波动,设计了一种在两相静止坐标系下的改进型不平衡控制策略。首先利用双同步坐标系的解耦软件锁相环实现电网电压正负序分量的分离,然后基于正负序双电流环独立控制结构将滑模控制SMC（sliding mode control）引入到电流控制器中,通过所设跟踪误差选取合适的滑模面及滑模趋近律,有效实现了直流电压纹波抑制以及输入电流谐波含量的最小化。最后在Matlab/Simulink软件中搭建了电网不平衡下VIENNA整流器控制系统的仿真模型,验证了所提控制策略的正确性和可行性。     

基于双dq锁相技术的三电平SVG研究

研究了基于三电平NPC技术的静止无功发生器(SVG),针对电网不平衡,设计了双dq变换锁相方法,得到精确的电网电压相位角及电网电压正负序矢量,采用了负序电压前馈控制策略,实现了SVG在电网不平衡条件下的稳定运行。采用基于60°坐标系的SVPWM算法,此方法计算简单,易于数字化实现。在DSP与FPGA结构的三电平SVG数字控制系统上进行算法实现,实验结果表明:采用双dq锁相技术的SVG具有良好的动态响应性能和稳定性。     

Compensation method of phase‐locked loop under unbalanced grid condition based on harmonic linearization

The voltage source converter (VSC) is often faced with unbalanced grid conditions that will degrade its performance because of the distorted current with a large amount of harmonics. One of the main parts of current distortion is the third‐order harmonics caused by the negative‐sequence voltage component at the fundamental frequency. The distorted output of the synchronous reference frame phase‐locked loop (SRF‐PLL) due to the unbalanced grid voltage is the main reason for the existence of the harmonics. This paper analyzes the mechanism of the generation of harmonics currents and proposes a compensation method for the PLL in VSCs based on the harmonic linearization method without changing the structure of SRF‐PLL. The proposed PLL can work properly under unbalanced grid conditions and has a good dynamic response. The third‐order current harmonics are reduced significantly by using the proposed PLL instead of the conventional SRF‐PLL without changing the current control strategy of VSC. The compensation method is verified by cycle‐by‐cycle circuit simulations and controller hardware‐in‐the‐loop experiments.     

Three-phase grid voltage synchronization using sinusoidal amplitude integrator in synchronous reference frame

Synchronization with the grid voltage is critical in the control of grid-connected power converters. Under unbalanced grid condition, the conventional synchronous reference frame phase-locked loop (SRF-PLL) does not work well due to the effect of the fundamental negative sequence component. This paper proposes a new synchronization method, the sinusoidal amplitude integrator based phase locked loop (SAI-based PLL), to efficiently eradicate the effect of the fundamental negative sequence component. As a result, it can accurately and quickly estimate the amplitude and phase angle of the fundamental components of grid voltages in unbalanced grid conditions. In addition, when dc offset and harmonics are contained in the grid voltage, a multi-SAI-based PLL method is developed to extract the synchronization signal. The proposed SAI-based PLL incorporates the sinusoidal amplitude integrator into the conventional SRF-PLL. Its operation is analyzed using the complex-vector notation. Simulation and experimental results on the performance of the proposed SAI-based PLL and comparison with other synchronization methods are presented.     

基于改进DSOGI-FLL的并网变流器多谐振解耦网络同步方法

电网电压基频正序分量相位和幅值的准确检测是三相并网变流器稳定运行的重要保证。针对传统单同步旋转坐标系锁相环在畸变或不平衡电网下锁相精度低的问题,文中利用双二阶广义积分器锁频环(DSOGI-FLL)设计了一种多谐振解耦网络的电网同步方法。首先,分析了二阶广义积分器锁频环自适应提取电网电压基波和频率的原理;其次,详细分析了不平衡电网下DSOGIFLL的锁频响应特性,提出将负序电压分量考虑在内的增益标准化线性模型,以提升其在不平衡电网下的锁频性能;然后,设计了以DSOGI-FLL为基础的多二阶广义积分器谐振解耦网络,实现畸变及不平衡电网下基波电压信息的准确获取。仿真与实验表明,该方法在电网电压畸变或不平衡情况下均能准确获取电网电压基频正序分量的相位和幅值信息。     

不平衡电压下VSG无锁相环并网及运行控制策略

针对并网逆变器在不平衡电压下电流畸变严重和锁相环节复杂等问题,文中设计了一种基于改进虚拟同步机(VSG)的逆变器无锁相环控制策略。重点研究了VSG在不平衡电网电压下的运行控制方法,设计了一种基于比例积分谐振(PIR)控制器的改进VSG控制策略,在不改变VSG外特性的基础上有效抑制了逆变器输出电流的不平衡分量。同时,提出一种基于虚拟功率的VSG预同步控制策略,保证VSG孤岛转并网模式的无缝切换。整个控制过程不依赖锁相环,避免了锁相环对系统控制精度以及响应速度的影响,降低了控制系统的复杂度。最后,基于RT-LAB的实时仿真平台对所提控制策略进行了验证。     

基于复系数-延时信号消除法的锁相环设计

针对电网电压不平衡和谐波污染等复杂工况下传统软件锁相环锁相精度不足等问题,提出一种新型软件锁相环的设计方法。文章分析了传统锁相环的基本原理,对电网频率、锁相环输出频率、相位差对锁相性能的影响进行了研究。通过在两相静止坐标系中施加复系数滤波环节抑制电网高次谐波和负序分量的影响,再利用级联延时信号消除法滤除较低次的特定次谐波。通过仿真结果分析表明所提出锁相环具有良好的动态特性和锁相精度,可以在电网电压不平衡和谐波污染等复杂工况下快速准确完成锁相。     

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。     

不平衡电网下变流器多机系统的稳定性分析

基于不平衡电网条件下的并网交互系统,研究了电压源型变流器（VSC）的稳定性问题。首先提出了不平衡电网下带双二阶广义积分器锁相环（DSOGI-PLL）的变流器导纳模型。分析总结了带不同类型锁相环的VSC系统导纳特性。基于导纳模型研究了配置不同类型锁相环的多VSC系统稳定性问题,指出了多VSC系统稳定性的改善方向。进一步提出,带DSOGI-PLL变流器的并入可以在增加并网系统输出功率的同时有效改善变流器的稳定裕度。同时,研究了公共耦合点处负序电压改变时VSC与电网阻抗的交互机理。最后,对理论分析进行了实验验证。