MW级并网变流器主功率电路的设计

介绍了PWM并网变流器的工作原理,对MW级并网变流器的主功率回路的关键器件的选型计算进行了详细的分析。在此基础上,研制了一台1 MW/690 V的并网变流器样机,进行了相应的实验研究。实验结果表明分析计算是正确的,并网变流器能实现能量的双向传递,具有优良的并网特性。     

基于可再生能源三电平并网变流器的研制

为满足可再生能源发出的电能高压并网要求,研制了高性能三电平并网变流器.详细介绍了该二极管箝位型三电平并网变流器的系统构成及工作原理,并对电压环、电流环的双环控制策略和控制电路进行了研究,提出了一种改进型SVM调制方法来平衡中点电压.在此基础上,研制了一台20kW/380V并网变流器样机,进行了相应的实验研究.实验结果表明,该变流器能够保证中点电压平衡,可以实现单位功率因数并网和注入电网的电流为正弦波,具有优良的并网性能.     

基于背靠背双PWM变流器的飞轮储能系统并网控制方法研究

采用带LCL滤波器的背靠背双PWM变流器作为飞轮电机与电网进行能量交换的接口,提出一种飞轮储能系统并网控制方法。该方法由电网侧变流器控制和电机侧变流器控制两部分组成,并经过充电、预并网和并网运行三个阶段。在充电和预并网阶段,电网侧变流器采用不控整流方式,电机侧变流器先后采用速度外环和电压外环控制方式;在并网运行阶段,电网侧变流器控制采用基于电网侧电流外环、变流器侧电流内环的直接功率控制策略,控制并网有功功率的大小及流向;电机侧变流器控制采用直流母线电压外环、电流内环的双闭环控制策略,维持直流母线电压恒定。采用零极点对消降阶法及对称优化函数等效法分别设计电机侧内外环控制器参数。进行了飞轮储能系统的充电、预并网和并网运行实验。实验结果验证了所提飞轮储能系统并网控制方法的可行性。     

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.     

20 kW三电平并网变流器主电路参数的设计

提出了采用三电平并网技术研制可再生能源发电高压并网变流器,介绍了三电平并网变流器主电路的拓扑结构,并对其主电路参数的选择进行了研究,给出了主电路功率器件IGBT、箝位二极管和直流侧电容的设计方法.采用LCL滤波器抑制注入电网谐波,并对其工作原理和滤波特性进行了分析,建立了LCL滤波器设计的数学模型.在此基础上,设计出了20 kW三电平并网变流器的实验样机,实验结果表明所提出的设计方法正确实用.     

大功率直驱风力发电并网变流器主电路的研究

全功率变流器是直驱风力发电系统的重要组成部分,可将发电机发出的能量更好地并网。这里对直驱并网变流器主电路的设计进行了研究,包括电网网侧滤波器和电机侧滤波器的设计及计算、共模电压的消除。最后,基于网侧和机侧的控制理论和所提出的设计方案,利用Matlab对其控制方法进行了仿真,并通过1.5 MW直驱风力发电机组并网变流器样机的实验平台进行了互馈实验,实验结果证明了设计方法的可行性。     

基于负序电流补偿的并联风电变流器故障容错控制

海上风电运行环境恶劣,风电功率随机波动性大,导致功率器件极易发生故障.故障容错控制是提高风电并联变流器运行可靠性以及功率可用度的有效手段.并联风电变流器某相发生开路故障后,对并联风电变流器的故障运行机理进行了详细分析.在此基础上,提出一种基于负序电流补偿的并网风电变流器故障容错控制,利用非故障变流器模块对故障变流器模块进行负序电流补偿.当系统功率小于或等于0.5 p.u.时,在保证并网侧电流平衡的条件下实现变流器最大输出功率;当系统功率大于0.5 p.u.时,首先满足系统有功输出要求,然后对负序电流进行补偿.最后通过仿真验证了该控制理论的正确性与可行性.     

无电解电容四象限变频器控制策略分析

针对传统四象限变频器直流母线采用大电解电容带来的缺点,以电梯变频系统为研究对象,对母线电容采用小薄膜电容的可行性进行分析,对电网侧变流器的双环控制策略展开了深入研究。网侧变流器采用了高阶的LCL滤波器,以更好地抑制并网电流的高次谐波。重点讨论了电流环和电压环控制策略,电流环采用PIR控制器,保证并网电流的总谐波满足并网要求,电压环采用PI控制加功率前馈控制,提高小母线电容时系统的稳定性。针对以上控制策略,搭建了离散化的Matlab仿真模型,并进一步搭建了样机,通过仿真和实验验证所提控制策略的正确性。     

DC/AC并网变流器系统功率双向流动下稳定性差异分析与功率补偿控制

功率控制下并网变流器系统在面临功率双向流动时,若不切换变流器控制策略,则系统稳定性在正向功率与反向功率之间会存在明显的差异,即双向功率稳定性差异,这种稳定性差异容易引发系统振荡,不利于系统稳定运行。该文首先分别研究了功率传输方向和大小2个因素对采用传统功率控制和电流控制的并网系统稳定性的影响。研究表明,功率控制下功率反向流动时,变流器输入阻抗具有负阻抗特性,随着传输功率的增加,并网系统稳定性下降甚至失稳;电流控制相较于功率控制存在一定的优越性,但仍存在因阻抗呈容性而造成系统阻尼较小的问题。针对采用上述2种传统控制时并网系统存在的稳定性问题,提出了一种功率方向变化时无需切换的功率补偿控制策略,将提取得到的交流电压扰动分量通过补偿控制器后对有功功率进行修正,使得变流器交流侧阻抗在功率双向流动下均呈正阻抗特性,从而增强系统的阻尼。研究表明,所提控制策略能扩大系统的稳定裕度,提升系统的稳定性和功率传输能力,同时兼顾动态特性。最后通过仿真和实验验证了理论分析和所提出控制策略的有效性。     

20 kW三电平并网变流器主电路参数的设计

提出了采用三电平并网技术研制可再生能源发电高压并网变流器,介绍了三电平并网变流器主电路的拓扑结构,并对其主电路参数的选择进行了研究,给出了主电路功率器件IGBT、箝位二极管和直流侧电容的设计方法。采用LCL滤波器抑制注入电网谐波,并对其工作原理和滤波特性进行了分析,建立了LCL滤波器设计的数学模型。在此基础上,设计出了20 kW三电平并网变流器的实验样机,实验结果表明所提出的设计方法正确实用。     

两级式储能逆变器并离网控制技术

随着新能源的大规模应用,储能装置作为一种可控电源,因具有调峰幅度大、响应速度快等优点而在保证微电网正常运行方面具有重要作用。介绍了一种两级式储能逆变器,一级是三相全控桥构成的网侧变换器,另一级是3个交错并联回路构成的直流变换器。阐述了该储能逆变器在并网和离网工作模式下的控制原理及并离网切换的技术关键点。通过MATLAB仿真验证了该储能逆变器采用所提控制策略可以实现并网、离网的正常运行以及并离网切换的顺利过渡,采用3个交错并联回路结构的直流变换器可以提高总输出电流能力,通过载波移相可以减小总输出电流波动。储能逆变器可靠地实现了微电网的并网和离网运行控制,有效地改善了可再生能源发电输出功率的连续性,为新能源领域进一步发展提供了技术保障。     

电动汽车接入电网技术的双向变流系统研究

目前,国内研制只具备充电功能的电动汽车充电装置,还不具备目前被广泛关注的向电网放电的功能。为实现电动汽车与电网之间的双向能量交换,研究了采用AC/DC双向变流和DC/DC双向变流的两级变流的拓扑结构,讨论了基于dq变换的空间矢量脉冲宽度调制（PWM）双闭环控制的AC/DC双向变流系统和采用电流滞环跟踪PWM调制技术控制的DC/DC双向变流系统,并通过Matlab仿真,验证了拓扑结构及控制策略的可行性。     

超导储能在并网直驱风电系统中的应用研究

针对直驱风电系统并网运行过程中存在的输出有功功率波动和低电压穿越问题,在变换器的直流环节并联超导储能系统。对超导储能系统的斩波器提出双闭环加脉冲判断的控制策略,确保超导磁体线圈电流水平,使超导储能系统可以快速、准确地充放电,从而稳定直流环节功率。同时,通过引入谐振控制器的方法,对网侧变换器的控制策略进行改进,实现电网电压不对称跌落情况下,负序分量引起波动的有效控制。仿真结果表明,采用上述方案后直驱风电系统向电网输送较为平滑的有功功率、低电压穿越能力得到了提升。     

全功率驱动的异步风电机组的控制策略研究

通过全功率PWM变流器并网的笼型异步风力发电机组(the Full Rated Converter Induction Generator,FRC - IG),以其低成本、高可靠性和易维护的特点引起了人们的关注.在分析笼型异步风电机组数学模型的基础上,对全功率PWM变流器的控制策略进行了研究,给出了基于转矩给定的最大功率跟踪控制策略,通过对电磁转矩的调节间接控制发电机转速来跟随最大功率曲线.网侧变流器采用并网电压控制策略,根据并网电压的幅值来调节无功功率抑制电网电压的波动,在保证风电机组安全运行的同时降低了机组并网对电网的影响.仿真结果表明所采用的控制策略能很好地实现风电机组的最大风能跟踪,降低并网点电压波动.在电网电压故障期间,并网电压控制策略还可以有效地提高机组的低电压穿越能力,保障风电机组稳定运行.     

适用于新能源并网的VSC-MTDC系统协调控制策略

针对新能源并网的多端柔性直流（voltage source converter multi-terminal direct current,VSC-MTDC）输电系统中各换流站之间功率协调控制的问题,提出一种适用于新能源并网的VSC-MTDC系统协调控制策略。该策略将主从控制与下垂控制相结合,通过多个换流站分担采用定直流电压控制的主换流站有功功率的方式,使主换流站不易达到满载,协调了多个换流站的有功功率容量,尤其适用于新能源并网时出力的频繁性与间歇性变化;当主换流站满载或退出运行时,其余不平衡功率由采用自适应下垂控制的换流站承担,自适应下垂控制根据换流站的功率裕度将系统中的不平衡功率进行合理分配。考虑多个换流站间直流电压存在误差,通过对直流电压极限值进行调节,可以最大限度地利用换流站的有功功率容量,维持直流电压稳定。仿真结果验证了所提控制策略的可行性和有效性。     

故障下双馈风电系统机电能量平衡的可行性分析

对于电网故障下双馈感应发电机（doubly fed induction generator,DFIG）机电能量失衡即风力机输入双馈电机能量和双馈电机输出至电网侧能量失衡的问题,现有文献鲜少涉及。双馈电机输出能量和机侧变换器的励磁控制策略有关,首先对现存几种励磁控制策略下双馈电机输出有功功率的情况进行分析,结果表明现有励磁控制策略下双馈电机无法达到机电能量平衡。进而从任意频率、幅值、相位转子电流入手,探讨转子电流三要素和双馈电机输出有功功率之间的关系,推导了使双馈电机达到能量平衡所需的转子电流指令。利用Matlab/Simulink搭建了系统的仿真电路,验证了以上推导过程的正确性。     

风力发电机组低电压穿越测试与分析

随着风电在电力系统中的穿透率逐年上升,风力发电与电力系统之间的相互影响越来越大,电力系统对并网风力发电机组在电网故障下能不间断运行提出强制性要求。分析了直流卸荷电路的工作原理和拓扑结构,建立了直驱风电系统模型。机侧变流器采用改进的直接电流矢量控制策略,实现了发电机平稳高效运行;对网侧逆变器控制策略做了进一步改进,增强机组的低电压穿越能力。利用移动式低电压穿越检测设备对内蒙古某风场永磁直驱风电机组进行了现场测试,测试结果满足国网的风电低电压穿越运行要求。     

Crowbar电路在风电并网低电压穿越中的应用

基于电力系统对风电并网中,风机需要具备低电压穿越性能,即电网电压波动时风机可以不脱离运行并向电网回馈能量,通过对三电平整流器的SVPWM的控制算法、二极管钳位型三电平变流器和电网跌落对风电变流器的影响三方面的研究,针对大功率直驱变流器提出一种基于耗能型的Crowbar电路,相比于传统保护电路和控制策略增加了制动单元,并设计了其中开关管的控制方法,来实现低电压穿越的能力。并通过1.5 MW的直驱风电机组及并网变流器构成并网系统验证设计的合理性。     

矩阵变换器直接转矩控制系统的电网故障跨越能力

矩阵变换器由于其自身结构的特殊性,易受输入侧电源异常的影响。针对电网对地短路的情况,建立电网故障下的系统等效数学模型。提出一种新的开关控制策略,通过分时赋值9组双向开关的控制信号来确保矩阵变换器安全度过电网故障期。利用Matlab/Simulink来模拟矩阵变换器直接转矩控制系统在电网正常和电网故障情况下的工作状态,编写基于C语言的DSP程序和VHDL语言的FPGA程序来实现提出的控制策略。最后,设计出一套高度集成的矩阵变换器实验装置,通过实验平台验证提出的开关控制策略。仿真和实验结果表明了所提控制策略的正确性,验证了设计的矩阵变换器直接转矩控制硬件和软件系统具有电网故障跨越的能力。