电网故障下直驱风电系统网侧变流器控制

在直驱风力发电系统控制中,网侧变流器采用电网电压定向矢量控制策略,因此快速而准确地检测电网基波电压的大小和相位在网侧变流器同步化设计中是很关键的。介绍基于对称分量法的同步坐标系锁相方法和双同步坐标系解耦锁相方法;研究在不平衡电网电压下变流器中使用的2种不同电流控制器的性能,这2种控制器是基于正参考坐标系和负序分量前馈控制(VCCF)的电流控制器和基于正负序参考坐标系(DVCC)的双电流控制器。仿真和实验结果表明:在电网电压出现不平衡时,精确地检测电网电压基波的正、负序分量并且使用正负序旋转坐标系下双电流控制策略,在网侧变流器控制中起到了一个很关键的作用。     

基于三相四桥臂的不均衡负载逆变仿真分析

三相逆变器在较重的不平衡负载影响下输出的电压波形会畸变.基于三相四桥臂逆变器给出了解决这一问题的控制策略.使用９０°对称分量法对各序电压进行分解,分解后的正序与负序分量使用双闭环 PI方法进行控制,零序分量则采用虚拟构造αβ坐标系进行控制,最后用三维空间电压矢量调制算法 (３D-SVPWM)产生控制脉冲驱动四桥臂逆变器.仿真结果证实了控制策略的有效性,三相四桥臂逆变器在带三相不平衡负载的情况下输出也是均衡的.     

光伏并网逆变器在不平衡电网下的控制策略研究

目前,在平衡电网电压下的光伏并网逆变器的控制已较成熟,而在不平衡电网下,光伏并网逆变器的传统控制策略会引起电压不稳定和有功无功功率的二次脉动.通过建立并网逆变器的数学模型,获得dq坐标系下的并网逆变器的动态方程,分析并网逆变器控制策略的关键是其锁相环能够准确提取电网三相电压相位.传统的三相同步锁相环(SRF-PLL)在电网三相电压不平衡时无法准确提取电压的相位,在举例分析国内外几种获取电压准确相位方法的优缺点的基础上,采取了一种基于解耦双同步参考坐标系下的锁相环(DDSRF-PLL)的控制策略,通过dq旋转轴的坐标系和解耦网络,可准确获取三相不平衡电网的电压相位,并采用旋转dq坐标系分离正负序分量,完成独立控制.最后构建电网三相电压平衡和不平衡工况下的光伏并网逆变器的仿真模型,验证了该控制策略的可行性和有效性.     

基于阻抗分析的三相逆变器负载不平衡控制

通过逆变器输出阻抗的分析,得出了三相逆变器输出电压不平衡的根本原因,提出通过设计适当的闭环控制来减小逆变器输出阻抗,以减小三相输出电压不平衡度的控制思想。本文根据三相输出电压不平衡时的特点,提出了通过DSC提取出负载电压及电感电流中的正序、负序分量,分别在正序dq坐标系及负序dq坐标系下对正序分量及负序分量采用电压、电流的双环前馈解耦控制的方案,用于对逆变器负载不平衡引起的输出电压不平衡的控制。闭环输出阻抗的分析显示,该控制方案在整体减小闭环系统输出阻抗的同时,能够大幅有效地减小负序分量对应输出阻抗。仿真与实验结果证明,该控制方案对不平衡负载引起的输出电压失衡有较好地控制作用。     

孤岛微电网逆变器不平衡负载下的控制策略

提出一种孤岛微电网逆变器在不平衡负载下的控制策略,采用分序网络解耦控制,在虚拟同步发电机(VSG)控制的基础上引入自适应负序补偿环.对三相负载不平衡下的电路进行分析,得到逆变器分序网络等效电路和逆变器间负序环流产生机理.通过分序网络解耦控制得到电压环参考电压各序分量,引入分序网络虚拟阻抗改进逆变器各序输出阻抗.正序网络采用VSG控制实现正序调频调压和电流的自主分配,负序网络加入负序补偿环抑制微电网三相电压负序分量.详细分析了微电网电压负序分量与负序补偿系数和逆变器输出电流负序分量的关系.负序补偿环采用自适应控制,在实现微电网三相电压平衡的同时根据逆变器额定容量自主分配输出电流负序分量.建模仿真结果验证了所提控制策略的有效性.     

比例谐振控制器在MMC-HVDC控制中的仿真研究

基于模块化多电平高压直流输电系统(high voltage direct current transmission based on modular multilevel converter,MMC-HVDC)通常采用双闭环矢量控制策略,由于该策略在不平衡故障情况下,需要采用正负序2套旋转坐标系对正负序电流分别进行控制,从而存在需要调整控制参数多、动态响应慢的问题。该文在两相静止αβ坐标系下,分析了 MMC-HVDC 数学模型的特点,并对其功率分量进行了相应推导。为了实现交流信号无静差控制,在αβ坐标系下引入比例谐振控制器实现正负序电流的统一控制,该策略无需繁琐的旋转坐标变换,从而不存在受电路参数影响的耦合项和前馈补偿项,进而方便了控制器的设计;同时利用PR控制器对传统电容电压均衡控制内环进行了改进,最后,在PSCAD/EMTDC中搭建的仿真模型基础上,验证了αβ-PR平衡和不平衡控制策略的有效性。     

基于PSCAD的电网电压不平衡情况下光伏并网逆变器控制策略的研究

为了实现光伏并网逆变器在电网电压不平衡情况下能够输出平衡的三相电流,建立了电网电压三相不平衡情况下光伏并网逆变器的数学模型,分析了采用传统同步旋转dq坐标系下PI控制策略的缺点,在研究同步旋转正负序坐标系下双dq-PI控制的基础上,给出了一种改进的dq-PI控制策略。在PSCAD环境下,对传统PI控制策略和改进的dq-PI控制策略进行了对比验证,仿真结果表明光伏并网逆变器采用改进的dq-PI控制策略能够得到三相平衡的输出电流。     

一种适用于不平衡电网情况下的改进型控制策略研究

为了实现光伏并网逆变器在电网电压不平衡情况下能够输出平衡的三相电流,建立了电网电压三相不平衡情况下光伏并网逆变器的数学模型,分析了采用传统同步旋转dq坐标系下PI控制策略的缺点,在研究同步旋转正负序坐标系下双dq-PI控制的基础上,给出了一种改进的dq-PI控制策略。在PSCAD环境下,对传统PI控制策略和改进的dq-PI控制策略进行了对比验证,仿真结果表明,和采用传统的双dq-PI控制相比,光伏并网逆变器采用改进的dq-PI控制策略同样能够得到三相平衡的输出电流,但算法更为简单。     

不平衡负载下逆变器并联系统电能质量治理

针对多逆变器并联系统输出侧电压不平衡的问题,提出一种基于主从控制的多逆变器并联系统输出级电压不平衡度抑制策略,旨在提升电压质量.首先对逆变器输出电压进行分析,得出负载电流中的负序分量是导致逆变器输出电压三相不对称的原因,进而提出基波旋转坐标变换的方法将负载电流中的正负序分量分离出来,其中负载电流中的全部负序分量由从逆变器承担,而主逆变器仅提供负载电流中的基波分量,并维持逆变器输出端电压稳定.所提控制策略将电能质量治理功能嵌入到从逆变器控制策略中,有效降低了输出端电压的不平衡度,避免了增加额外的电能质量治理装置.最后,基于PSCAD仿真和实验对所提控制算法的有效性进行了验证.     

三相四桥臂逆变器输出电压负序分量抑制研究

与其它拓扑类型的三相四线逆变器相比,三相四桥臂逆变器具有电路形式简单,体积小,电压利用率高等突出优点,并通过增加第四桥臂,使其具有带不平衡负载的能力.然而由不平衡负载引起的三相不平衡电流会导致输出电压中含有负序分量和零序分量,对此可以采用两组PI控制器来实现输出电压控制.一组基于逆时针旋转坐标系的PI控制器用于调节正序电压分量,另一组基于顺时针旋转坐标系的PI控制器用于消除负序电压分量的影响.在此,提出并分析了一种基于两组旋转坐标系的三相四桥臂逆变器双闭环PI控制器设计方案,在此基础上设计了一台5kVA样机,并通过了实验验证.     

微电网系统中Tan-Sun坐标变换体系的应用研究

Tan-Sun坐标变换体系能够将不含有零序分量的三相不平衡交流量变换为2个正交等幅的交流量,并可通过Park变换将其变换为2个不含有二次谐波分量的直流量。基于Tan-Sun坐标变换体系所具有的上述特点,将Tan-Sun坐标变换体系应用于电网电压不平衡条件下的微电网系统中,以实现对三相PWM变换器的三相不平衡电流的直流解耦,以及三相PWM变换器数学模型的精确解耦,可避免使用谐振控制方法和相序分量提取方法,从而提高其控制灵活性和电能质量,简化其控制系统结构。最后通过仿真和实验研究验证了Tan-Sun坐标变换体系在微电网系统中应用的可行性和有效性,以及相对于正负序同步旋转坐标变换方法的优越性。     

不对称负载下离网逆变器的双序控制方法

输出电压的对称度是衡量三相离网逆变器性能的重要指标之一,而造成离网逆变器输出电压不对称的主要原因是负载不对称。常见的单序双闭环控制方法无法对负序电压进行控制,会导致输出电压不对称。为此,首先基于对称分量法推导了逆变器带不对称负载时输出分量的负序耦合公式,给出了负序电压的双闭环解耦控制方法。在此基础上提出一种双序控制方法,通过增加负序控制支路来对负序电压进行控制,保证离网逆变器输出电压的对称性。最后通过MATLAB进行对比仿真,给出系统相关参数,验证了这种控制方式的有效性。     

基于比例积分谐振的微网逆变器电压均衡控制策略研究

对于工作在离网模式下的微网逆变器,在可能会出现的负载不对称或者单相负载运行场合,采用传统的电压电流双闭环控制方法会导致输出电压严重不平衡,从而危害供电设备以及整个系统。基于分裂电容式的三相四线逆变器系统,针对逆变器在离网模式下带不平衡负载运行的问题,建立相关数学模型分析抑制不平衡问题,分析传统比例积分控制的缺陷,并在此基础上采用正负序分离独立控制和比例积分准谐振控制策略。同时针对微电网运行状态平滑切换的要求,给出一种基于间接电流控制策略的平滑切换控制策略。仿真结果证明该控制策略的正确性。最后在微电网逆变器实验平台上通过实验验证了该方案的实用性和可行性。     

电网严重畸变情况下的锁相策略研究

针对传统三相软件锁相环PLL(phase-locked loop)在电网电压同时含有较低次谐波分量和负序分量等严重畸变情况下不能完成精准锁相的问题,提出基于滑动离散傅里叶变换DFT(discrete Fourier transform)滤波原理的新型三相软件PLL。滑动DFT算法可以准确地从含有各次谐波的电网电压中提取单位基波信息,再结合基于延时信号对消的基波正负序分量分离方法提取出基波中的正序分量,最后采用同步参考坐标系锁相环SRF-PLL(synchronous reference frame phase locked loop)得到基波正序相位信息。结果表明,新型锁相环在电网电压同时处于不平衡、含有高次谐波和低次谐波以及直流分量的情况下均能够完成精准的锁相。     

不对称故障下低电压穿越的多目标解耦控制策略

在传统不对称故障低电压穿越控制中,囿于控制自由度有限,并网逆变器控制存在输出电流负序分量和直流侧电压二倍频波动抑制两个目标无法同时实现的问题。针对该问题,本文提出了一种不对称故障下两级式光伏并网系统低电压穿越的多目标解耦控制策略。该策略将逆变器的控制目标设置为输出电流负序分量抑制,给出了综合考虑逆变器输出电流限幅和无功输出需求的逆变器电流内环控制参考值计算方法;通过双向Buck-Boost变换器将超级电容接入直流母线电容两端维持其电压稳定,并将直流侧电压二倍频波动转移至超级电容输入侧进行抑制。仿真结果表明,在所提控制策略下逆变器三相间的不平衡度降低,输出电流畸变得到改善,直流侧电压二倍频波动相比传统控制方法明显减小。     

一种基于3DSVPWM调制的三相四桥臂逆变器控制方法

针对三相四桥臂逆变器控制系统,基于旋转坐标变换建立了系统模型,提出了一种正负零序分量解耦的控制方法,该方法可以减小三相不平衡负载下的输出电压不平衡度,并且对3DSVPWM发波方式做了简化,使得更有利于工程化实现。通过仿真和实验结果验证了该方法的正确性。     

Active Power Control of Grid-connected Permanent Magnet Synchronous Generator-based Wind Turbines in the Presence of Voltage Sags

This paper deals with the issue of active power control of power electronic converters and permanent magnet synchronous generator (PMSG)-based wind turbine (WT) during both balanced and unbalanced voltage sags. The paper first analyzes the adverse effects of voltage sags on WT systems and then proposes a new control strategy. The strategy consists of (i) a vector current control, which utilizes the feed-forward of the negative-sequence voltage (VCCF) to eliminate the effect of negative-sequence components during unbalanced voltage sags; and (ii) a power compensation factor control for the VCCF to maintain the balanced power flow from the WT to the grid irrespective of voltage sag. The latter also maintains the WT system's output currents within their safe limits to avoid potential damage to electronic components in the inverter. Unlike conventional control strategies, the proposed scheme allows the WT system to use optimally sized converters without the need of large DC link capacitors and crowbars. The effectiveness of the control strategy has been validated experimentally on a physical WT testing platform.     

不平衡电网电压下双馈风力发电系统的比例–积分–谐振并网控制

提出双馈发电机(doubly-fed induction generator,DFIG)的比例–积分–谐振(proportional integral resonant,PIR)并网控制方法,以实现电网电压不平衡工况下 DFIG 风力发电系统的并网控制.并网控制器由同步旋转坐标系中的比例–积分控制器和谐振控制器组成,比例积分控制器控制定子 d-q轴电压的直流分量,谐振控制器控制定子 d-q 轴电压的交流分量,使其分别实现对电网 d-q 轴电压直流、交流分量的精确跟踪.该比例–积分–谐振并网控制策略具有无需采用正负序分离算法,无需设计负序控制器等优点.仿真结果表明,该并网控制策略在电网电压平衡和不平衡条件下,均可控制DFIG 定子电压实现对电网电压的精确跟踪.     

计及谐波影响的不对称系统基波序分量快速检测

基于延时构造正交信号的时域瞬时对称分量变换被广泛应用于计算三相不对称系统的正序与负序分量.推导了延时构造基波正交信号所导致的谐波变化,建立了含有谐波的不对称电压经时域瞬时对称分量变换后的序分量表达式.基于延时系数与谐波阶次之间的数值关系,详细研究了谐波在电压序分量中的分布规律.综合考虑正交信号延时与Park变换后的滤波时间,给出了利用时域瞬时对称分量变换快速准确提取谐波畸变不对称系统基波正序分量与负序分量的正交信号最佳延时构造方法.仿真与实验证明了理论分析的正确性.     

电网电压畸变下电流型PWM整流直流侧恒流控制

针对电网电压畸变下电流型PWM整流器直流侧含有较大的低次谐波,传统的控制策略需要复杂正负序分解,坐标变换和解耦控制。提出了一种无需锁相环的电流型PWM整流直流侧恒流控制策略,推导出直流电流平方的功率外环控制,直流侧采用恒流控制,取代传统的PI控制;电流内环采用比例谐振和谐波补偿控制实现对网侧电流的无差跟踪。该控制算法基于静止坐标系下,无需锁相环、坐标旋转变换和解耦控制,简化了控制模型。仿真和实验也验证了该控制策略的正确性。