双馈风电系统高电压穿越的节能控制策略

在研究双馈风力发电系统高电压穿越的节能控制问题的过程中,考虑到外部风力环境变化较大,需保持变换器的稳定性节能控制。传统节能控制方法不仅动态及稳态性能差,而且节能控制策略相对复杂。为了提高节能控制效果,提出采用串联网侧变换器的双馈风电系统高电压穿越的节能控制策略,向串联网侧变换器的控制向电机定子侧和电网间添加合理的控制电压,按照电网电压定向的同步旋转,给出d-q轴系下SGSC的电压控制方程,保持DFIG定子端电压不变,过滤DFIG定子磁链中的暂态直流分量。当双馈风电系统电压及电流均不超限时,对转子侧变换器和并联网侧变换器的输出电压矢量进行节能控制,使双馈风电系统为电网提供最大程度的无功支持,快速恢复电网电压。仿真实验结果表明,所提策略具有很高的节能控制性能。     

基于电网虚拟磁链的变速恒频风力发电机柔性并网技术

利用双馈风力发电机与电网的"柔性连接"特性,基于合理的转子侧交流励磁控制可实现发电机柔性并网.在推导双馈风力发电机空载数学模型基础上,提出了电网虚拟磁链的概念,给出了柔性并网中双PWM励磁变换器的控制方法:基于电网虚拟磁链定向的机侧变换器矢量控制策略和基于电网电压定向网侧变换器矢量控制策略.设计了具有初始磁链估计、不需电压传感器的虚拟电网磁链观测器,该观测器实现简单,精度较高.实验研究表明,柔性并网技术安全稳定,电流冲击小,满足双馈风力发电机的变速恒频运行需要.     

稳定边界及多目标约束下自同步电压源双馈风电机组参数整定

自同步电压源双馈风电机组采用“机侧惯量传递-网侧惯性同步”的控制方法，具备自主同步并网和惯量响应的能力，目前缺乏对该控制方法并网稳定性及多目标约束下参数优化设计的研究和分析。鉴于此，建立了同时考虑自同步电压源双馈风电系统网侧变换器和转子侧变换器动态的状态空间模型，分析了在不同电网强度下惯量传递环节及致稳环节的控制参数对中高频段小扰动稳定性的影响规律，给出了考虑机组不同工作点及动态性能的控制参数多目标优化模型，并采用粒子群优化算法对控制参数进行全局优化。在PSCAD/EMTDC中构建了2 MW双馈风电机组的仿真模型，仿真结果验证了理论分析和参数设计的正确性。     

弱电网下双馈风电机组电网电压扰动补偿控制策略

针对弱电网下双馈风电并网系统的稳定性问题,文中提出了一种基于电网电压扰动补偿的双馈风电机组补偿控制策略。首先,在同步旋转坐标系下建立双馈风电机组,包括转子侧变换器和网侧变换器的统一阻抗模型。然后,基于所建立的阻抗模型分析了并网点电压扰动到控制器输出的传递关系,分别在转子侧电流环和网侧电流环引入了电压扰动补偿对变换器进行改进控制,并通过广义奈奎斯特判据证明了该方法能有效提高双馈风电机组在弱电网下的并网稳定性。理论分析表明,基于并网点电压扰动补偿的转子侧和网侧补偿控制能很好地改善双馈风电机组的输出阻抗特性,从而提高其在弱电网下的稳定性。最后,通过仿真分析验证了该补偿控制方法的有效性。     

双馈风力发电机变换器的控制方法研究

本文主要研究了双馈感应电机(DFIG)的网侧和转子侧变换器的控制方法。双馈感应电机中转子侧变换器采用定子磁链定向矢量控制技术,实现了风能的最大跟踪以及有功功率和无功功率的解耦控制。网侧变换器采用电网电压定向矢量控制技术,控制了直流母线电压的恒定以及调节了网侧的功率因素。采用PSCAD/EMTDC电力系统仿真软件,构建了包括风速模型、风力机模型、变速恒频双馈电机、定子侧和转子侧变换器在内的双馈风力发电机仿真模型。仿真实验结果表明,所提方法是有效、合理的。     

基于无源性理论的双馈风力发电机双PWM变换器协调控制

交流励磁双馈风力发电系统在实现最大风能跟踪过程中,转子侧功率变化频繁,使得双PWM变换器中的直流母线电压波动剧烈。基于无源性理论提出了一种双PWM变换器的协调控制方案,对双PWM变换器的转子侧和电网侧分别进行直接功率控制,使其具有相同的动态响应特性;在电容电压反馈控制的基础上引入功率前馈控制,使电容两侧功率流动动态平衡,以减少电容电压的波动。建立了双PWM变换器励磁的双馈风力发电系统的仿真模型,仿真结果表明该协调控制策略极大地改善了直流母线电压的动态特性,实现了最大风能跟踪,并且降低了变换器中电容容量要求,提高了风电系统的电能质量。     

双馈风电系统中VRB储能型网侧九开关变换器

双馈感应电机(DFIG)风力发电系统定子侧直接挂网运行,使故障穿越运行显得尤为重要。在研究多种故障电压补偿方案与九开关变换器脉宽调制策略的基础上,提出新颖的采用九开关变换器替代双馈风电系统网侧变换器实现并网控制与电压串补一体化方案。在对九开关变换器的数学模型、调制方法、工作状态、网侧九开关变换器的控制策略、直流侧电压分配以及全钒液流电池储能环节电路模型进行理论分析的基础上,建立网侧采用九开关变换器的DFIG风电系统仿真模型。设计多种并网点电网电压短路故障工况,分别对风电系统的电气参数和运行特性进行深入仿真研究。研究结果表明九开关变换器能维持DFIG机端电压稳定,使双馈风电机组在对称与不对称电网电压故障下实现柔性故障穿越运行。     

基于无源性理论的双馈风力发电机双PWM变换器协调控制

交流励磁双馈风力发电系统在实现最大风能跟踪过程中,转子侧功率变化频繁,使得双PWM变换器中的直流母线电压波动剧烈.基于无源性理论提出了一种双PWM变换器的协调控制方案,对双PWM变换器的转子侧和电网侧分别进行直接功率控制,使其具有相同的动态响应特性;在电容电压反馈控制的基础上引入功率前馈控制,使电容两侧功率流动动态平衡,以减少电容电压的波动.建立了双PWM变换器励磁的双馈风力发电系统的仿真模型,仿真结果表明该协调控制策略极大地改善了直流母线电压的动态特性,实现了最大风能跟踪,并且降低了变换器中电容容量要求,提高了风电系统的电能质量.     

基于三电平变换器励磁的双馈感应发电机低电压穿越性能研究

采用三电平拓扑结构变换器对高压大功率双馈感应发电机进行励磁,研究其低电压穿越性能。在电网电压跌落时,提出用于低电压状态下的基于比例电压的控制方案,同时控制电机侧变换器和网侧变换器。仿真结果表明,采用三电平拓扑结构变换器,可以对高压大功率的双馈感应发电机进行低电压穿越控制,而且提出的基于比例电压的控制策略可以避免变换器电流过流和饱和,同时又能快速向电网中注入无功功率,为电网快速恢复提供支撑。     

基于深度置信网络的双馈风机变换器开路故障诊断

双馈风机的定子与电网直接连接,转子通过转子侧变换器和网侧变换器与电网进行功率交换。变换器的电力电子开关容易发生开路故障,影响双馈风机的安全稳定运行。文中针对双馈风机常见的变换器开路故障,提出一种基于深度置信网络的故障诊断方法。首先分析了双馈风机在转子侧变换器和网侧变换器的单个和双个开关管故障下的输出响应。基于双馈风机的变换器开路故障数据,构造多层受限玻尔兹曼机结构,充分利用深度置信网络优异的模式识别能力,深度提取不同故障条件和运行工况下转子电流和网侧电流的信号特征,提高算法准确度。仿真结果表明,该故障诊断方法能够准确识别单开关和双开关的多类型复杂故障。     

双馈风机控制方式对继电保护影响的研究

双馈风机(DFIG)的接入会影响配电网继电保护的正确动作,其中控制策略的影响不可忽视。基于DFIG两相静止坐标系下的数学模型,分别建立了DFIG机侧变流器的矢量控制和直接功率控制的模型。理论分析表明当电网发生短路故障时,不同控制策略下的DFIG短路特性有着较大差异,从而对继电保护造成不利影响。从仿真结果可知,直接功率控制响应速度快,超调量大;矢量控制响应速度慢,超调量小;DFIG出口处电压下降越多,两种控制方式瞬间提供的短路电流差别越大。最后采用向转子电流参考指令中加补偿项的方法对机侧变流器矢量控制进行改进。仿真分析结果验证了改进后的矢量控制能有效地减少DFIG在故障期间对继电保护的不利影响。     

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。     

弱电网情况下双馈风电机组改进虚拟感抗控制方法

当前弱电网条件下双馈风电机组的运行稳定性问题受到广泛关注。在同步旋转坐标系下建立了综合考虑锁相环、转子侧电流环和功率环控制器影响的双馈风电机组等效输入导纳模型。在此基础上,结合广义奈奎斯特稳定判据分析了增大转子侧电感对系统稳定性的提升作用,由此提出在控制器中引入虚拟感抗提高系统稳定性的方法。相对于传统的直接在转子侧电流环中引入虚拟感抗,在设计基于虚拟感抗的控制器时,充分考虑锁相环耦合弱电网扰动对双馈风电机组运行稳定性带来的不利影响,提出了改进的控制方法。通过广义奈奎斯特判据证明了该方法能有效提高弱电网条件下双馈风电机组的运行稳定性。在MATLAB/Simulink中搭建了1.5 MW的双馈风电机组详细模型,通过仿真验证了所提改进控制器对提高系统稳定性的有效性。     

双馈风力发电中网侧脉宽调制变换器的控制策略

推导双馈风力发电系统中网侧脉宽调制(PWM)变换器的简化模型,在此基础上分析其运行特性,设计网侧PWM变换器的控制方案,在MATLAB/Simulink仿真软件平台下搭建双馈风力发电系统网侧变换器的仿真模型,并对交流侧电感的选取作出分析,建立了基于英飞凌XC2785X单片机的试验平台,仿真与试验结果验证了方案的可行性和正确性.     

双馈感应风力发电机故障穿越特性及其控制

风电场低电压穿越能力对接入系统的暂态稳定性有着重要影响。分析双馈感应风力发电机的励磁控制原理,在此基础上研究风电机组基于电流解耦的矢量控制策略以及故障期间转子侧变流器Crowbar(撬棒)滞环保护方案和网侧变流器的电压支撑技术。运用PSCAD/EMTDC仿真工具研究常规同步发电机和双馈风力发电机2种类型机组在短时间和长时间短路故障时的暂态响应特性,并探讨变流器参数对风电机组性能的影响。结果表明:变流器紧急应对措施可以使风机迅速恢复控制能力,从而通过灵活地调节其转子磁链矢量的幅值和相角使电压快速重建;此外,选择合适的直流侧电容容量将增强不对称故障情况下网侧变流器抵抗负序电流的能力。     

不同控制策略对双馈风机暂态特性影响仿真研究

本文根据网侧基于电网电压定向的矢量控制策略和直接功率控制策略及机侧基于定子磁链定向的矢量控制策略和直接功率控制策略,在PSCAD平台上分别搭建了基于矢量控制策略和直接功率控制策略的两套双馈风机仿真模型,对比分析了电网发生对称性短路故障导致机端电压不同程度轻微跌落和严重跌落时基于不同控制策略的风机的暂态特性,分析了不同时刻投入撬棒电路时基于不同控制策略的风机短路电流特性,并仿真分析了基于不同控制策略的网侧变频器不发无功时对直流母线电压的稳定作用及发无功时对电网电压的支撑作用,最后总结了不同控制策略对双馈风机对称性短路故障暂态特性的影响。     

改善基于双馈感应发电机的并网风电场暂态电压稳定性研究

提出了改善基于双馈感应发电机的并网风电场暂态电压稳定性的措施以实现风电场的低电压穿越(low voltage ride through, LVRT)功能。目前，大部分基于双馈感应发电机的变速风电机组不具有故障情况下的暂态电压支持能力，当电网侧发生严重短路故障时，风电场的暂态电压稳定能力会影响到电网安全稳定。该文在DIgSILENT/PowerFactory中建立了具有暂态电压支持能力的变速风电机组转子侧变频器控制模型及用于故障后稳定控制的桨距角控制模型，通过包含风电场的电力系统仿真计算验证了模型的有效性及其对风电机组和电网暂态电压稳定性的贡献。仿真结果表明，当电网侧发生三相短路故障时，风电机组转子侧变频器暂态电压控制能够控制风电机组发出无功功率支持电网电压；桨距角控制能有效降低变速风电机组机械转矩，避免出现风电机组超速及电压失稳。得出结论：采用变频器暂态电压控制及桨距角控制能够改善基于双馈感应发电机的并网风电场的暂态电压稳定性，确保风电机组低电压穿越(LVRT)功能的实现及电网安全稳定。     

电网侧换流器无功功率控制改善双馈风电机组稳定性的研究

研究了改善双馈风电机组（DFIG）的并网风电场暂态稳定性的措施。目前现存的大部分双馈型变速风电机组并不具备故障穿越能力。在DIgSILENT/PowerFactory14.0中建立了具有暂态无功调节能力的变速风电机组电网侧换流器控制模型以及故障后桨距角控制模型,通过对并网风电场仿真分析验证了模型的有效性。仿真结果表明：当风电场电网侧发生短路故障情况下,双馈风电机组电网侧换流器能够产生一定的无功功率支持电网电压;桨距角控制能够降低风电机组的机械转矩,防止机组超速以及电压失稳。双馈风电机组的故障穿越能力得以实现。     

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。