双馈风电机组电网背景谐波运行与谐波抑制策略研究

针对电网背景低次谐波引起的双馈风电机组定子电流畸变、功率及电磁转矩脉动,建立了能够反映电网5、7次谐波电压下双馈发电机的特征谐波模型,揭示了电网背景谐波电压对双馈发电机功率与电磁转矩脉动的影响机理。通过双馈发电机控制目标分析,提出了基于比例-积分-谐振(PIR)调节转子电流内环的双馈发电机双闭环控制策略,有效地消除了双馈风力发电机定子输出电流中的5、7次谐波和电磁转矩脉动。在Matlab/Simulink中建立了1.5 MW双馈风电机组仿真模型,实现了风电机组谐波运行与抑制的全过程仿真。利用电网谐波发生模拟装置,进行了双馈机组谐波运行与抑制现场试验,仿真与现场试验证明了理论分析的正确性与谐波抑制策略的有效性。     

考虑电网背景谐波影响的直驱风电机组谐波电流建模与分析

随着风电产业的持续快速发展,直驱风电机组由于其效率高、故障率低等特点而得到了越来越多的应用,但其并网输出的中频谐波电流超标问题日趋显现。为准确反映直驱风电机组并网中频谐波电流,需建立可准确评估其谐波电流的动态数学模型。以采用典型矢量控制的直驱风电机组为对象,综合考虑电网背景谐波、调制死区效应以及功率因数的影响,建立可准确反映直驱风电机组并网中频谐波电流的动态数学模型。通过仿真分析发现,直驱风电机组并网谐波电流由电网背景谐波、调制死区所产生的同频率谐波电流叠加构成,而功率因数则通过改变同频率谐波电流间的夹角而影响相应频率谐波电流。最后,通过2.0 MW型直驱风电机组的仿真数据、计算数据与实测数据间的对比分析,验证了文中所建立动态数学模型的准确性,为直驱风电机组并网谐波电流定量分析和评估提供了手段和依据。     

双馈风电机组短路电流对变压器保护二次谐波制动的影响

二次谐波制动是避免励磁涌流造成保护误动,从而保障电力变压器保护可靠动作的关键技术措施。为验证大规模双馈风电机组接入电网后对变压器二次谐波制动正常运行可能造成的影响,研究了电网对称故障下双馈风电机组短路电流的谐波特性。基于转子侧变流器控制对定子短路电流谐波特性的影响分析,解释短路电流二次谐波的产生机理并推导二次谐波的解析表达式,指出在变流器矢量控制下双馈风电机组产生的短路电流二次谐波可能威胁变压器二次谐波制动的可靠运行,并通过短路实验和时域仿真验证了分析的正确性。     

双馈风电机组谐波特性研究及联合仿真分析

建立数学模型,研究在电网5次、7次谐波工况下,双馈风电机组的谐波产生机理。同时,针对机组受电网影响产生的大量谐波,提出一种谐波电流抑制策略——VIPR策略。搭建仿真模型,以3.0 MW容量双馈风电机组为例,搭建双馈风电机组GH Bladed-MATLAB联合仿真精细化模型,并模拟电网5次、7次谐波工况,复现VIPR策略切入工况,组成两组控制变量组。控制变量组的仿真对比结果,不仅验证了所搭建数学模型及所研究谐波产生机理的准确性,还证明了提出的VIPR策略的合理性,为日后针对双馈风电机组的电能质量谐波研究提供方向,为谐波抑制提供方法。     

一种双馈风电机组网侧变流器抑制低次谐波的多环控制

针对电网电压低次谐波对双馈风电机组网侧变流器并网电流和直流母线电压造成的不良影响,提出了一种双馈风电机组网侧变流器抑制低次谐波的多环控制。该多环控制在双馈风电机组网侧变流器的电网电压定向矢量控制的电压、电流双闭环基础上增加了一个重复控制环路,抑制了网侧变流器并网电流和直流母线电压的低次谐波。通过MATLAB/Simulink仿真研究验证了所提双馈风电机组网侧变流器抑制低次谐波多环控制的有效性。     

双馈风电机组并网运行下谐波电流建模与特性分析

在新能源发电并网容量日益增多、电网对新能源电站电能质量准确评估提出更高要求的背景下,该文建立考虑电网背景谐波和开关死区特性的双馈风电机组并网输出谐波电流解析模型,以准确描述并网电流的整次频率分量和非整次频率分量的幅值和相位信息。同时,深入分析电网背景谐波电压幅值相位、运行工况、控制延时等多种因素对谐波电流特性的影响机理。最后,通过仿真建模和实际风场检测等手段对所建谐波电流模型的准确性进行验证。     

计及直流链路动态耦合效应的双馈风电机组谐波阻抗模型

双馈风电机组的大量并网会给电网带来谐波谐振等电能质量问题,研究此类问题的关键在于建立准确有效的风机谐波模型.传统的双馈风电机组谐波阻抗模型的建立通常基于理想的直流链路电压,然而在风机实际运行中,变流器交直流侧交互作用会导致直流链路电压出现动态耦合谐波成分,且两侧变流器谐波可通过直流链路双向传递,进而产生耦合,即存在直流...     

电网不平衡时双馈感应发电机定子负序和谐波电流抑制方法

电网电压不平衡时,若采用传统的电网电压定向矢量控制策略,双馈感应发电机(DFIG)定子侧除基波正序和负序电流外,还会产生相位互差120°的非零序三次谐波电流分量,不对称电流会加重电机绕组发热程度,影响双馈机组供电质量。为了抑制定子电流负序和非零序三次谐波分量,首先,详细分析了电网不平衡时,DFIG定子绕组负序和非零序三次谐波电流产生的原因;然后,建立了DFIG在负序和三次谐波同步旋转轴系下的数学模型,进而提出了引入负序和三次谐波控制的改进控制策略;最后,进行了仿真和实验研究,其结果与理论分析相一致,并且验证了所提改进控制策略能够有效抑制定子负序和非零序三次谐波电流分量。     

非理想电网条件下双馈式风电机组的运行控制策略

随着风电在电网中比例的增大,双馈式风电机组必须更好地适应电网中可能出现的非理想状况,例如谐波、电压跌落等。针对电网电压谐波问题,在转子侧变流器中采用PI+谐振控制器,抑制定子输出电流的低次谐波含量。针对低电压穿越问题,分析了电压跌落时的暂态过程及转子Crowbar电阻的影响,对转子Crowbar电阻的参数进行校核修正,并对Crowbar电路的投切控制进行优化。在接入某电力系统动模实验室的双馈式风电模拟系统上进行了实验,验证了所提控制策略的有效性。     

考虑撬棒保护和残压的DFIG短路电流实用计算方法及应用

电网短路故障可能导致双馈风电机组过电流保护动作,定量分析故障对机组短路电流的影响对于机组的低电压穿越具有重要意义.根据电网发生对称短路故障时双馈风电机组的暂态定、转子磁链关系,研究考虑机端残压下的双馈风电机组定子短路电流特性.在短路电流特征分析中考虑转子侧撬棒（crowbar）保护的投入策略,推导出双馈风电机组发生对称故障时的短路电流实用计算方法,讨论机组参数对短路电流特征的影响.将计算结果与现场低电压穿越试验测试数据进行比对,验证计算方法的实用性.     

基于双馈风力发电机变流器的谐波分析

由于引入了变流器等电力电子装置,变速恒频双馈风力发电系统输出的电流中含有大量谐波,分析双馈风力发电机的谐波特性并减少其谐波含量,对风电并网具有重要意义.介绍了双馈电机的基波和谐波等效电路,在此基础上提出了双馈风力发电机转子侧变流器谐波分析方法,并用一台i.5 MW双馈电机进行了仿真验证.对电压空间矢量脉宽调制( SVPWM)的三种调制方式进行了研究,在1.5 MW双馈风力发电机满载和半载两种工况的仿真下,分析比较了SVPWM三种调制方式下的谐波情况,仿真结果表明采用七段式调制方式合成SVPWM时,双馈电机谐波含量最小.     

基于脉宽调制的DFIG并网谐波/间谐波幅频特性分析

双馈感应发电机(DFIG)并网存在谐波/间谐波发射问题。文中采用DFIG理想阻抗模型与脉宽调制(PWM)开关函数,推导了背靠背双PWM变流器系统引起的输出端谐波/间谐波电压解析式。考虑滤波器结构及发电机异步特性的影响,推导了换流器直流电压为输入的DFIG并网谐波/间谐波电流的幅值和频率解析式,揭示了DFIG背靠背换流器调制谐波/间谐波的产生机理。针对实际运行工况,获得了背景谐波条件下DFIG谐波/间谐波的典型发射特性。最后,通过PSCAD仿真及某风电场风机实测数据验证了所推导解析表达式和机理特性分析的准确性。     

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。     

基于谐波阻尼的双馈感应发电机定子谐波电流抑制改进策略

通过建立电网电压谐波下双馈感应发电机(DFIG)的数学模型,分析了电网电压谐波对DFIG性能的影响,以抑制定子电流5次和7次谐波为目标,在转子电流内环采用比例—积分—谐振(PIR)调节器的基础上,引入定子谐波电流闭环控制策略,避免了常规谐波抑制策略转子电流指令计算对发电机参数的依赖。随着定子谐波电流环R调节器增益系数的增大,对定子电流中的谐波抑制越明显,但是抗扰动能力下降,通过引入谐波阻尼控制,在最大限度抑制定子电流谐波的基础上增强了系统的抗扰动能力,提高了系统的鲁棒性,加快了系统的动态响应。并从稳态特性和动态特性角度分析了参数变化对系统的影响。最后通过仿真和实验验证了所提控制策略的有效性。     

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。     

Grid Harmonic and Control Delay Compensation for Three-phase Grid-connected VSIs in Small Wind Turbine Systems

Voltage space vector pulse-width modulation(SVPWM) has been widely applied to control current in threephase vohage source inverters (VSI).However,as a voltage type modulator,SVPWM has certain drawbacks compared with current type modulators for grid-connected applications.For a grid-connected VSI,the performance of existing current controllers based on SVPWM is compromised by grid harmonics,control delay and system nonlinearities such as switching dead time.Moreover,unlike current type PWM,SVPWM does not inherently have over-current protection.A novel SVPWM-based current controller is proposed for three-phase grid-connected VSIs for small wind turbine applications.To overcome the drawbacks of SVPWM,a grid harmonic compensation method is proposed along with compensation for control delays.Both simulation and experimental results have established excellent steady-state response and fast dynamic response of the current controller.In addition,the DSP-based control system has both improved real-time control performance and fast response for over-current protection.     

特高压直流换流站交流滤波器组对电网谐波的影响分析

特高压直流换流站配置的交流滤波器兼具特征谐波滤除和无功补偿功能,但其易与电网背景谐波阻抗相互作用导致低次谐波放大现象。交流电网谐波阻抗的获取是交直流系统谐波特性分析及交流滤波器设计配置的基础。文中根据电网谐波阻抗特性较为复杂,难以建模计算的特点,提出了一种基于换流站不同运行工况的500 kV交流电网背景谐波阻抗实用估算方法;定义了交流滤波器组谐波增益指标,通过该指标分析了特高压直流换流站交流滤波器组对电网低次谐波的放大机理;研究了交流滤波器参数与放大作用间的关系,提出了2种交流滤波器的改造方案。最后,以绍兴换流站测试数据为例,结合电网背景谐波阻抗估算结果,对其5次谐波放大问题进行了理论分析,并对交流滤波器改造方案进行了探讨。     

光伏电站多逆变器并网系统输出谐波研究

针对多台逆变器并联在同一公共连接点接入电网引起的谐波问题进行了研究。建立了多逆变器光伏并网系统的单台和多台逆变器小信号等效模型。推导出逆变器、PWM开关谐波源和电网的等效阻抗传递函数,通过Bode图分析逆变器、PWM开关谐波源的等效输出阻抗幅频特性和相频特性。应用Matlab/Simulink对35 kV光伏电站多逆变器并网系统在不同工况下进行谐波分析。仿真结果表明:并网逆变器台数越多,PCC处电流谐波畸变率越大,但主要为低次谐波,高次谐波含量较少,验证了建立的小信号模型的有效性。     

基于多通道信号分离器的MMC网侧背景谐波电流抑制策略

针对模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter, MMC)受电网背景谐波影响输出谐波电流的问题提出抑制策略。通过计算子模块能量波动函数得到MMC在背景谐波影响下的输出电压,进而分析了MMC网侧背景谐波电流产生的规律。利用交叉解耦复数滤波器设计了多通道信号分离器,实现了对MMC网侧谐波信号的分离提取。对所分离的各次谐波建立了MMC数学模型,并以此为基础设计了谐波电流抑制器;通过搭建双端HVDC输电模型对理论分析和抑制策略进行了仿真验证。仿真结果表明,MMC网侧输出背景谐波电流规律与理论分析吻合,所提出的抑制策略能有效降低MMC网侧电流中的背景谐波含量。