电网电压不平衡时永磁直驱风电机组的控制策略

详细分析了电网电压不平衡条件下永磁直驱风电机组的运行情况,根据电网电压不平衡条件下风力发电机组不同的运行要求,提出基于三种可选控制目标的网侧变换器控制方案,同时采用正序电网电压定向方式简化得到网侧变换器的正、负序电流参考量。所提方案可实现在不平衡电压条件下抑制并网有功功率/直流链电压二倍频波动,抑制并网无功功率二倍频波动或抑制网侧负序电流的控制目标,进一步提高了电网电压不平衡下永磁直驱风电系统运行的稳定性和可靠性。通过对电网电压不平衡下永磁直驱风电系统运行行为进行仿真计算和对比分析,验证了所提控制策略的正确性和有效性。     

电网电压不平衡时永磁直驱风电机组的控制策略

详细分析了电网电压不平衡条件下永磁直驱风电机组的运行情况,根据电网电压不平衡条件下风力发电机组不同的运行要求,提出基于三种可选控制目标的网侧变换器控制方案,同时采用正序电网电压定向方式简化得到网侧变换器的正、负序电流参考量.所提方案可实现在不平衡电压条件下抑制并网有功功率/直流链电压二倍频波动,抑制并网无功功率二倍频波动或抑制网侧负序电流的控制目标,进一步提高了电网电压不平衡下永磁直驱风电系统运行的稳定性和可靠性.通过对电网电压不平衡下永磁直驱风电系统运行行为进行仿真计算和对比分析,验证了所提控制策略的正确性和有效性.     

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。     

电网频率变化下直驱永磁风力发电机组暂态特性分析

为研究直驱永磁同步风力发电机(DPMSG)在电网频率发生变化情况下的暂态特性,建立了电网中风力发电系统数学模型,网侧和机侧变换器分别采用基于电网电压定向和电流前馈补偿的定子磁链定向矢量控制。根据建立的模型仿真分析电网频率下降情况下风机的输出特性进行仿真分析,仿真结果与实测数据对比验证了模型的正确性。利用该模型对电网频率升高时直驱永磁发电机功率、直流电压、转速进行了进一步研究分析,研究结果为分析风电场在电网频率变化期间直驱永磁风力发电系统实际运行、出力变化情况提供了有效依据。     

永磁直驱风电系统低电压运行特性的分析

通过构建永磁直驱风电系统的仿真模型,实现网侧变换器输出有功和无功功率的解耦控制,增加卸荷负载以提高其应对电压跌落等故障的穿越能力,对风电系统运行在单位功率因数、超前和滞后功率因数情况下的跌落特性进行了仿真分析,讨论了电压跌落期间风电系统对电网的无功支持.仿真结果表明,直驱式永磁同步电机风电系统具有较强的低电压穿越能力,可以安全运行在不同功率因数下,同时能在电网电压故障期间对系统提供一定的无功支持.     

基于背靠背三电平电压变换器的直驱式风力发电系统

直驱式风力发电系统由2个背靠背二极管中点钳位型三电平电压变换器构成,机侧变换器采用间接转矩向量控制,通过调节永磁同步发电机的转速,实现风能最大跟踪;网侧变换器采用电网电压定向的向量控制,实现d、q轴电流解耦控制,使d轴电流控制有功功率,q轴电流控制无功功率。针对直驱式风力发电系统中能量流向以及二极管中点钳位型三电平的特点,提出了一种只需检测上、下电容电压,首发向量全部为负短向量,利用冗余电压向量控制中点电压平衡的方法。为提高该系统抗电网电压波动能力,采用软件锁相环,实现电网电压的同步。仿真结果表明,该控制策略实现了最大风能跟踪和功率因数为1的逆变。     

基于储能和序分量控制的直驱永磁风电系统 非对称故障穿越研究

为避免电网非对称故障时直驱永磁风电机组发生脱网事故,分析了电网电压不对称跌落时机、网侧能量不平衡引起直流链电容电压骤升的机理,提出了一种并联超级电容储能与序分量协调控制策略。考虑了电网非对称故障时电压的跌落程度、传动系统的储能限度和变流器的约束条件,通过对机、网侧变流器进行双闭环控制,实现快速平衡母线有功功率,同时补偿无功以改善电网电压。根据超级电容器寿命等影响因素选取电容容量,采用DC-DC变换器对超级电容的储能模式进行控制,限制故障阶段直流链支撑电容的电压。仿真结果表明了控制策略的有效性,提高了直驱永磁风电系统非对称故障的穿越能力和运行稳定性。     

直驱永磁同步风电机组的无功功率支撑策略

电网准则要求风力发电机组应该具有并网点电压调节能力。基于这一问题,提出了直驱永磁同步风力发电系统无功功率支撑策略。建立了风力涡轮机、永磁同步电机以及电压源型变换器的数学模型,分析了网侧和机侧变换器的控制原理,给出了系统控制框图。通过Matlab/Simulink仿真软件建立了1.5 MW直驱永磁同步风力发电系统的仿真模型,分别对电网正常和电网故障情况进行了仿真研究。实验结果表明所提出的无功功率支撑策略在直流母线电压稳定的基础上能够提升公共耦合点(point of common coupling,PCC)电压。当风电场中多台风电机组采用该方法时,能够帮助PCC电压恢复至正常范围。     

直驱风力发电系统三电平变换器控制策略研究

针对基于NPC型三电平变换器的永磁直驱风力发电系统存在的直流侧电容中性点电位不平衡问题继续研究。根据NPC型三电平变换器的特点,采用简化SVPWM调制算法,采用实时电流监测(Real-time Current Detection,RCD)电位平衡控制策略,结合机侧变换器、网侧变换器所采用转子磁场定向控制策略和电网电压定向控制策略,建立了三电平永磁风力发电系统变换器控制策略,在实现最大风能跟踪、有功无功解耦控制的同时抑制了中性点电位不平衡。基于MATLAB/Simulink仿真环境搭建系统模型,通过仿真验证控制策略的可行性和正确性。     

永磁直驱风电变流器控制策略及仿真研究

根据矢量控制原理提出了机侧和网侧PWM变流器的控制策略,分析了永磁直驱风电系统双PWM变流器的电路结构及其工作原理,建立了永磁直驱风电系统中包括风力机、传动系统、永磁同步发电机、双PWM变流器等各部分的数学模型;在MATLAB/SIMULINK仿真环境中建立了永磁直驱风电系统的仿真模型并进行了动态仿真。仿真结果表明:采用双PWM变流器的永磁直驱风电系统具有优良的动、静态性能,可以良好的控制永磁同步发电机,最终输入电网的电压、电流波形接近正弦且谐波含量小。验证了系统仿真模型的正确性和所提出双PWM变流器控制策略的有效性。     

直驱永磁风电机组高电压穿越协调控制策略

提出直驱永磁风电机组高电压故障穿越控制策略。分析直驱永磁风电机组暂态运行特性,研究变流器运行不同区域的电压向量关系,分析直流电容电压跃升机理。设计直驱永磁风电机组上层控制策略,实现机网侧变流器执行层的dq功率参考值由不同机端电压跃升度决定。PSCAD/EMTDC中的仿真结果表明:机端电压跃升幅度较小时,该控制策略不仅可确保直驱永磁风电机组直流电容电压稳定在安全值以内,且在不影响风电机组向电网注入有功功率的同时,还可向故障点注入一定感性无功功率,支撑母线故障电压恢复;机端电压跃升幅度较大时,该控制策略通过网侧变流器向电网注入容性无功功率防止直流电容电压越限,在满足变流器容量约束条件的前提下,向电网注入有功功率。     

永磁直驱风电全功率变流器并联控制方法研究

为提高永磁直驱风电全功率变流器并联控制效果,提出永磁直驱风电全功率变流器并联控制方法研究。首先分析永磁直驱风电全功率变流器拓并联扑结构,建立永磁直驱风电全功率变流器模型,计算无功功率受有功功率波动造成电压幅值产生波动,结合虚拟阻抗使功率在此种情况下耦合,系统总电阻补偿至0时,实现永磁直驱风电全功率变流器并联控制。实验结果表明,采用该方法控制永磁直驱风电全功率变流器并联运行的机侧环流与网侧环流波动较为稳定,验证了该方法的控制性能。     

全功率变换风电机组的电压源控制(二):电网故障穿越控制与保护EI北大核心CSCD

电压源风电机组可实现对电网频率和电压的自主快速支撑,是构建新型电力系统的关键装备。惯性同步控制方法通过直流母线电压对电网频率的自主感知同步电网和进行频率响应,是实现电压源风电机组的一种有效方法。然而,当电网暂态故障时,网侧变换器因输出功率受限无法控制直流母线电压稳定,打破了直流母线电压感知电网频率的机制,使得网侧变换器与电网失去同步;此外,惯性同步控制方法无电流内环,在暂态故障下容易出现过电流导致机组因自我保护而退出运行。针对上述问题,该文提出一种应对电网故障的电压源风电机组控制策略,具备暂态故障期间网侧变换器对电网同步的能力,采用电网电压和直流电压复合判断法控制同步环节准确切换,通过电压电流级联控制结构和虚拟阻抗自适应调节器有效抑制了暂态过电流,搭建了2.3MW永磁直驱风电机组的Bladed+RTDS硬件在环实验平台,验证了所提控制策略的有效性。     

基于动态触发卸荷电阻的风电低电压过渡技术的仿真分析

电网导则要求风电机组在电网电压跌落时要保证在一定范围内不脱网运行。针对背靠背的永磁直驱风电系统,分析了双PWM变流器的网侧控制策略,并设计直流侧卸荷电阻式Crowbar电路的硬件电路和控制策略,在此基础上对电网3种典型的电压跌落故障进行了仿真分析。结果表明,直流侧卸荷电阻式Crowbar电路的投入能够使风电机组在不同类型的电压跌落故障时保持不脱网运行,并使发电系统的恢复更加迅速,控制简单,成本低,能够保障变流器稳定安全的运行,有效提高永磁直驱风力电系统的低电压过渡能力。     

基于反馈线性化的永磁直驱风电机组低电压穿越控制

电网对并网风电机组有明确的低电压穿越(LVRT)要求,而永磁直驱风电机组实现LVRT功能一般需要增加额外的制动设备,增加了系统成本。针对这个问题,提出一种基于反馈线性化的永磁直驱风电机组LVRT控制技术。该控制策略不同于传统的变流器机侧控制功率、网侧控制直流母线电压的控制方案,而是根据发电机转速和直流母线电压之间的非线性关系,采用反馈线性化理论设计了变流器机侧的直流母线电压控制器,同时在变流器网侧实现了最大功率点跟踪控制。为了验证控制方法的有效性,搭建了永磁直驱风电机组原理样机试验平台,进行了试验研究,试验结果表明在电网三相对称跌落70%时,最大直流电压波动控制在了7%以内。因此,在这种新型的控制策略作用下,永磁直驱风电机组能够很好地实现LVRT功能,同时避免了使用额外的制动单元。     

直驱型永磁风电机组并网控制系统的研究

对直驱型永磁风电机组并网控制系统工作结构与原理进行讨论,并研究变流器电机侧与电网侧的并网控制电路与控制策略。应用并联多变流器的方法,采取电网电压定向的电流、电压双闭环矢量控制模式,设计逆变并网控制。基于对交-直-交背靠背双PWM变流器的控制,运行软件仿真了690 V/2.5 MW直驱型永磁风电机组的变流器并网过程。实验结果表明,控制电路与策略正确有效,并网变流器能进行双向的能量传递,并且具有良好的静动态特性。     

永磁直驱风电机组低电压穿越技术的研究

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,一些电网导则要求风电机组在电网电压跌落时要保证在一定范围内不脱网运行.针对使用背靠背的永磁直驱风电系统,分析了双PWM控制器的网侧控制策略,并设计直流侧卸荷电阻式Crowbar电路的硬件电路和控制策略,与网侧控制配合并进行了仿真分析.结果表明直...     

电网电压不平衡下PMSG风电场可控运行区域研究

针对电网电压不平衡下永磁直驱风电场实现其并网有功功率无波动、并网无功功率无波动以及平衡并网电流3个传统控制目标,推导了永磁直驱风电场中网侧变换器输出负序电流能力以及为实现各控制目标所需的负序电流幅值,通过将二者结合,进而得到了基于不同电网电压不平衡度和系统有功出力的永磁直驱风电场实现各传统控制目标的可控运行区域,并利用仿真和实验对其进行验证,为实际永磁直驱风电系统在电网电压不平衡下控制策略的合理选取提供理论依据。     

电网电压不对称时直驱型永磁风电机组控制策略

在电网电压不对称时,直驱型永磁同步风电机组采用对称控制方法将造成直流侧电压的波动。根据风电机组变流器输出瞬时功率与直流电容电压波动之间的关系,提出一种保持网侧变流器输出功率恒定的控制策略。讨论了风电机组并网对系统不平衡度的影响,以及网侧变流器控制系统的实现。仿真结果表明,电网电压不对称时该控制策略能够保证直流电容电压保持恒定,三相输出电流为正弦波形。     

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。