双馈风电并网系统高频谐振机理及抑制策略

双馈风电机组并网时,由于机网相互作用可能会发生高频谐振,造成巨大的经济损失。针对该问题,首先,综合考虑机侧变流器和网侧变流器的影响,建立双馈风电机组的阻抗模型,并考虑风机接入电网时所采用的不同补偿方式建立双馈风电并网系统阻抗模型,通过绘制和分析阻抗频率响应曲线,揭示双馈风电并网系统高频谐振的产生机理;然后,借鉴光伏逆变器高频谐振抑制的思想,在机侧变流器和网侧变流器原有控制策略中附加阻尼控制环节进行阻抗重塑,以实现风电并网系统高频谐振的有效抑制;最后,通过仿真验证了所提策略的合理性与有效性。     

三相并网变流器弱电网下频率耦合抑制 控制方法

该文针对弱电网情况下三相并网变流器的频率耦合现象的产生机理和抑制方法开展了研究。首先在静止坐标系下针对三相并网变流器进行复矢量形式的导纳建模,模型中考虑了控制器中电流环、锁相环和直流电压环的影响。然后在模型基础上重点研究了锁相环和直流电压环对频率耦合特性的影响,基于系统的等效传递函数框图,分析了在弱电网条件下频率耦合分量对系统稳定性的影响。为了抑制频率耦合特性,针对系统中由于锁相环影响q轴电压和直流电压环影响d轴电流引起的dq轴不对称的问题,提出了补偿锁相环和电压环不对称影响的频率耦合抑制控制方法,理论分析表明该改进控制方法可以有效抑制频率耦合现象,提高系统稳定性。最终通过实验验证了所提频率耦合抑制方法的有效性。     

考虑机侧模型的直驱风电机组序阻抗建模及分析

大规模永磁直驱风场并网振荡现象频发,序阻抗模型逐步成为广泛采用的分析方法。目前对直驱风电机组的序阻抗建模将机侧模型(机侧变流器、永磁同步发电机)简化为可控电流源,忽略机侧模型对于机组阻抗特性的影响。该文建立考虑发电机、机侧变流器、直流母线动态过程、直流电压控制回路以及网侧变流器的直驱风电机组序阻抗详细解析模型,描述小信号分量在机组内部的频率特征分布规律;分析了机侧变流器控制特性、直流母线电容容量、直流母线电压控制特性对机组阻抗特性的影响。基于控制硬件在环实时仿真平台,验证解析模型的准确性,开展多个型号直驱风电机组的阻抗扫描与稳定性分析,验证机侧模型对机组阻抗特性的影响。     

弱电网下双馈风电机组电网电压扰动补偿控制策略

针对弱电网下双馈风电并网系统的稳定性问题,文中提出了一种基于电网电压扰动补偿的双馈风电机组补偿控制策略。首先,在同步旋转坐标系下建立双馈风电机组,包括转子侧变换器和网侧变换器的统一阻抗模型。然后,基于所建立的阻抗模型分析了并网点电压扰动到控制器输出的传递关系,分别在转子侧电流环和网侧电流环引入了电压扰动补偿对变换器进行改进控制,并通过广义奈奎斯特判据证明了该方法能有效提高双馈风电机组在弱电网下的并网稳定性。理论分析表明,基于并网点电压扰动补偿的转子侧和网侧补偿控制能很好地改善双馈风电机组的输出阻抗特性,从而提高其在弱电网下的稳定性。最后,通过仿真分析验证了该补偿控制方法的有效性。     

直驱风机低电压穿越控制技术研究及实测验证

随着风电大规模接入电网,新的并网规范要求风力发电机组必须具有低电压穿越能力.针对直驱式风电机组,采用直流母线卸荷电阻限制电压跌落时变流器直流环节产生的过电压,并通过改进电流控制策略抑制变流器过电流,从而实现永磁同步发电机风电机组的低电压穿越运行.在网侧变流器数学模型的基础上进行了卸荷电阻的优化设计,提出了电网电压跌落故障时网侧变流器的改进电流控制策略,最后在1.5 MW级永磁同步发电机风电机组上进行现场低电压穿越能力测试,实测验证了所提出方法的正确性.     

减小弱电网风电机组电流畸变的优化控制策略

由于风力资源与电力需求地理分布的不匹配,风电机组一般通过长距离输电线路接入大电网,因而常常需要面对弱电网。针对直驱风电机组在弱电网下的并网电流畸变问题,从网侧电流环稳定裕度与锁相环(PLL)抗扰动能力两方面分析了其产生的原因。基于分析结果,提出了减小电压前馈权重与降低PLL带宽相结合的优化控制策略。实验结果表明,所提策略可以有效减小直驱风电机组在弱电网下的并网电流畸变,增强弱电网适应性,提升稳定运行水平。     

电网电压不平衡时全功率风电并网变流器的控制策略

电网电压不平衡条件下,电压负序分量将导致直驱式永磁同步风电机组(permanent magnet synchronous generator,PMSG)全功率并网变流器的直流侧电压出现2倍电网频率的谐波,长期处于此工况下将显著影响直流侧电容的使用寿命,危及机组的稳定运行。建立了电网侧变流器的数学模型,在计及并网阻抗对有功功率影响的基础上,提出了一种以增强直流侧电压稳定性为目标的控制策略。其中,电网侧变流器正负序电流指令通过保证直流侧电容及并网电抗器之间无2倍频振荡的有功功率流得到,指令的计算无需求解复杂的高阶矩阵,也没有引入更多的变量。由直驱式永磁同步风电机组的仿真结果验证了所提出的电压控制策略的有效性。与传统的平衡控制策略相比,这种控制策略能在实现直流侧电压稳定控制的同时,使输出至电网的有功功率2倍频波动得到有效抑制,提高了该型机组不平衡电网电压条件下不间断安全稳定运行能力。     

考虑频率耦合效应的并网模块化多电平变流器阻抗建模及稳定性分析

模块化多电平变流器(modular multilevel converter,MMC)与电网之间的频率耦合效应会影响变流器的阻抗特性,忽略频率耦合效应对变流器并网系统进行稳定性分析可能导致分析结果不准确。该文采用一种考虑频率耦合效应的整体建模方法,将电网阻抗视为MMC交流侧阻抗的一部分,以谐波矩阵描述频率耦合效应,并考虑不对称外环控制的影响建立MMC交流侧等效阻抗模型。仿真验证结果表明,与忽略频率耦合效应的模型相比,采用所建立的等效阻抗模型进行稳定性分析可以获得更准确的分析结果,为MMC并网系统振荡的有效抑制奠定一定理论基础。     

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。     

直驱风机机网侧变流器统一建模及其弱电网下稳定性研究

随着电网中风电占比不断攀升,弱电网下风电并网的稳定性问题愈加受到关注。针对风电并网的稳定性问题,现有研究常常将机侧和网侧解耦,分别对两侧进行简化分析其稳定性,但从时间尺度的角度来看,机侧和网侧动态是存在耦合的,现有的建模忽略了这一耦合。文章针对弱电网下风电并网的稳定性问题,建立机侧和网侧变流器控制的统一模型,并给出了考虑机侧和网侧变流器控制的稳定性分析方法,对比传统的阻抗分析方法,文章采用的分析方法更加精确,最后利用simulink仿真对分析结果进行了验证。     

大容量永磁同步风电机组系统谐振与抑制策略

风电机组变流器是变速恒频风电机组的核心部件,变流器电网侧滤波器在保证良好并网特性的同时也给系统带来了谐振稳定性问题.基于风电机组变流器网侧滤波器动态特性进行分析,揭示了风电机组谐振机理,提出了虚拟变阻尼谐振抑制策略.在MATLAB/Simulink中建立了2.0 MW直驱型永磁同步风电机组仿真模型,实现了风电机组谐振与抑制的全过程仿真.利用电网谐波发生模拟装置,首次在2.0 MW永磁直驱风电机组上进行了机组谐振与抑制现场试验.仿真与现场试验证明了理论分析的正确性与谐振抑制策略的有效性,对实际运行时风电机组的谐振问题和风电机组变流器设计具有指导意义.     

海上全功率风电机组精细化阻抗建模及机网侧耦合分析

全功率风电机组已成为海上风力发电机的主流机型,其动态特性对系统稳定性的影响逐渐凸显,存在引发实际工程宽频振荡的风险。该文基于模块化、多端口的频域建模方法,建立计及机侧系统动态的全功率风电机组交流侧精细化多入多出(multi-inputmulti-output,MIMO)序阻抗模型。定义机网侧耦合度,量化分析全功率风电机组机网侧系统的耦合特性、影响因素及对并网稳定性的影响。研究表明,较快的机侧变流器电流内环和转矩外环会降低机网侧耦合度,使机侧系统更趋向功率源特性;忽略机侧系统动态会导致全功风电机组并网稳定性的分析结果存在误差;通过改变机网侧系统耦合度可改变机侧系统向网侧提供的阻尼,从而影响全功率风电机组并网的稳定性。     

直驱风电机组频率耦合阻抗模型的辨识

大规模风力发电并网可能会引发严重的稳定性问题,例如与直驱风电机组有关的新型次同步振荡(subsynchronous oscillation,SSO)。这种新型SSO发生时通常伴随着显著的频率耦合效应,且该耦合现象在分析系统稳定性时有重要影响。为此,文章首先提出采用频率耦合阻抗模型(frequency-coupled impedance model,FCIM)分析直驱风电机组的频率耦合特性,之后建立了频率耦合阻抗模型测试平台,提出了频率耦合阻抗模型的辨识方法。然后基于平台和辨识方法得到了直驱风电机组的频率耦合阻抗模型,并根据所提方法拟合得到了阻抗模型传递函数。最后分析了直驱风电机组的频率耦合特性,可为电力系统振荡研究的模型选择提供参考。     

计及频率耦合和汇集网络的风电场序阻抗模型等值方法

近年来,中国河北沽源、新疆哈密等风电基地频繁发生电网振荡问题,呈现次、超同步频率振荡分量强耦合现象。频域小信号阻抗方法是建模和分析这类由电力电子并网装置引起的控制不稳定和振荡问题的有效方法。目前针对单个逆变器或风电机组频率耦合阻抗模型已有研究基础,文中基于此提出一种考虑频率耦合和汇集网络的风电场序阻抗模型等值方法,建立的风电场等值阻抗与单个逆变器或风电机组的模型定义和形式统一,能够用于分析次、超同步频率耦合的振荡问题。以直驱风电场并入弱电网系统为例,对所提出的模型应用于系统稳定性分析及振荡频率预测的准确性进行了仿真验证。     

直驱风电机组阻抗建模及次同步振荡影响因素分析

弱电网条件下直驱风电机组与电网的交互影响得到了国内外的广泛关注。目前,阻抗分析法是研究风电机组并网系统稳定性分析的主要研究方法之一,传统的基于dq坐标系的阻抗建模过程中忽略了直流侧电压波动及直流电压环的影响,并且未分析风电机组控制参数对系统稳定特性的影响。因此,以直驱风电机组并网系统为例,计及锁相环动态特性、直流侧电压波动和直流电压环,建立风电机组在dq坐标系下的阻抗模型,并通过扫频实测阻抗特性验证了理论模型的正确性。结合基于系统总阻抗矩阵行列式的稳定判据分析系统稳定性的影响因素,为风电机组控制参数的优化奠定基础。时域仿真结果验证了理论分析的正确性和有效性。     

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。     

弱电网下抑制谐振频率偏移的并网逆变器谐波谐振控制策略

弱电网下LCL滤波并网逆变器可能因系统开环截止频率附近的稳定裕度太低而引发入网电流谐波谐振等稳定性问题.基于上述考虑,以单相并网逆变器双闭环控制模型为例,揭示了弱电网下系统谐波谐振产生机理以及稳定裕度与滤波器谐振频率偏移之间的关系,推导了最小谐振频率偏移条件以及最小谐振频率偏移对电流控制器的影响.鉴于此,提出了一种弱电网下抑制谐振频率偏移的并网逆变器谐波谐振控制策略,并给出了该策略的详细实现方案和参数设计方法.相较于传统控制策略,所提控制策略可以有效抑制滤波器谐振频率偏移对系统中低频段动态性能的影响,而且不论是否考虑电网电压比例前馈环节,并网逆变器的等效输出阻抗增益均无明显变化,且高于传统控制策略的阻抗增益,系统鲁棒性得到保证.最后,仿真与实验结果验证了所提控制策略的有效性.     

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。     

1.5MW永磁直驱风电机组并网变流器的研制

介绍了永磁直驱风电机组并网变流器系统结构和工作原理,并对并网变流器发电侧和电网侧的控制策略和控制电路进行了研究,在此基础上,研制了一台1.5MW/690V永磁直驱风电机组并网变流器样机,进行了相应的实验研究.实验结果表明,该控制策略和控制电路正确有效,并网变流器能实现能量的双向传递,具有优良的并网特性.     

不平衡电网电压下永磁直驱风力发电系统网侧变流器控制策略

建立了电网电压不平衡环境下永磁直驱风力发电机电网侧变流器的数学模型,分析了直流侧电压2倍频分量产生机理,讨论了并网电抗器上的功率波动对网侧变流器双电流控制策略的影响。为抑制不平衡电网电压下直流侧电压2倍频分量,在计及并网电抗器上功率波动的基础上,提出了一种基于正负序电压分别定向的双电流控制策略,并引入了并网电抗器上功率波动修正量对控制算法中的参考电流进行修正。仿真结果表明所提控制策略不仅能有效地控制正负序电流、抑制直流侧电压的2倍频分量,还能减少并网电流的谐波含量。