含无刷DFIG的风电系统低电压穿越极限控制能力分析

无刷双馈感应发电机(BDFIG)由于其良好的维护特性,在风力发电中具有良好的应用前景。作为大功率并网发电装置,基于BDFIG的风电系统需要满足电网的低电压穿越(LVRT)并网导则。双馈型风电系统机侧变流器的极限控制能力决定了系统LVRT的控制方案与控制成本,具有重要的实际意义。文中详细分析了BDFIG在电网故障时的瞬态模型,通过引入庞特里亚金极小值算法分析基于BDFIG的风电系统的机侧变流器控制端电压最优值,得到整个系统LVRT极限控制范围,并进一步与普通双馈感应发电机进行了比较。结果表明,BDFIG具有更加优异的LVRT能力。     

弱电网情况下双馈风电机组改进虚拟感抗控制方法

当前弱电网条件下双馈风电机组的运行稳定性问题受到广泛关注。在同步旋转坐标系下建立了综合考虑锁相环、转子侧电流环和功率环控制器影响的双馈风电机组等效输入导纳模型。在此基础上,结合广义奈奎斯特稳定判据分析了增大转子侧电感对系统稳定性的提升作用,由此提出在控制器中引入虚拟感抗提高系统稳定性的方法。相对于传统的直接在转子侧电流环中引入虚拟感抗,在设计基于虚拟感抗的控制器时,充分考虑锁相环耦合弱电网扰动对双馈风电机组运行稳定性带来的不利影响,提出了改进的控制方法。通过广义奈奎斯特判据证明了该方法能有效提高弱电网条件下双馈风电机组的运行稳定性。在MATLAB/Simulink中搭建了1.5 MW的双馈风电机组详细模型,通过仿真验证了所提改进控制器对提高系统稳定性的有效性。     

弱电网下基于虚拟母线电压控制的双馈风机稳定性优化研究

为了提高弱电网下双馈风机并网的稳定性,研究了弱电网下基于虚拟母线电压控制的双馈风机稳定性优化问题。首先建立了双馈风机系统接入弱电网的小信号模型,基于特征值分析法,发现电网强度较弱或风机输出功率较高时,会导致系统稳定性变差甚至振荡失稳。然后提出了一种弱电网下提高双馈风机稳定性的虚拟母线电压控制方法,相当于改变了锁相环跟踪并网点的位置,降低了电网阻抗,等效为提升了风机并网点的电网强度。接着分析了虚拟母线电压控制对系统稳定性的影响效果并分析了补偿因数和时间常数的设计范围,研究发现系统稳定性随着补偿因数的增加而增强,随着时间常数的增加而变弱。在Matlab/Simulink中搭建了双馈风机接入弱电网的时域模型并在半实物平台中进行实证,验证了该优化控制方法的正确性和有效性。     

考虑饱和效应的无刷双馈发电机功率模型预测控制

该文建立了无刷双馈发电机(BDFIG)考虑饱和效应的动态模型,详细分析了有功功率与无功功率分配,提出考虑饱和效应的功率模型预测控制策略.基于无刷双馈发电机的饱和特性进行励磁电感估算,实时修正每周期输入至控制器的电感参数,实现了功率的精确控制,保证控制侧电流的正弦度和较低的开关频率.通过对功率模型预测控制系统的仿真及实验研究,明确了影响饱和效应的运行因素,最后通过实验验证了所提控制策略的有效性.     

弱电网下双馈发电机输入导纳建模及稳定性分析

弱电网条件下双馈风电机组控制系统与电网的交互影响目前得到了广泛的关注,传统的双馈电机变流器控制系统设计中并没有考虑电网阻抗的影响,因此该文采用阻抗分析方法分析了双馈风电变流器控制系统特性对双馈发电机并网稳定性的影响。首次在同步旋转坐标系下建立了考虑锁相环影响的双馈发电机输入导纳模型,建模过程中同时考虑了双馈发电机的电磁暂态特性和转子电流环控制器的影响。在此基础上,详细分析了锁相环和电流环控制器参数变化对双馈发电机输入导纳矩阵的影响。在所建模型的基础上对弱电网连接情况下的双馈发电机稳定性进行分析,利用广义奈圭斯特稳定判据分析电流环以及锁相环PI参数对于系统稳定性的影响,仿真结果验证了所建立模型和理论分析的正确性。     

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。     

基于自适应惯量阻尼的双馈风电机组虚拟同步控制策略

针对恒参数虚拟同步控制的双馈风电机组因有功功率突变而导致电网频率和输出功率振荡的问题,提出一种以虚拟电流为闭环参考输入量的虚拟同步控制的双馈风电机组控制策略.通过虚拟同步二阶小信号闭环传递函数,分析转动惯量和阻尼系数对系统稳定性的影响.结合频域指标关系,制定系统参数的选取规则.考虑双馈风电机组输出有功功率的变化阈值,提出一种适用于双馈风电机组的交错自适应虚拟同步控制策略,并根据特征根的根轨迹图分析不同参数下系统稳定情况.理论分析和仿真对比验证了所提出的控制策略和交错自适应算法的有效性.     

双馈风电系统虚拟同步控制的阻抗建模及稳定性分析

双馈风电系统在弱电网条件下与电网交互作用带来的稳定性问题凸显,采用虚拟同步控制策略为电网提供频率支撑的同时可能存在小扰动稳定性问题。该文针对虚拟同步控制下双馈风电系统的并网稳定性问题,提出一种dq旋转坐标系下输出阻抗建模的稳定性分析方法。首先,基于双馈风电系统的虚拟同步控制策略,利用小扰动分析方法,推导计及功率外环的双馈风电系统的阻抗模型。其次,获取虚拟同步控制下双馈风电系统输出阻抗特性,并通过基于模型的频率扫描方法进行比较验证。最后,利用广义奈奎斯特判据,分析不同电网强度和控制参数对虚拟同步控制下双馈风电系统稳定性的影响,并通过时域仿真结果进行对比验证。结果表明,由于功率外环作用,虚拟同步控制下双馈风电系统可能存在低频段稳定性风险,通过适当增大虚拟惯性时间常数和虚拟阻尼系数可提高其并网运行的稳定性。     

串联混合型有源电力滤波器稳定性分析

基于串联混合型有源电力滤波器的拓扑结构,采用检测电网谐波电流的控制方式,建立串联混合型有源电力滤波器的数学模型,从谐波治理效果出发,利用稳定性分析中的劳斯判据,重点分析了电网电感参数、系统延时和无源滤波器参数对系统稳定性的影响。分析结果表明：电网电感的参数值越大,系统的延时越小,则有源电力滤波器放大倍数K的取值越大,系统的谐波治理效果越好;无源滤波器参数对系统稳定性影响较小。仿真结果验证了该结论的正确性。     

绕线式无刷双馈发电系统共模电流特性及抑制

无刷双馈发电机由于取消了电刷和滑环,可靠性更高,在变速恒频发电领域具有广泛的应用前景。但无刷双馈发电机内部结构复杂,给共模回路分析和共模电流抑制带来了困难。该文依据无刷双馈发电系统结构,分析共模电压传输回路,提出共模等效电路模型和等效共模阻抗参数的提取方法。分析各个共模电压传输回路的特性,指出共模回路3(网侧变换器—电机功率绕组—电机控制绕组—机侧变换器—网侧变换器)是影响无刷双馈发电系统共模电流特性的重要原因。重点分析该回路两个脉宽调制变换器的载波差异与共模电流特性的关系。为减小该回路的共模电压,必须保证两者的载波同步,并给出载波同步的控制方法。基于无刷双馈发电系统实验平台设计实验。实验结果验证了所提模型和理论分析的正确性及共模电流抑制方法的有效性。