不平衡电网电压下永磁直驱风电机组的运行与控制

针对电网电压不平衡故障,分析了永磁直驱风电机组的运行特性,提出了一种在正序旋转坐标系下网侧变换器控制策略。该控制策略针对不同的控制目标得到dq轴电流的给定值,并采用比例积分谐振控制器实现dq轴电流的控制,可实现在不平衡电网电压下抑制有功功率二倍频波动、抑制无功功率二倍频波动以及同时抑制网侧有功功率和无功功率二倍频波动。Matlab仿真结果表明,本文所提控制策略能够有效地实现各种控制目标。     

双馈风电机组在不对称电网故障下的稳定性控制研究

为避免电网电压不对称跌落导致双馈风电机组(DFIG)脱网运行,分析了电网不对称故障时双馈风力发电机组直流母线电压波动机理,直流侧过电压这一现象主要由定子侧直流分量和电网电压负序分量引起.通过参考系坐标变换导出在正负序坐标系中双馈感应发电机的电压和电流方程,建立了正、负序坐标系下DFIG数学模型,利用机、网变流器协调控制方法,在不对称电网故障期间,机侧变流器转子电流的负序分量控制为零,网侧变流器采用双闭环正、负序电流控制抑制网侧负序分量,结合功率计算模块,有效抑制了机组电磁转矩与电流的2倍频波动,以及直流母线电压与电流负序分量的波动,改善了DFIG在不对称电网故障下的动态性能.仿真结果表明了该控制策略的可行性.     

电网电压不平衡时模块化多电平换流器直接功率补偿控制策略

为了进一步提升电网电压不平衡时模块化多电平换流器型高压直流输电(MMC-HVDC)的电能传输质量,在αβ坐标系下提出一种无需交流电流正负序分离的MMC直接功率补偿策略,并对电网电压不平衡时MMC交流侧功率和瞬时功率进行了理论分析;针对MMC的零序环流将进入直流侧引起直流电压/电流2倍频波动的问题,基于比例谐振控制器设计了环流抑制控制器;最后在PSCAD中建立仿真模型验证所提出的控制策略和理论分析。仿真结果表明:在电网电压不平衡工况下,在消除负序电流和抑制有功功率波动2种控制目标下,MMC直流电压均可能出现2倍频波动,所设计的直接功率补偿控制系统可以分别有效地抑制网测负序电流或交流侧有功功率的2倍频波动,环流抑制控制器可以有效抑制直流侧2次波动。     

电网不对称故障下双馈风力发电机组穿越控制的研究

在研究电网电压不对称对双馈感应发电机( DFIG)影响以及DFIG正、负序数学模型的基础上,分析了电网电压不对称条件下DFIG定子输出有功、无功功率和发电机电磁转矩的组成.针对电网电压不对称时负序电流对定子侧有功功率、无功功率、电磁转矩和直流侧电压的影响,提出电流正序分量跟踪控制策略,并在转子侧和网侧变换器的控制中对电网电压的正、负序分量分别处理.转子侧变流器采用正序电流跟踪的滞环控制,实现了电流的无差跟踪.网侧逆变器控制内环采用电流前馈控制,并控制负序电流为零,外环采用电压环稳定直流电压,仿真结果表明,在电网不对称故障时,这种控制策略可以消除负序电流对定子侧有功功率、无功功率、电磁转矩和直流侧电压的影响,实现不对称故障穿越.     

基于补偿原理的MMC-HVDC系统不对称故障控制策略

为提高模块化多电平换流器型高压直流输电(MMC-HVDC)系统交流侧发生不对称故障时控制系统的运行特性,研究了电网发生不对称故障下的负序电流抑制和直流电压稳定的控制策略。针对双序内环电流控制系统需要进行电压电流的旋转变换且d轴和q轴之间存在耦合的问题,设计了二阶复数滤波器对电网电压的正负序分量进行提取,并采用电压补偿原理对提取出来的负序分量设计了负序内环电压控制器,对双序内环电流控制器进行了有效的改进,简化了控制系统的结构。为实现不对称故障下直流电压的稳定,基于模块化多电平换流器(MMC)低频连续模型,在不对称故障下推导出桥臂功率和子模块电容电压中均含有二倍频的负序波动分量和二倍频的零序波动分量,进而设计了二倍频零序补偿控制器。在PSCAD/EMTDC中搭建了上述控制器,仿真结果表明所提出的控制策略可以有效抑制负序电流、稳定直流母线电压。     

电网不对称故障下双馈风力发电机组穿越控制的研究

在研究电网电压不对称对双馈感应发电机（DFIG）影响以及DFIG正、负序数学模型的基础上,分析了电网电压不对称条件下DFIG定子输出有功、无功功率和发电机电磁转矩的组成。针对电网电压不对称时负序电流对定子侧有功功率、无功功率、电磁转矩和直流侧电压的影响,提出电流正序分量跟踪控制策略,并在转子侧和网侧变换器的控制中对电网电压的正、负序分量分别处理。转子侧变流器采用正序电流跟踪的滞环控制,实现了电流的无差跟踪。网侧逆变器控制内环采用电流前馈控制,并控制负序电流为零,外环采用电压环稳定直流电压。仿真结果表明,在电网不对称故障时,这种控制策略可以消除负序电流对定子侧有功功率、无功功率、电磁转矩和直流侧电压的影响,实现不对称故障穿越。     

电网不对称故障下混合型MMC不间断运行技术

为提高混合型MMC的不间断运行能力,提出了一种混合型MMC在电网不对称故障下的控制策略。该控制器在交、直流解耦控制的架构上,引入dq坐标系下的正负序分离锁相环、准谐振控制环节、低压限流环节和零序环流抑制环节,实现了负序电流抑制,限制了桥臂的过电流,消除了零序二倍频环流。首先介绍了电网不对称下换流器的模型,基于功率和桥臂电流的表达式,分析了换流器受到的影响。然后针对不对称故障,设计了负序电流抑制策略、有功功率控制策略和桥臂环流抑制策略,以保证混合型MMC的安全稳定运行。最后在PSCAD/EMTDC中搭建了双端MMC-HVDC模型,验证了所设计策略在电网不对称故障下的有效性,实现了混合型MMC的不间断运行。     

单旋转坐标系下VSC-HVDC系统的3种电流解耦控制策略及其对比

为解决交流电网不平衡和畸变情况下的VSC-HVDC交直流双侧电能质量恶化问题,提出单正序同步旋转(dq)坐标系下的正负序电流独立控制方案以改善VSC的电能质量。通过令瞬时有功功率波动为零获得了网侧电流正负序分量参考值的表达式,并根据逆模型原理获得了单正序dq坐标系下的交流负序电流的参考值。进一步为实现在单dq坐标系下对直流正序电流、交流负序电流的闭环控制,并有效抑制电网谐波的影响,分别提出3种单正序dq坐标系下的网侧电流闭环控制策略并进行了详细的仿真验证和对比分析。相应的结果表明,所提出的3种电流闭环控制策略均实现了正负序电流分量的无静差控制和交流电网谐波抑制,在交流电网存在不平衡和谐波的条件下,网侧电流总谐波畸变率均满足相应的并网标准,而二次直流电压波动同样得到了有效抑制。     

直驱永磁风力发电系统在不对称电网故障下的电压稳定控制

针对直驱永磁风力发电机组（D-PMSG）在不对称电网故障下,负序分量对直流母线电压会产生2倍频振荡的问题,提出利用单相电压延迟60°来构造三相对称电压,消除负序分量对直流母线电压的影响,对D-PMSG在不对称故障下电压跌落的控制策略展开了研究。网侧逆变器外环采用电压环稳定直流电压,控制变换器发出的有功功率,内环采用电流前馈控制,使电压矢量在dq轴间解耦,由外环控制得出的电流参考值来控制逆变器的电流,同时结合能量泄放回路解决D-PMSG在电网发生不对称故障下直流侧的功率拥堵。另外,对网侧动态电压恢复器DVR采用改进的最小能量法控制策略,为系统提供最大无功功率支持,有利于网侧电压恢复,从而保证系统的稳定运行。以河西电网的实时数据进行仿真,结果证明了所提控制策略的有效性。     

基于SMES风电不对称故障穿越控制策略研究

并网电网不对称故障会在网侧电压电流中产生2倍工频的正序和负序分量,2倍工频分量会导致并网电流畸变,甚至损坏并网变流器,影响直流母线电压稳定运行。针对风电不对称故障引起的电压波动,提出一种基于超导磁储能(SMES)的不对称故障穿越改进控制策略,分析不对称故障时并网变流器的功率模型特点,在传统不对称故障电流闭环控制中引入零序电流控制环,消除并网负序电流和有功功率波动;考虑电网故障会在直流侧堆积有功功率,造成直流母线电压波动,改进传统斩波器电压电流环,引入功率校正环节,及时消纳故障期间直流侧有功功率堆积,降低直流母线电压波动,最后构建仿真和实验平台验证所提方法的有效性。     

基于虚拟磁链的APF准谐振控制研究*

传统基于瞬时无功功率理论检测方法需用到锁相环对电网电压进行锁相,在网侧电压波形畸变、频率波动等恶劣电网环境下会影响检测的准确性,提出了一种改进的控制方案。采用基于虚拟磁链的定向方法来得到与电网电压同频同相的相角信号,通过在低通滤波器的输入端设置交叉补偿环节,避免积分器饱和现象出现,提高磁链观测的准确性。在旋转坐标系下,三相并联有源滤波器数学模型的d轴和q轴之间存在耦合,这里采用状态反馈解耦控制和电网电压前馈的方法实现解耦控制,避免了电网电压扰动影响,采用准谐振控制器有针对地对特征次数谐波进行补偿。仿真结果验证了该控制方案的有效性。     

风电场VSC-HVDC并网不平衡运行改善控制策略

风电场柔性高压直流输电(VSC-HVDC)系统交流不平衡运行时,并网输出功率存在二倍电网频率波动,并网电压、电流波形畸变,恶化风电场并网的电能质量。为改善风电柔性高压直流输电系统在交流不平衡状况下的并网性能,针对双馈风电场侧交流不平衡运行状况提出了一种改善控制策略。该改善控制策略在计及相关平波电抗器、变压器等值阻抗影响的基础上,建立了风电场VSC-HVDC系统不平衡运行数学模型,并提出基于正负序双dq解耦轴系下的正负序控制给定电流策略。最后,通过Matlab/Simulink仿真平台对比仿真引入改善控制策略前后的系统运行性能,对比结果表明所提改善控制策略可以有效抑制风电场并网功率波动,改善系统并网电压、电流波形。     

三相并网逆变器电感在线辨识控制

针对三相并网逆变器采用无差拍电流预测控制时对滤波电感参数比较敏感的特点,提出一种电感在线辨识的电流预测控制方案.采用电网电压定向的矢量控制策略,将电网电压合成矢量定在d-q旋转坐标系d轴上,使d轴电流控制有功功率,q轴电流控制无功功率,实现了d轴和q轴电流的解耦控制.同时,将在线辩识的电感应用于三相并网逆变器无差拍电流...     

基于PIR控制器的CSC-DPMSG-WGS低电压穿越控制

提出了一种基于比例—积分—谐振(PIR)控制器,且适用于电流源型永磁直驱风力发电系统(CSC-DPMSG-WGS)的低电压穿越运行控制方案。根据所提出的方法,电网故障时,通过机侧变换器控制来限制风力发电机的电磁功率,以实现机侧和网侧的功率平衡;网侧控制器在正序旋转坐标系下采用PIR控制器同时对正负序电流进行无差控制,以消除两倍基频的功率波动,进而稳定直流电流。仿真与实验结果表明,所提出的控制方案在电网对称及不对称故障下均可有效降低直流电流波动,并实现电流源型永磁直驱风力发电系统的低电压穿越。     

弱电网下基于电压扰动补偿的并网变换器改进控制方法

在弱电网条件下,并网变换器的控制系统与电网阻抗相互耦合,导致并网系统的稳定性降低,其中并网点电压扰动对锁相环和直流电压环的影响是导致并网变换器稳定性下降的关键因素。变换器阻抗模型是系统稳定性分析的基础,因此,首先在dq坐标系下,建立了包含电流环、锁相环和直流电压环等环节的三相并网变换器小信号阻抗模型。由阻抗模型中各变量的传递关系,能够找出并网点电压对锁相环和直流电压环输出的扰动通道,推导出扰动分量对控制器输出影响的表达式。在此基础上,将锁相环和直流电压环输出扰动补偿项添加到d轴和q轴电流环控制器,进而提出了基于并网电压扰动补偿的控制方法。理论分析结果表明,该方法可以在弱电网条件下有效降低电网阻抗与控制器耦合的影响,提高并网系统的稳定性。实验结果验证了理论分析的正确性和所提方法的有效性。     

多功能柔性功率调节器的矢量励磁控制

作为大容量低速飞轮储能系统,多功能柔性功率调节器(FPC)由双馈电机(DFIM)和作为交流励磁电源的电压源型双脉宽调制(PWM)变换器组成,具有独立的有功和无功调节能力,能提高电力系统稳定和改善电能质量。FPC采用改进型定子磁链定向控制策略。该策略利用电压控制代替无功控制,同时分别对定子q轴和d轴电压进行反馈和补偿控制,从而对电网电压波动具有较好的鲁棒性。由于FPC主要工作在电网扰动时,为了避免机端电压突然跌落引发变频器不能承受的转子过电流而导致装置跳闸,采用了专门的转子过电流快速限制措施和控制策略。此外,还附加了转速反馈控制,使FPC转速在其待机时总是能保持在稳态给定转速。     

三相并网逆变器模型电流预测控制技术

针对三相并网逆变器的特点,在dq旋转坐标系下,提出了一种模型电流预测控制方法。在每一个采样周期,根据预测模型,对三相并网逆变器的8个电压矢量进行在线评估,使价值函数最小的电压矢量在下一个采样周期应用,实现了对d轴和q轴给定电流的快速跟踪。同时采用电网电压定向的矢量控制策略,实现d轴电流和q轴电流解耦控制,使d轴电流控制并网逆变器的有功功率,q轴电流控制并网逆变器的无功功率。实验结果表明:采用模型电流预测控制的三相并网逆变器有很好的静、动态特性。从而验证了该方案的可行性和正确性。     

基于状态反馈的LCL型逆变器解耦控制策略

为实现带LCL滤波器的三相电压源型并网逆变器(VSI)的无静差控制,通常采用abc/dq变换将静止坐标系转换为同步坐标系,但这种变换存在dq分量间的耦合问题。因此提出了一种基于双电感电流和电容电压反馈的三闭环解耦控制策略,该策略采用状态反馈实现了多输入多输出(MIMO)线性时不变系统动态解耦,不仅有效解决了dq分量间的耦合问题,而且在保证较高的入网电流质量的条件下改善了系统动态性能。仿真和实验结果均验证了该控制策略的可行性和有效性。