基于氢储能的主动型永磁直驱风电机组建模与并网控制

针对风电并网功率波动性及高渗透弃风现象,采用共直流母线主动型永磁直驱风电机组结构,建立基于氢储能的永磁直驱风电机组模型,并提出变流器与功率管理协调控制策略。永磁同步发电机与电解槽、燃料电池、蓄电池组汇集直流母线,考虑电解槽需电制氢、燃料电池需氢发电等特性,利用变流器协调控制及功率管理策略,实现风电功率波动抑制、降低风电弃风比例、风电绿色并网。通过PMCAD/EMTDC仿真平台,证明了模型及其控制策略的有效性,有利于风电高渗透并网运行。     

风氢耦合并网系统能量管理控制策略

针对风氢耦合发电系统的燃料电池和电解槽出力响应延迟问题,本文构建了一种风力发电机、燃料电池、电解槽和超级电容耦合于直流母线的结构。根据燃料电池、电解槽和超级电容特性,提出了一种能量管理控制策略,使燃料电池和电解槽能够缓慢地补偿/消纳风力机与负荷调度之间的功率差,超级电容能快速地平滑燃料电池和电解槽响应延迟引起的功率不平衡,确保并网功率与负荷调度一致。Matlab/Simulink仿真结果验证了风氢耦合并网系统能量管理控制策略的有效性,该策略提高了系统的风电消纳能力,降低了并网功率波动。     

风氢耦合提升分散式风电消纳及低电压过渡能力研究

针对分散式风电弃风严重、低电压过渡能力弱等问题,以提升其消纳能力及绿色友好并网为目标,提出风氢耦合系统模型及控制策略。构造1种电解槽和燃料电池集结于直流母线的结构,建立直驱风机、电解槽及燃料电池数学模型,基于能量协调控制策略,在MATLAB/Simulink中搭建风氢耦合混合系统模型,对系统正常运行及故障工况进行仿真分析,结果证明系统能够很好地提升分散式风电消纳及低电压过渡能力。     

永磁直驱风电机组改善系统阻尼的控制技术

永磁直驱风力发电机组抑制系统功率振荡的阻尼作用,有利于提高风电渗透率较高的区域电网的稳定性.本文在分析永磁直驱风电机组运行特性和控制策略的基础上,研究具备故障穿越能力的永磁直驱风电机组的无功调制与系统功率振荡的关系,提出了永磁直驱风电机组的无功附加阻尼控制策略.利用MATLAB/Simulink仿真软件对含永磁直驱风电机组的区域电网进行仿真分析,验证了在所提控制策略下,永磁直驱风电机组能够利用其无功功率的调节能力,抑制故障后系统持续振荡的功率,从而提高了基于永磁直驱风电机组的大规模风电场接入电网后的电力系统的阻尼特性.     

光氢混合发电系统功率协调控制

结合绿色、高效的氢储能方式,提出了光氢混合发电系统功率协调控制策略。氢储能主要包括电解槽、储氢罐和质子交换膜燃料电池,考虑到实际燃料电池和电解槽自身动态响应速度慢的特性,采用功率密度高、暂态性能好的超级电容器来弥补氢储能装置动态响应过程中的不平衡功率。光伏、超级电容器及氢储能各单元通过DC/DC变换器及功率协调控制策略,汇集与分配电能到直流母线,利用DC/AC并网逆变器接入交流系统。通过算例仿真分析,验证了所提协调控制的正确性和有效性。     

应用超级电容提高风电系统低电压穿越能力

针对使用背靠背全功率变流器的永磁直驱风电系统,提出应用由超级电容和双向DC/DC变换器组成的储能系统提高风电机组的低电压穿越能力.研究永磁直驱风电系统的结构和控制策略,以及基于超级电容的储能系统平衡系统功率的特点,建立永磁直驱风电系统和基于超级电容的储能系统的模型,并给出控制策略和主要仿真参数.仿真结果显示,储能系统在电网电压发生跌落时,迅速平衡了直流母线两侧的功率变化,使直流母线电压保持稳定,并将风电机组与电网故障相隔离,保证风电机组继续向电网传输能量,从而提高风电系统的低电压穿越能力.     

风-氢与燃氢燃气轮机耦合系统储能容量优化

为实现风电对电网的友好接入,构建以氢储能和超级电容器储能为基础的风-氢与燃氢燃气轮机耦合系统模型,提出针对该系统的容量配置方法。在对风电功率频谱特性分析的基础上,运用小波包分解技术将其分解为低频并网部分和高频部分。将高频部分再次分解为亚高频部分和最高频部分,并分别通过电解槽和超级电容器来平抑。通过傅里叶逼近拟合波动功率的概率密度函数,求得期望容量配置。算例分析表明所提方法能实现风电对电网的友好接入。     

全钒液流电池-超级电容混合储能平抑直驱式风电功率波动研究

为了平抑2 MW直驱式永磁同步风力机组的功率波动,提出了新型的全钒液流电池-超级电容混合储能系统。对基于混合储能的双三电平二极管箝位型永磁同步风电系统进行了分析,然后对全钒液流电池和超级电容的等效电路模型、充放电特性、协调控制策略进行了研究。采用双向DC/DC变换器进行混合储能系统的能量管理,并对其协调控制策略进行了研究。建立了三电平直驱式永磁同步风电系统及混合储能系统的仿真模型,对直驱式风电机组运行特性进行仿真验证。结果表明:采用现场采集风速数据导入仿真模型,在风功率波动较大时,混合储能系统能够平滑风电系统输出功率波动,稳态时风力发电机出力基本稳定在1.25 MW,提高了风电系统的可控性和电网友好性。     

风电氢储能混合系统的容量配置

将风电和氢能两种绿色能源耦合在一起,针对风氢耦合发电系统的燃料电池和电解槽出力响应延迟问题,采用燃料电池和超级电容器减少延迟。考虑到储能系统不仅要尽可能减少能源的浪费,还要最大限度地消除风电波动性的影响,最小目标函数为风电弃风量、负荷缺电率和风电波动量,对风氢混合储能系统进行容量优化配置。在求取最优解集中,基于决策变量的搜索范围,采用不同的变异策略,使带精英策略的快速非支配排序遗传算法(NSGA-II)的全局寻优能力更强。通过算例分析,验证该方法的有效性。     

永磁直驱机组低电压穿越研究

风机的低电压穿越能力对于风电比例较大的电网的稳定运行十分必要。在分析永磁直驱风电机组数学模型和控制策略的基础上,研究了永磁直驱风电机组实现低电压穿越的方法和相应控制方案。应用于风力发电的永磁同步发电机采取特殊的设计方案,其较多的极对数使得在转子转速较低时,发电机仍然可以工作,因而在永磁直驱同步风电系统中使风轮机与永磁同步发电机转子直接耦合,省去齿轮箱,提高了效率,减小了发电机的维护工作,并且降低了噪声。另外永磁直驱     

Energy management optimization of a hybrid power production unit based renewable energies

Hybrid power production units seem to be an interesting alternative for supplying isolated sites. This study proposes a new supervision strategy in order to ensure an optimized energy management of the hybrid system. The considered hybrid unit includes a wind generator (WG), a fuel cell (FC), an electrolyzer (EL) and a supercapacitor (SC). An overall power supervision approach was designed to guarantee the power flow management between the energy sources and the storage elements. The aim of the control system is to provide a permanent supply to the isolated site by adapting production to consumption according to the storage level. A mathematical analysis of the hybrid system using models implemented in Matlab/Simulink software was developed. Simulation results illustrate the performance of the control strategy for an optimal management of the hybrid power production unit under different scenarios of power generation and load demand.     

基于无速度传感器矢量控制的电机工程参数辨识

风力发电系统中发电机控制是比较重要的环节,各种风力发电机的控制算法在一定程度上依赖于准确的电机参数。首先分析了永磁同步发电机的数学模型及其控制策略,在分析一种基于锁相环模型和模型参考自适应原理的PMSG无速度传感器矢量控制方法的基础上,提出一种具有较强工程应用价值的永磁同步发电机的参数辨识方法。最后给出了各参数辨识的仿真模型和仿真结果。仿真研究结果验证了该控制方法的正确性和可行性。     

基于无源控制理论的准Z源超导磁储能系统

超导磁储能(superconductivity magnetic energy storage,SMES)系统通过变流器来实现电网与超导磁体的功率交换。但传统的储能变流器存在输出电压范围有限以及桥臂上下开关易受干扰造成直通而损坏的问题。为实现超导磁储能系统的安全稳定运行,提出了基于双向准Z源变流器(quasi-Z source converter,QZSC)的超导磁储能系统,并针对QZSC-SMES系统的非线性、强耦合特点,在QZSC-SMES系统的交流侧变流器和直流侧斩波器采用基于欧拉?拉格朗日(Euler-Lagrange,E-L)模型的无源控制策略。仿真结果验证了所提QZSC-SMES拓扑及其控制策略的有效性:系统可以快速准确跟踪有功无功指令,相比传统PI控制,系统具有更低的并网谐波含量、更好的动态性能和更强的鲁棒性。     

永磁直驱风电系统网侧换流器混合控制策略研究

针对永磁直驱风电系统网侧换流器模型存在非线性和强耦合的特点,提出了一种非光滑控制和反推控制相结合的混合控制策略。在dq两相同步旋转坐标系下建立网侧换流器非线性数学模型,采用非光滑控制理论和反推控制方法分别设计了外环直流电压控制策略和内环电流控制策略。在外环控制方面,通过结合非光滑理论的有限时间控制方法和扩张状态观测器(extended state observer,ESO)对于系统扰动的估计作用,设计了直流电压控制器。在内环控制方面,采用附加扰动补偿的反推控制方法进行设计,利用扩张状态观测器对外部扰动造成的系统内环不确定因素进行估计,将估计量引入到反推迭代控制律的设计中进行补偿,通过选择合适的Lyapunov函数,推导出内环电流反推控制律,使内环系统满足Lyapunov渐近稳定条件。仿真结果表明,与常规的PI线性控制策略相比,所提混合控制策略能够有效提高永磁直驱风电系统在电网扰动时的并网动态特性。     

基于滑模变结构控制的直驱永磁风力发电系统研究

本文在分析永磁同步电机数学模型的基础上,结合直驱永磁风力发电系统中的永磁同步电机矢量控制控制技术,提出一种滑模变结构与PI综合控制策略,具有对系统参数变化和负载扰动不敏感、鲁棒性好、响应速度快及容易实现等优点.在MATLAB/simulink环境下构建系统的仿真模型,仿真结果表明该控制器能有效削弱抖振,对负载扰动和系统...     

双三电平永磁直驱风力发电系统控制策略研究

为满足变流器容量需求并获取较低的电流谐波指标,降低开关损耗,达到良好的并网要求,直驱式风力发电系统采用永磁同步发电机(PMSG)和双三电平变流器相结合的拓扑结构.基于PMSG d,q坐标系下的数学模型,机侧变换器运用简化的空间矢量脉宽调制技术并结合PMSG的最大转矩电流比控制策略,充分利用凸极效应,提高系统运行效率,网...     

相同风速功率下两种风电机组响应电网短路故障的对比分析

介绍了双馈和直驱风力发电机组的结构区别。从二者数学模型入手,其交直交变频器采用相同的控制策略,机侧变频器采用解耦控制,网侧变频器采用恒功率因数控制。在EMTPWorks中分别搭建了具有相同风速功率曲线的直驱和双馈风电机组的仿真模型。并在相同条件分析了电网发生三相、单相短路故障时的二者的暂态特性差别,得出了PMSG在故障期间的无功变化幅值要比DFIG要大,但机端母线电压跌落、机组有功功率输出、变频器直流电容电压变化幅度以及频率波动均比DFIG要小,对风电机组的选型具有十分重要的意义。     

使用无速度传感器的PMSG单位功率因数控制

使用永磁同步发电机(PMSG)的直驱风电系统目前发展很快,PMSG的控制对系统性能非常重要,其中无速度传感器控制也受到了广泛关注。为推进此一技术,采用单位功率因数控制方法控制永磁同步发电机以降低永磁直驱风电系统变流器的功率等级;采用基于锁相环的无速度传感器控制策略对电机转速和相位进行观测。实验结果表明在永磁直驱风电系统中,单位因数控制可以有效降低变流器容量,无速度传感器控制可以替代常规编码器参与控制并获得良好效果,从而证实了所采用的单位因数控制和无速度传感器控制策略的有效性。     

永磁直驱风电机组故障穿越优化控制策略研究

永磁同步发电机构成的直驱型变速恒频风力发电系统通过全功率变流器与电网连接,当电网发生严重故障时,不仅对HVDC设备造成损害,甚至可能影响风力发电系统的整体安全稳定运行。对系统故障期间直流电压失稳的机理进行了分析,基于永磁同步发电机转子的惯性储能特性以及网侧换流器的无功补偿能力,提出一种适用于提高永磁直驱风电机组故障穿越能力的优化控制策略。在网侧故障期间通过分段式转速控制调整风机侧输入的有功并对网侧无功进行补偿,减小了中间直流系统注入的不平衡功率,抑制了故障期间直流电压的骤升。应用PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真软件建立单机系统模型,仿真结果验证了所提出的控制策略的有效性。     

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。