不平衡电网电压下双馈发电机多目标模型预测控制

电网电压不平衡时,双馈感应发电机定、转子电流也会出现较大不平衡,使发电机有功功率、无功功率和电磁转矩发生振荡,危害机组运行。鉴于模型预测控制在大功率变流器中的优越性和多目标约束能力,基于有限集模型预测控制策略对电网电压不对称故障下的双馈发电机多目标控制进行研究。在两相静止坐标系上对双馈发电机建模,并建立其预测方程,以抑制不平衡故障下双馈发电机输出有功功率脉动、无功功率脉动和转矩脉动为目标,提出一种双馈发电机多目标控制策略,增强双馈发电机不平衡故障下稳定运行的能力,同时避免复杂的坐标变换和转子电流指令值计算。在理论分析的基础上,建立11kW的双馈发电机实验平台,通过仿真和实验结果验证该控制策略的有效性。     

电网电压非平衡状态下双馈发电机转子侧变换器的改进控制策略

针对传统双馈感应发电机（DFIG）传统矢量控制方法在电网电压非平衡状态下控制性能较差,不利于DFIG系统的稳定运行的缺点,在改进锁相环的基础上建立了转子侧变换器的改进控制策略,以提高DFIG在电网电压非平衡状态下的控制性能。基于电网非平衡时正负序电压分量的空间矢量关系,详细分析了该控制原理,并在Matlab/Simulink中进行了系统仿真。仿真结果验证了电网电压非平衡时该控制策略可有效减小DFIG转子电流谐波含量和电磁转矩脉动,稳定机端功率输出,提高了双馈风力发电系统在电网电压非平衡状态下的稳定性。     

电网电压非平衡状态下双馈发电机转子侧变换器的改进控制策略

针对传统双馈感应发电机(DFIG)传统矢量控制方法在电网电压非平衡状态下控制性能较差,不利于DFIG系统的稳定运行的缺点,在改进锁相环的基础上建立了转子侧变换器的改进控制策略,以提高DFIG在电网电压非平衡状态下的控制性能.基于电网非平衡时正负序电压分量的空间矢量关系,详细分析了该控制原理,并在Matlab/Simulink中进行了系统仿真.仿真结果验证了电网电压非平衡时该控制策略可有效减小DFIG转子电流谐波含量和电磁转矩脉动,稳定机端功率输出,提高了双馈风力发电系统在电网电压非平衡状态下的稳定性.     

电网电压不平衡双馈风电机侧变频器控制策略研究

本文阐述了不平衡电网电压的双馈风力发电机数学模型,研究了双馈风电的不平衡电压的机侧变频器控制策略,仿真验证不平衡电网电压的控制策略的2ωs脉动和谐波畸变。以双同步旋转坐标系为基础,建立电网电压不平衡的双馈风机模型,以矢量控制为基础,采用陷波器的解耦DDSRF电流环控制。仿真验证陷波器的电流环控制不能够完全消除2ωs脉动,且有低次谐波存在;因此,提出了基于误差解耦反馈的解耦DDSRF电流环控制,Matlab/Simulink仿真验证了此控制策略能够消除2ωs脉动,且THD较低。     

独立运行无刷双馈发电机基于空间矢量调制的直接电压控制技术

这篇文章介绍了一种新颖的无刷双馈发电机变速恒频独立发电控制策略,基于其数学模型的分析,提出并详细讨论了基于空间矢量调制的直接电压控制策略。利用发电机系统的模型推导估计变换器输出电压的方法,跳过电流控制环节,保持直接控制的固有快速动态响应和鲁棒性,并引入空间矢量调制实现开关频率恒定,减小谐波和脉动,提出了一种基于锁相环的转子初始位置检测方法提高磁场定向精度。文章对独立运行和并网型直接控制及矢量控制给予了比较和评估。实验结果验证了所提控制策略的可行性和有效性。     

电网电压不对称骤升下双馈风力发电机改进控制策略

双馈风力发电机在电网电压不对称骤升时,定子磁链中不仅会产生暂态直流分量,而且还会产生负序分量。为了抑制电网电压不对称骤升造成的定子电流不平衡,分析了电网电压不对称骤升下双馈发电机的电磁过渡过程,在采用基于双同步旋转坐标(synchronous reference frame,SRF)的转子变流器控制策略基础上,提出基于有源阻尼的转子变流器的双SRF改进控制策略,为提高电网电压不对称骤升时控制性能,在转子负序电流内环中引入虚拟电阻,有效抑制转子负序电流和电磁转矩的振荡;而在定子负序电流外环中引入有源阻尼,加快电网电压不对称骤升时对定子负序电流抑制的过渡过程,提高了系统动态响应的能力,可增强不对称电网电压骤升下双馈风力发电机不间断运行能力,最后通过仿真和实验验证了改进策略的可行性和有效性。     

不平衡电网电压下双馈电机的协调控制策略

分析了在电网电压不平衡情况下双馈风力发电系统的运行特性。在此基础上,提出了不平衡电网电压下双馈电机的转子侧与网侧变换器协调控制策略,即以电磁转矩、定子侧无功功率以及总输出功率的2倍频脉动量为控制目标,计算出所需的补偿电压,叠加到转子侧与网侧变换器的参考电压中,从而通过补偿控制作用实现对脉动量的抑制。在MATLAB/Simulink中对1.5 MW双馈感应电机(DFIG)接入电压不平衡的电网情况进行了仿真,验证了所提出的控制策略可以有效抑制双馈电机的电磁转矩、无功功率和总输出有功功率脉动。     

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。     

双馈风力发电机组PQ解耦控制系统研究

分析了双馈风力发电变速恒频系统双PWM变换器及发电机的动态数学模型,电压矢量定向双环控制策略,推导了电流内环前馈解耦公式。基于Matlab仿真平台,建立了9 MW双馈发电系统仿真模型。实验结果表明,通过PQ解耦实现了最大有功功率跟踪,吞吐无功功率抑制电压波动,进相运行提高暂态稳定性等。     

不平衡电网电压下双馈感应发电机系统串联和并联网侧变换器协调控制策略

不平衡电网电压条件下,双馈感应发电机定、转子电流会出现不平衡现象,影响机组安全稳定运行,且系统输出功率产生2倍频波动。为显著提高双馈风力发电系统的运行性能和输出品质,首先通过分析双馈风力发电系统采用串联网侧变换器的运行机理,提出以维持定子三相电压平衡为目标的串联网侧变换器控制策略,并保证风机定、转子三相电流平衡;在此基础上,通过分析并联网侧变换器在电网电压不平衡条件下的数学模型,推导并建立并联网侧变换器在不平衡电网电压条件下2倍频功率的控制方程;计及串联网侧变换器产生的功率2倍频分量,提出基于降阶谐振功率补偿器的并联网侧变换器控制策略,达到同时抑制系统输出有功、无功功率2倍频波动的目的。最后基于PSCAD/EMTDC平台搭建双馈风力发电系统仿真模型,验证所提策略的正确性和有效性。     

电网不对称故障下直驱风电机组低电压穿越技术

分析了直驱风电变流器在电网不对称情况下的表现,提出一种适用于该情况的网侧变流器控制策略,并将其与直流侧Crowbar电路配合,实现电网不对称故障下的低电压穿越.直驱风电机组与电网间的功率交换完全通过变流器实现,电网不对称故障引起的有功功率波动在变流器上表现为直流侧电压大幅波动.控制策略以稳定输出有功功率为目标,基于同步旋转坐标系和正负序分解得出控制模型,并综合考虑电流安全限值、系统复杂程度等问题,给出额定功率附近运行时发生不对称故障的穿越方案.使用MATLAB建立仿真模型,给出不对称故障下的仿真结果,证明方案可行性.     

双馈感应式风力发电系统低电压穿越技术概述

随着风力发电在电网中所占比例的增加,电力系统对风机并网提出了更高的要求,低电压穿越技术应运而生。对电压跌落时双馈风电机进行动态分析,研究非平衡电压跌落下双馈风电机的控制,论述LVRT技术的重点与难点,介绍电压跌落发生器的研制情况。非平衡电压跌落下负序变量控制,Crowbar电路控制,风电机组LVRT检测认证体系等势必成为未来双馈风电机LVRT的研究热点。     

柔性直流输电并网风电厂的低电压穿越能力改进(英文)

To achieve active control of the AC voltage magnitude of wind power plant(WPP)collector network and improve the fault ride-through(FRT)capability,an FRT scheme based on feed forward DC voltage control is presented for voltage source converter-high voltage direct current(VSC-HVDC)connected offshore WPPs.During steady state operation,an open loop AC voltage control is implemented at the WPP-side VSC of the HVDC system so that any possible control interactions between WPP-side VSC and VSC of wind turbine are minimized.Whereas during any grid fault,a dynamic AC voltage reference is made according to both the DC voltage error and AC active current from the WPP collector system,thus ensuring fast and robust FRT of the VSC-HVDC-connected offshore WPPs.Under the unbalanced fault condition in the host power system,the resulting oscillatory DC voltage is directly used in the VSC AC voltage controller at the WPP side so that the WPP collector system voltage also reflects the unbalance in the main grid.Time domain simulations are performed to verify the efficacy of the FRT scheme based on the proposed feed forward DC voltage control.Simulation results show satisfactory FRT responses of the VSC-HVDC-connected offshore WPP under balanced and unbalanced faults in the host power system,as is shown under a serious fault in the WPP collector network.     

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。     

Mathematical modeling and analysis of brushless doubly fed reluctance generator under unbalanced grid voltage condition

The brushless doubly fed reluctance generator (BDFRG) can be an attractive choice for wind power application where mostly located at remote areas with unbalanced grid voltages, however there is not any study on the BDFRG under this condition up to now. In this paper, a mathematical model for the BDFRG under unbalanced grid voltage condition has been developed. Its equivalent circuit in dq reference frames has been extracted, and the torque and power equations have been derived, all based on the positive and negative sequence components. Also, a real-time separation method has been proposed to separate the BDFRG positive and negative sequences. The developed model and equations express the basis of the BDFRG operation under unbalanced grid voltage condition. The proposed model is simulated in MATLAB/Simulink software and the accuracy of the proposed model and equations has been validated by comparison with simulation results of an existing BDFRG model under balanced condition, which has already been experimentally verified in the literature.     

不平衡供电条件下多脉动整流器的谐波特性分析

为明确非理想供电情况下多脉动整流器的谐波产生特性,研究了6脉波、12脉波整流电路在不平衡供电条件下的频域谐波耦合导纳矩阵模型.考虑晶闸管换相过程及不平衡电压对晶闸管开通和关断时刻的影响,分析了供电不平衡时直流侧谐波电压的特征以及不平衡电压分量对直流电压波动的影响;采用附加谐波耦合导纳矩阵,建立了考虑不平衡电压的三相6脉波整流器的谐波耦合模型,模型可拓展应用至任意脉波整流器在不平衡供电电压下的谐波分析;修正了整流电路电流断续情况下的模型,提升了模型通用性.仿真分析与实验测量验证了所提模型的准确性和有效性.     

风电汇集地区电压不平衡特性分析及抑制策略

中国风电多采用"大规模集中开发,远距离传输"的模式,风电汇集地区常无本地负荷,在大规模风电汇集地区常出现三相电压不平衡现象,严重时会造成风机脱网,威胁到电力系统的安全稳定运行.针对这一问题,提出了风电汇集地区电压不平衡机理及抑制策略.首先,基于实测数据提取风电汇集地区电压不平衡现象的关键技术特征;其次,构建风电汇集地区等效电路模型,考虑风电汇集地区静态电压稳定极限及不换位输电线路三相阻抗参数不平衡等因素,提出电压不平衡度的估算方法;最后,以汇集站负序电压最小为目标,提出风电汇集地区三相无功优化模型,通过动态无功补偿装置分相调节实现风电汇集地区负序电压抑制.以实际风电汇集系统为例,通过仿真分析验证了机理分析和抑制策略的有效性.     

电网电压不平衡下双馈型风电场可控运行区域及其控制策略

电网电压不平衡条件下,双馈感应发电机(DFIG)风电机组实现电磁转矩无脉动等不同传统控制目标时所需要的负序电流幅值不同。结合电网电压不平衡条件下电网侧变换器(GSC)与转子侧变换器(RSC)实现各传统控制目标时所需的负序电流幅值,通过详细分析等值DFIG风电场GSC与RSC的输出负序电流能力,得到基于不同电网电压不平衡度和系统有功出力的DFIG风电场可控运行区域。以该可控运行区域为基础,提出电网电压不平衡条件下DFIG风电场的多目标协调控制策略,即根据电网电压不平衡度及系统有功出力选择或切换系统最优控制目标,进而改善不平衡电压下DFIG风电场的运行能力及所并电网的电能质量。仿真与实验结果验证了所提方案的可行性。     

Impact analysis of static voltage assessment based on three‐phase probabilistic load flow with correlated wind power

Impact analysis based on the three‐phase probabilistic load flow (PLF ) algorithm is proposed in this paper to evaluate the effect on static voltage of an unbalanced power system. Correlations between adjacent wind power resources are considered. An improved cumulants method with correlated variables is proposed and applied to the unbalanced system. Cornish–Fisher expansion is used to obtain the cumulative distribution function of bus voltage and line flow. The impacts for wind turbines , which include rated capacity, power factor, and correlation on PLF, are studied, and the relations of the means and standard deviations between three‐phase unbalanced and balanced systems are analyzed. A 25‐bus and a 33‐bus system are studied as examples to show the effectiveness of proposed method, and results of cumulants method are compared with those of Monte Carlo simulations. © 2016 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

Controller saturation nonlinearity in doubly fed induction generator‐based wind turbines under unbalanced grid conditions

Doubly fed induction generator (DFIG) is widely used in wind energy generation systems due to its cost‐effective, partially rated back‐to‐back power converters, variable rotor speed operation, and maximum wind power capture. The conventional design assumes balanced grid voltage and utilizes power protection for the power converters. The DFIG wind turbine is naturally one of the major components in distributed generations of the smart grid system. However, newly developed smart grid system is rich in unbalanced loads. This paper summarizes the limiter settings of controllers and explores the nonlinear behaviors of the DFIG‐based wind power generation system with unbalanced loads. The generator rotor speed and an unbalanced load resistance are chosen as variation parameters. An emerging low‐frequency linear‐modulated oscillation at line second harmonic frequency with DC drifting is identified on the DC link voltage of the back‐to‐back power converters. In terms of second harmonic and the usually reported hazardous low‐frequency oscillation, the saturation nonlinearity and over‐modulation of the back‐to‐back power converter and its power flow are investigated and analyzed. The built‐in detailed model of the DFIG wind energy generation system in Matlab with SimPowerSystems library is used in this study. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.