新能源并网发电系统低电压穿越与孤岛同步检测的无功功率扰动算法

随着新能源并网发电系统的大量建设与并网,准确、快速地实现低电压穿越与孤岛检测是并网系统的两项重要功能。实际运行时,依据并网准则定义的低电压穿越与孤岛检测的操作时间,并网系统需要能够同步进行低电压穿越运行与孤岛检测,一旦检测到孤岛状态即执行停机操作。但是现有的低电压穿越与孤岛检测方法,在时间和结构上都难以进行简单的组合,无法同时实现低电压穿越与孤岛检测。提出一种由基于双二阶广义积分器的锁相环、功率扰动模块以及孤岛检测模块组成的无功功率扰动方法。该方法控制新能源并网发电系统输出无功电流,同时利用输出的无功功率进行功率扰动,可同时满足低电压穿越运行与孤岛快速检测的要求。最终,仿真结果验证了该方法的有效性与准确性。     

并网逆变器电流重构低电压穿越模型预测控制

新能源并网运行时可能因为电网电压跌落造成并网电流过流,甚至反复并、离网,进而引发电流传感器故障,并网逆变系统非正常运行。为使并网系统在电网电压跌落和电流传感器故障后不脱网运行,提出一种考虑低电压穿越的电流重构模型预测控制策略。在电网电压跌落和电流传感器故障后,分析并网系统电压矢量和电流对应关系,利用直流母线电流和预测电流重构故障相电流。建立低电压穿越控制模型,根据其无功电流补偿指令动态改变逆变器参考电流信号,优选满足代价函数最小的开关状态作为最优电压矢量进行无功补偿。仿真与实验表明在电网电压跌落和电流传感器故障后所提控制策略仍能连续运行,补偿无功电流,为电网提供无功支撑。     

永磁直驱同步风电系统并网运行仿真

针对永磁直驱同步风电机组(D-PMSG)并网问题,构建了经背靠背双PWM全功率变流器并网的D-PMSG仿真模型,包括电网电压正常情况下的稳态并网模型和电网电压跌落情况下的并网模型.在系统稳态并网时,运行于最优功率模式,控制逆变器运行于单位功率因数,使风电场有功出力最大;在电网电压跌落时,系统运行于无功补偿模式,为电网提供无功支持,提高系统低电压穿越能力.仿真结果表明所建立的D-PMSG模型不但可以实现最优功率并网而且具有良好的低电压穿越能力.     

采用同步电机对系统提升新能源电网低电压穿越能力的仿真与试验

由于新能源并网变流器耐流能力不足,在电网发生故障时容易出现大规模脱网,造成新能源电力系统低电压穿越(LVRT)能力下降,进而危及电力系统的稳定运行。提出一种新能源同步电机对(MGP)系统用于提升新能源发电系统LVRT能力。首先给出了MGP系统的数学模型和控制方法,然后从机械运动方程入手分析MGP系统的故障隔离机理,并对直流电压反馈控制在电压跌落过程中的调控机理进行了详细阐述。进一步以光伏(PV)发电系统为例,通过仿真分析了采用MGP系统对低电压穿越能力的提升及无功支撑作用。最后对所提并网方案的低电压穿越效果进行试验研究,验证了光伏逆变器采用直流电压反馈控制后MGP系统可以有效提高光伏低电压穿越能力。     

三相电压不对称跌落光伏并网逆变器控制方法

为了满足光伏并网逆变器在三相电网电压不对称跌落情况下的低电压穿越能力的要求,提出了一种电流正负序同步旋转坐标独立控制的方法,以抑制负序电流和并网电流谐波,使得光伏并网逆变器在三相电网电压不平衡跌落过程中能够正常运行,且不影响电网电能质量。特别地,对电网电压正负序分量的检测进行了详细研究,分析了两种不同的电网正负序分量检测方法的优缺点,优选一种方法进行了实验验证。所提出的低电压穿越控制方法通过了国家电网的零电压穿越认证,证明了该技术方案的有效性。     

光伏并网发电系统的低电压穿越控制策略

为提高光伏并网发电系统的低电压穿越能力,提出一种基于电压定向矢量控制的低电压穿越(Low Voltage Ride-Through,LVRT)控制策略。该策略对光伏逆变器进行电压定向矢量控制,实现有功和无功功率解耦,在电网电压跌落期间,采用直流卸荷电路稳定直流侧电压,根据电压的跌落深度补偿一定的无功功率以支撑电压恢复。通过PSCAD/EMTDC软件对采取LVRT控制策略前后的各电气量进行比较分析,结果表明,采用该策略光伏发电系统可以在电压跌落时保持并网运行,并补偿一定的无功功率以恢复并网点电压,实现低电压穿越。     

基于转子储能的全功率变速水电机组低电压穿越控制策略研究

全功率变速水力发电机组是水力发电机组变速运行主要方式之一,能更快速度响应电网功率变化需求,对间歇性与随机性强的新能源消纳具有重要意义,其机组的低电压穿越能力是保障机组稳定并网运行的关键。提出了一种基于机组转子储能的低电压穿越控制策略,充分利用水力发电机组转子储能能力强和机组输入功率可以调节的特点,采用转子储能和调速器调节吸收控制电网电压跌落期间的机组不平衡能量,并根据电网电压跌落幅值通过网侧变流器向电网提供无功电流支撑。建立了系统各部件的数学模型,通过仿真比对了提出的控制策略与传统的策略,仿真结果表明提出的控制策略能有效抑制直流母线过电压,并向电网提供无功电流支撑,提高了全功率变速水力发电机组的低电压穿越能力。     

基于超级电容的光伏并网低电压穿越控制策略研究

针对光伏系统在电网扰动或故障时突然脱网给电网带来严重后果,对基于超级电容的光伏并网系统的低电压穿越控制策略进行研究。在电网电压跌落时,通过控制超级电容吸收有功功率,平衡直流母线电压,减少光伏阵列注入逆变器的功率,防止逆变器过流。同时保证了逆变器的无功电流输出能力,支撑电网电压,实现系统的低电压穿越。利用系统仿真模型进行验证,结果表明该方法提高了光伏并网的低电压穿越能力,在保证光伏系统安全运行的同时,大大提高了无功支撑能力,稳定了电网电压,利于故障恢复。     

基于多功能有源滤波器光伏发电系统LVRT控制策略研究

本文基于三相级联H桥提出一种多功能柔性限流器,不仅解决光伏发电系统的低电压穿越问题(Low voltage ride through,LVRT),而且正常运行状态下亦可降低光伏发电系统并网谐波含量.该柔性限流器与光伏发电系统并联,并通过H桥级联方式降低其开关电压降落.当系统正常运行时,级联H桥整流器基于模型预测控制,以光伏发电系统并网点输出标准电流为其控制目标,进而实现并网电流的谐波动态补偿;当电网电压跌落时,Boost变换器依据系统电压跌落比,通过自适应非最大功率跟踪(adaptive non-maxi-mum power point tracking,Non-MPPT)方式降低光伏阵列输出功率,保证并网逆变器交、直两侧功率的平衡.与此同时级联H桥则依据电网电压跌落程度向电网注入一定的无功功率来支撑电网电压,提高光伏发电系统动态恢复水平.最后通过MATLAB/Simulink仿真系统,验证所提控制策略的正确性与有效性.     

基于无差拍控制的光伏电站低电压穿越技术的研究

随着光伏电站接入电网容量的不断增大,在电网发生扰动或故障情况下,光伏并网系统的脱网会进一步给电网带来不利影响。并网光伏电站应具备低电压穿越(Low Voltage Ride Through, LVRT)能力。在电流无差拍预测控制的基础上,对控制系统进行了改进。在低电压期间,通过发出无功功率支撑电网电压的恢复,采用限幅控制防止电流增大,投入并联卸荷电阻限制直流侧电压的升高,实现光伏电站的低电压穿越。最后采用新能源电力系统国家重点实验室中的光伏系统参数,建立仿真模型并进行了验证。结果表明在电网发生电压跌落时,     

虚拟阻抗制动可再生能源机组低电压穿越控制

电网电压跌落容易使可再生能源机组并网逆变器产生功角失稳与过电流现象,对系统安全稳定运行产生不利影响。对传统虚拟同步发电机(virtual synchronous generators, VSG)控制策略进行改进,提出了一种虚拟阻抗制动可再生能源机组低电压穿越控制策略。首先,利用等面积定则分析了电网电压跌落和恢复后VSG功角变化机理。其次,详细阐述了虚拟阻抗的无功干预机制与限流原理。然后,提出在电网电压跌落期间对传统VSG功率控制环节实施悬停控制以利于实现功角稳定,并对电压跌落与恢复的不同阶段限制过流所需虚拟阻抗值提出了明确计算方法。最后,利用RT-LAB实时仿真实验平台搭建了10 kW可再生能源并网机组,对不同电压跌落程度下的低电压穿越控制效果进行分析,验证了所提控制策略的可行性与有效性。     

基于双侧电压反馈控制策略的并网光伏系统电压稳定性研究

针对低电压穿越下并网光伏直流系统不稳定的问题,提出一种改进的双侧电压控制策略。前级变流电路引入电压反馈控制,形成电压反馈与最大功率跟踪（maximum power point tracking,MPPT）的混合控制,结合并网逆变器的电压反馈环路,在电压穿越时,对并网光伏直流系统进行综合控制,同时,为了实现前级电路电压控制和功率控制的自动均衡,基于母线电压实时值设计电压反馈环路和MPPT环路的自适应权重系数。为了证明改进策略在低电压穿越时对直流系统的稳定作用,基于RT-LAB平台搭建并网光伏系统的半实物测试环境,测试结果表明：相比于传统控制策略,在不采用Chopper电阻的情况下,双侧电压反馈控制策略能够在低电压穿越时将直流电压变化量从136 V降低到60.5 V,同时还能将并网冲击功率从3 955 W降低到2 264 W,不仅降低了变流电路的电流应力,还提升了光伏系统在低电压穿越时的稳定工作能力。     

基于欠励磁状态运行的虚拟同步发电机低电压穿越控制策略

虚拟同步发电机(VSG)技术可模拟同步发电机(SG)运行特征,有助于并网系统和传统电源在电网中的协调运行。但其电压源特性增加了低电压穿越(LVRT)的运行难度,难以限制电流并提供适当无功支撑。为此,将传统SG并网无功调节原理应用于LVRT控制中,提出一种基于欠励磁状态运行的VSG的LVRT控制新方法。不改变原有VSG控制结构,对下垂特性、无功环和有功环分别进行改进设计,抑制电网故障对VSG的暂态冲击,加速励磁状态的转变过程。并在保持原有VSG特性的基础上改进附加电流环,应用新的定向方法,辅助系统欠励磁状态运行,实现故障穿越。所提方法无需切换控制算法,也无需加入状态平滑切换策略,且能同时应对LVRT和电网不对称跌落问题,简化控制策略,拓展VSG运行优势的适用范围。最后,通过仿真验证了所提方法的正确性和有效性。     

Control Design of a Dynamic Voltage Restorer for Wind-Driven Induction Generators during a Low Voltage Fault at Grid Bus

To reduce the parallel transient and resume the power balance immediately after fault clearing, many countries have included the low voltage ride through (LVRT) requirements in the grid codes for grid-connected wind turbines (WTs). Although the removal of the WT from the power grid in the conventional approach is beneficial to alleviate severe mechanical stress incurred by the low voltage fault, remaining the WT to be connected to the grid during the low voltage fault becomes obligate to reduce the risk of voltage collapse for the power system associated with the ever-increasing WT installation. This article presents a control strategy to which the LVRT capability enhancement of a wind-driven squirrel cage induction generator (IG) by the use of a dynamic voltage restorer (DVR). The DVR, with the flexibility of changing output voltage polarity in series with the power source, can sustain the excitation of IG subjected to the low voltage fault and the random change in load and wind speed. A DC voltage regulator is employed to support the DC-link voltage of the DVR for generating appropriate AC voltage level required for the IG. The AC output voltage of the DVR is controlled by an AC voltage regulator according to the IG terminal voltage deviation from the desired value. To achieve voltage and current decoupling control between distinct coordinate axes in the stationary reference frame, a proportional-resonant (PR) controller is adopted. The DVR output voltage can be instantaneously tracked by the PR controller according to the sinusoidal command comes from the DC and AC regulators. To fully utilize the compensation capacity for the DVR, the dynamic estimation of grid voltage lower limit for recasting the AC voltage command (ACC) of the DVR in response to the low voltage fault is proposed to prevent DVR from malfunction due to controller saturation. The experimental results confirm the effectiveness of the proposed strategy.     

双馈感应式风力发电系统低电压穿越技术概述

随着风力发电在电网中所占比例的增加,电力系统对风机并网提出了更高的要求,低电压穿越技术应运而生。对电压跌落时双馈风电机进行动态分析,研究非平衡电压跌落下双馈风电机的控制,论述LVRT技术的重点与难点,介绍电压跌落发生器的研制情况。非平衡电压跌落下负序变量控制,Crowbar电路控制,风电机组LVRT检测认证体系等势必成为未来双馈风电机LVRT的研究热点。     

弱电网下远端严重电压跌落时逆变器并网失稳机理分析

有别于公共连接点电压跌落故障,当电压跌落故障发生在远端电网侧时,并入弱电网的逆变器在采用典型的低电压穿越控制策略时会出现稳定问题。文中以单逆变器无穷大系统为例,首先建立系统准稳态模型,并分别从电压跌落程度、线路感抗大小、低电压穿越增益系数3个因素分析逆变器失稳机理;其次,建立系统小信号模型,分析得出准稳态模型稳定情况下逆变器还可能存在小干扰稳定问题。最后,基于MATLAB/Simulink仿真验证了理论分析的合理性。     

电网故障下光伏并网低压故障穿越控制策略的研究

电网发生故障或扰动可能造成光伏并网点电压跌落,严重影响电力系统的安全运行,光伏发电站有必要具备在电压跌落范围和时间内保证不脱网运行的能力。提出一种基于无功补偿的光伏并网低压穿越控制策略。该方法在检测到电压跌落时,通过断开外部电压环路将双闭环控制模式更改为单电流环路操作模式,采用改进后的无功补偿控制策略防止逆变器产生过电流,为电网电压提供无功补偿,较好实现不脱网运行。最后利用Matlab / Simulink软件比较和分析低压穿越控制策略前后的相关参数。仿真结果表明,改进的控制策略可以有效地抑制逆变器输出电流的增加,并且能提供无功功率来支持电网电压,以在电网电压骤降期间实现低压穿越。     

不对称故障下考虑电压跌落程度的新能源逆变器控制策略

电网发生不对称故障会影响新能源并网系统可靠运行,严重情况下还会存在切机风险。针对上述问题,提出一种不对称故障下考虑电压跌落程度的电压支撑策略。首先根据逆变器在不对称故障下的输出特性,分析了对公共连接点(point of common coupling, PCC)电压的支撑原理。然后推导了任意不对称故障下PCC电压幅值的通式,进而分析了改变无功电流注入方式的临界点。最后在上述基础上,以逆变器输出电流峰值和已利用容量为约束条件,分别对3种典型的不对称故障进行了分析。确定了每种故障在不同电压跌落阶段的最优无功电流,并推导了各电压跌落阶段的电流参考值计算公式。仿真验证了所提控制策略的有效性与优越性。     

双馈式风力发电系统低电压穿越技术分析

随着风电穿透功率的急剧增加,风力发电对地区电网稳定性的影响不容忽视,双馈式风电系统低电压穿越技术的研究成为热点问题。介绍了欧洲部分国家低电压穿越的标准,详细分析了双馈感应发电机在电网电压跌落时的暂态特性,总结和分析了双馈式风力发电系统低电压穿越功能的实现方案,并对双馈式风力发电系统低电压穿越技术的发展趋势进行了展望,指出在风电场规划设计阶段,必须慎重选择并网点,同时定制具有相应低电压穿越能力的风机。