一种双馈风力发电机组定子低次谐波电流抑制的方法

电网电压的低次谐波会影响风电变流器的并网电能质量。传统的PI调节器无法有效实现对谐波的抑制,因此,文中以双馈风力发电系统为背景,在电网电压含有低次谐波电压的情况下,分析并推导了电机定转子的数学模型。通过对数学模型的分析,利用单R谐振调节器对定子电流实时分解的方式,将特定次谐波电流的调节量作为谐波电压补偿量,参与转子侧变流器控制,实现了对定子侧低次谐波电流的抑制。并利用波特图和根轨迹的方法分析了系统的稳定性及谐振调节器参数的选择方法。最终以5、7次谐波为例,通过仿真和实验验证了所提出方法的有效性。     

双馈风电机组电网背景谐波运行与谐波抑制策略研究

针对电网背景低次谐波引起的双馈风电机组定子电流畸变、功率及电磁转矩脉动,建立了能够反映电网5、7次谐波电压下双馈发电机的特征谐波模型,揭示了电网背景谐波电压对双馈发电机功率与电磁转矩脉动的影响机理。通过双馈发电机控制目标分析,提出了基于比例-积分-谐振(PIR)调节转子电流内环的双馈发电机双闭环控制策略,有效地消除了双馈风力发电机定子输出电流中的5、7次谐波和电磁转矩脉动。在Matlab/Simulink中建立了1.5 MW双馈风电机组仿真模型,实现了风电机组谐波运行与抑制的全过程仿真。利用电网谐波发生模拟装置,进行了双馈机组谐波运行与抑制现场试验,仿真与现场试验证明了理论分析的正确性与谐波抑制策略的有效性。     

电网电压不平衡且谐波畸变时双馈风电机组转矩波动抑制

针对并网点电压不平衡且同时含有5次、7次等电力谐波的弱电网运行环境,建立了双馈感应发电机(DFIG)的完整数学模型,评估了负序和谐波电压成分对DFIG电磁转矩以及定子输出有功、无功功率的负面影响,进而提出了一种转矩波动抑制策略。给出了相应的转子电流指令算法,并设计了比例—积分—双频谐振(PI-DFR)电流控制器,其可在无需转子电流相序分解的前提下实现对基波正序、负序及谐波分量的有效、快速调节。实验结果表明,所提出的控制方案能够明显抑制恶劣电网条件下DFIG的电磁转矩波动,从而提高风电机组在电网故障时的不脱网运行能力。     

电网不平衡时双馈感应发电机定子负序和谐波电流抑制方法

电网电压不平衡时,若采用传统的电网电压定向矢量控制策略,双馈感应发电机(DFIG)定子侧除基波正序和负序电流外,还会产生相位互差120°的非零序三次谐波电流分量,不对称电流会加重电机绕组发热程度,影响双馈机组供电质量。为了抑制定子电流负序和非零序三次谐波分量,首先,详细分析了电网不平衡时,DFIG定子绕组负序和非零序三次谐波电流产生的原因;然后,建立了DFIG在负序和三次谐波同步旋转轴系下的数学模型,进而提出了引入负序和三次谐波控制的改进控制策略;最后,进行了仿真和实验研究,其结果与理论分析相一致,并且验证了所提改进控制策略能够有效抑制定子负序和非零序三次谐波电流分量。     

谐波电网电压下基于矢量谐振控制的双馈异步发电机集成控制策略

通过建立5次、7次谐波电网电压下双馈异步风力发电机(DFIG)的数学模型,分析了DFIG风电机组运行于谐波电网下所产生的性能恶化。为改进DFIG在谐波电网下的运行性能,以DFIG定子电流正弦或定子输出有功/无功功率平稳为谐波控制目标,在转子电流PI闭环调节的基础上,加入定子电流矢量谐振控制或定子功率矢量谐振控制,以达到上述DFIG在谐波电网下的控制目标。为了有效实现控制目标,深入分析和对比了普通谐振控制器和矢量谐振控制器在DFIG运行于谐波电网下的300Hz交流信号调节性能。矢量谐振控制器由于其更为精确的300Hz交流信号调节能力以及充裕的相位裕度以确保闭环工作稳定性,因而更有助于DFIG在谐波电网下控制目标的实现。通过构建的风电机组,实验结果验证了本文所提出的谐波电网电压下的集成控制策略的正确性及有效性。     

电网电压对称故障时DFIG转子电流的优化控制策略

为抑制电网电压对称故障时双馈感应风力发电机(DFIG)的转子过电流,本文在电网电压对称故障时DFIG数学模型的基础上,分析了DFIG磁链自由分量引起的转子过电流机理,提出了一种以抑制转子电流自由分量为目标的DFIG优化控制策略。在转子电流基频分量闭环常规控制策略的基础上,加入了转子电流自由分量调节器,以构成DFIG电流优化控制系统,并分析了其对DFIG控制系统稳定性、动态特性的影响,进而给出了转子电流自由分量调节器参数的设计,增强了对转子电流自由分量的阻尼。最后,通过构建实验机组,对控制策略的有效性进行了实验验证。     

电网电压不平衡且谐波畸变时双馈风电机组转矩波动抑制

针对并网点电压不平衡且同时含有5次、7次等电力谐波的弱电网运行环境,建立了双馈感应发电机(DFIG)的完整数学模型,评估了负序和谐波电压成分对DFIG电磁转矩以及定子输出有功、无功功率的负面影响,进而提出了一种转矩波动抑制策略.给出了相应的转子电流指令算法,并设计了比例-积分双频谐振(PI-DFR)电流控制器,其可在无需转子电流相序分解的前提下实现对基波正序、负序及谐波分量的有效、快速调节.实验结果表明,所提出的控制方案能够明显抑制恶劣电网条件下DFIG的电磁转矩波动,从而提高风电机组在电网故障时的不脱网运行能力.     

谐波电网下基于矢量比例积分电流调节器的双馈异步发电机运行控制技术

在分析谐波电网电压下双馈异步发电机(doubly-fedinduction generator,DFIG)数学模型基础上,以电磁转矩及定子输出无功功率无波动为控制目标,给出了DFIG谐波电流指令。为实现谐波电流的准确跟踪,采用基于同步速旋转坐标系下的矢量比例积分(vector proportional integral,VPI)电流调节器,通过与比例积分谐振电流调节器在谐波频率点处的频谱分析与对比,论证了VPI电流调节器对谐波电流的优良控制性能。构建了DFIG实验机组,对所提理论的正确性与可行性进行了实验验证。     

电网谐波条件下双馈感应风力发电机的建模与控制

从电网谐波条件下双馈感应发电机(DFIG)转子侧变流器的控制入手,通过严格的理论推导,构建了正转同步速(dq)+参考坐标系、反转5倍速(dq)5-和正转7倍速(dq)7+参考坐标系下基于定子磁链定向的DFIG数学模型.通过重新定义这种运行条件下的定子有功、无功功率及电磁转矩,分析和解释了它们产生波动的原因;进而提出4个可供选择的控制目标,给出相应的转子基波和谐波电流指令算法,设计了正转(dq)+坐标系下由单比例-积分(PI)调节器和谐振频率为6倍电网频率的单谐振(R)调节器构成的新型PI-R电流控制器,避免了复杂的相序分离处理和相应的时延影响,实现了对转子电流5次、7次谐波分量的动态抑制.对1台2 MW商用DFIG风力发电机组的仿真研究表明,所述控制方法能显著消除电网谐波条件下DFIG运行时瞬时功率的波动和转矩的脉动,验证了所提出的DFIG数学模型的正确性和改进控制方案的有效性.     

电压不平衡下双馈感应发电机机侧变换器无源控制方法

电网电压不平衡时对双馈感应发电机(DFIG)系统的正常运行有很大损害,传统的控制方法不能完全解决此问题。根据电压不平衡情况下DFIG的工作原理,文中提出了基于端口受控的耗散哈密顿(PCHD)模型的互联和阻尼分配的无源控制(IDA-PBC)方法进行DFIG机侧变换器的控制器设计,详细推导出DFIG机侧变换器分别在正序和负序下基于PCHD模型的IDA-PBC控制器,并计算出了在消除电压不平衡引起的定子输出功率的2次谐波、转子电流的2次谐波以及定子电流的2次谐波等3种不同的控制目标下对应的定子电流和转子电流的给定值。仿真和实验结果表明,所提出的控制方案能有效地抑制电网电压不平衡故障时定子及转子的不平衡电流和降低定子输出功率的波动,且优于传统的比例—积分—微分控制方法。     

负序及谐波畸变电网电压下双馈风力发电系统的改进直接功率控制策略

由于定子直接连接到电网,电网电压中的负序和谐波分量会严重恶化双馈风力发电机(DFIG)系统的运行性能,导致系统输出总电流三相不对称及谐波畸变、总输出有功功率及无功功率波动等,使得DFIG系统无法安全稳定可靠运行,且输出风电质量下降。同时考虑负序和谐波电网下DFIG系统机侧变流器和网侧变流器的运行状态,以改善DFIG系统总输出电流或功率质量为目标,研究基于二阶矢量积分器(SOVI)的DFIG系统网侧和机侧变流器改进直接功率控制(DPC)策略,改善DFIG系统的运行性能。实验结果验证了所提出的负序和谐波畸变电网电压下DPC策略的正确性及有效性。     

电网低次谐波电压下双馈风电系统定子谐波电流抑制

IEEE相关标准对分布式发电系统注入电网的谐波电流作出了严格的限制.通过分析电网低次谐波电压对双馈风力发电系统定子电流总谐波畸变率(THD)的影响发现,传统基于定子电压定向的双馈风力发电系统并网发电矢量控制策略在大容量变流器控制中存在着缺点,即因为控制带宽低而无法有效抑制电网低次谐波电压引起的定子谐波电流,从而在较大工...     

考虑转子电压电流耦合全补偿的双馈感应发电机改进PI-R电流控制策略

对电网谐波环境下基于PI-R电流控制器的双馈感应发电机(DFIG)控制策略进行了改进。建立了计及电网谐波的DFIG动态模型,分析了电网谐波环境下实现DFIG控制的常用方法。针对常用控制策略中未考虑DFIG转子谐波电压和谐波电流之间耦合的问题,提出了相应的改进方法,即通过对转子谐波电压和谐波电流间的交叉耦合进行补偿,实现了快速动态解耦控制,改善了控制性能。给出了考虑转子谐波电压电流耦合补偿的PI-R电流控制器设计方法。在PSCAD/EMTDC上进行了仿真,验证了改进方案的正确性和有效性。仿真证明,所提出的改进策略在保留PI-R控制器对交、直流量实现无静差控制特性及其良好的频率选择性的同时,更加有效地抑制了电网谐波对DFIG转子电流畸变和功率脉动的影响,进一步提升了电能质量。     

双馈风电机组中频谐波电流建模与分析

随着风电产业的快速发展与电力电子设备容量的不断提升,双馈风电机组得到了更多应用与装备,其引起的中频段(100~1 000Hz)谐波问题不容忽视。为准确反映双馈风电机组电机内部及其与电网之间谐波的相互影响,需建立可评估双馈风电机组定子侧输出中频谐波电流的等效谐波模型。采用典型矢量控制的双馈风电机组为研究对象,研究了电网背景谐波、脉宽调制死区对双馈风电机组定子侧中频谐波电流的影响机理,建立了包含电网背景谐波、脉宽调制死区并可评估双馈风电机组定子侧中频电流的数学模型。最后,通过3.0 MW双馈风电机组的仿真结果、计算结果和现场测试数据的对比,验证了所建立的双馈风电机组谐波模型的准确性。     

Modeling and enhanced control of DFIG under unbalanced grid voltage conditions

This paper presents a mathematical model of a doubly fed induction generator (DFIG) based on stator voltage orientation (SVO) in the positive and negative synchronous reference frames under unbalanced grid voltage conditions. The oscillations of the DFIG electromagnetic torque and the stator active and reactive powers are fully described during grid voltage unbalance. A new rotor current controller implemented in the positive synchronous reference frame is proposed. The controller consists of a proportional integral (PI) regulator and a harmonic resonant (R) compensator tuned at twice the grid frequency. Thus, the positive and negative sequence components of DFIG rotor currents are directly regulated by the PI + R controller without the need of involving positive and negative sequence decomposition, which indeed improves the dynamic performance of DFIG-based wind power generation system during small steady-state and relatively larger transient network unbalances. The theoretical analysis and the feasibility of the proposed unbalanced control scheme are validated by simulation studies on a 1.5-MW wind-turbine driven DFIG system. Compared with conventional single PI current control design, the proposed control scheme results in significant elimination of either DFIG power or torque oscillation under unbalanced grid voltage conditions.     

双馈风力发电机组并网控制策略及性能分析

为了实现双馈风力发电机组无冲击电流并网,基于电网电压定向矢量控制技术,提出了一种考虑转子电流动态调节特性的双馈风力发电机组空载并网控制策略。基于Matlab/Simulink仿真平台,建立了双馈风力发电机系统及其并网控制的数学模型,并对不同初始运行转速的双馈风力发电机组的自动并网运行特性进行了仿真。仿真实验结果证明无论初始转速为同步转速,还是超、亚同步转速,利用提出的并网控制策略,双馈风力发电机组能很好快速地建立定子电压,并网过渡过程定子电流基本没有冲击。     

电网对称故障时双馈感应发电机低电压穿越控制

分析电网对称故障时,双馈感应风力发电机定子磁链变化过程、导致定转子过电流的原因、电网故障发生具体时刻及故障程度对双馈感应发电机定转子的影响,提出一种双馈感应风力发电机转子侧变换器低电压穿越控制策略,改善了双馈感应发电机在电网故障时定、转子过电流的情况,实现了双馈感应发电机在电网对称故障时的低电压穿越.在理论分析基础上,建立双馈感应发电机转子侧变换器低电压穿越控制模型和3 kW双馈感应发电机励磁变换器低电压穿越控制实验系统.实验结果表明,所提出的双馈感应发电机低电压穿越控制策略动态响应快、方法行之有效.     

电网电压跌落下双馈风力发电系统强励控制

为增强电网故障下双馈风力发电系统(DFIG)的低电压穿越(LVRT)运行能力,提出一种DFIG转子侧变换器(RSC)强励控制策略。在基于定子磁链定向的矢量控制策略中增加多频比例谐振控制器(MFPR),当电网故障造成发电机定子电压跌落时,多频比例谐振控制器能够对转子侧变换器(RSC)的输出励磁电压进行补偿,抑制转子故障电流,实现DFIG的低电压穿越运行。分析了转子电压等级与DFIG的低电压穿越运行区间的关系,为DFIG转子侧变换器的电压等级设计标准提供了参考依据。控制系统结构简单,保证了系统的响应速度,可同时对电网对称跌落和不对称跌落产生的故障电流进行抑制。通过对1.5 MW双馈风力发电机组进行仿真研究,验证了理论分析的正确性和所提控制策略的可行性。