DFIG风电机组网侧变换器的复开关表直接功率控制

传统直接功率控制(DPC)所用开关表的输出控制矢量离散且固定,导致脉宽调制变换器的交流输入电流富含谐波,在交流输入电压波动和不对称的情况下更为明显,无法满足基于双馈异步发电机(DFIG)的变速恒频风电机组在故障下的不间断运行要求.在分析网侧变换器数学模型和DPC原理的基础上,提出了一种基于复开关表的DPC新策略.该策略可根据变换器的交流输入电压、瞬时功率等工作状态,提供细化的开关表以供选择,从而在保留传统DPC结构简单特点的同时,获得了高精度的控制效果.仿真和实验结果表明,该控制策略在电网发生对称性过电压、电压跌落和不对称性故障时,均能保持三相输入电流的平衡、稳定,用于DFIG风电机组交流励磁变频电源的控制中能提高电网故障下风电系统的穿越运行能力,并减少脉宽调制变换器产生的电力谐波污染.     

电网故障下交流励磁双馈风力发电机变流器建模与控制

双脉宽调制(PWM)电压型变换器作为交流励磁双馈风力发电机的励磁电源,在风力发电系统得到广泛应用.电网故障时,要求网侧变换器直流链电压波动较小和转子侧变换器能有效控制转子电流,来实现发电机的不间断运行.以双PWM变换器的数学模型为依据,在电网故障时,将网侧变换器以转子侧变换器瞬时输入电流波动为附加前馈量的双环电压控制策略,转子侧变换器考虑定子磁链暂态的定子磁链定向控制策略.仿真结果表明了所提出的联合控制方案在电网故障发生和切除时能稳定控制直流链电压和转子电流,提高了DFIG风力发电系统电网故障下的不间断运行能力.     

交流励磁变速恒频风力发电系统的运行与控制

合理的励磁控制是确保变速恒频风力发电机可靠、高效运行的关键.分析了旋转坐标系下双馈型异步发电机(DFIG)的数学模型,采用定子磁链定向方式推导了DFIG矢量控制策略,并通过DFIG功率控制实现最大风能追踪.采用双PWM变换器作为DFIG的励磁电源,其中网侧变换器通过电网电压定向矢量控制实现交流侧功率因数和直流母线电压控制.在10kW机组上进行了包括发电机稳、动态变速恒频运行,最大风能追踪以及网侧变换器控制等内容的实验研究,实现了DFIG功率解耦、最大风能追踪以及相应的变换器工作状态的切换,验证了控制策略的正确性.     

电网电压不对称故障条件下DFIG风电机组控制策略

提出了一种可应用于双馈异步发电机(DFIG)转子侧变换器的新型电流控制器,即双dq-PI转子电流调节器.在电网电压不对称故障条件下,该电流调节器可对DFIG的转子电流正、负序分量同时进行控制.推导了电网电压不对称故障条件下DFIG的数学模型,根据风力发电机在电网电压不对称故障条件下的运行规程,提出了4种控制目标,同时基于正序定子电压定向简化并得到了转子电流调节器的正、负序电流参考给定量.在一台额定功率为10 kW的DFIG实验机组上,对所提出的转子电流控制器进行了实验验证,结果表明基于该控制器的控制方案可大大改善DFIG系统在电网电压不对称故障条件下的运行性能,提高系统的故障穿越能力.     

应对电网电压骤降的双馈感应风力发电机Crowbar控制策略

双馈感应发电机(doubly fed induction generator,DFIG)具有有功、无功功率独立调节的能力及励磁变频器所需容量小等优点,在风力发电系统中得到了广泛应用,但由于励磁变频器的容量较小,使其在电网故障下的控制能力受到限制。为保护励磁变频器,需要采用Crowbar装置在电压骤降时为转子浪涌电流提供通路,并限制转子电流增大。文章提出了一种Crowbar控制策略,能有效抑制转子过电流、直流母线过电压以及电磁转矩的振荡,并可向电网注入无功电流以帮助电网电压的恢复。仿真结果验证了这种控制方式能使DFIG在大幅电压骤降故障下实现不间断运行,有效提高了DFIG风电机组运行的可靠性。     

基于变结构控制的双馈风机空载并网方法

通过分析交流励磁变速恒频双馈风机(DFIG)的运行特点,在考虑到并网瞬间网侧变流器电流波动的情况下,建立了DFIG的数学模型。根据矢量控制方法,设计了一种变速恒频DFIG的滑模变结构并网控制方法,使系统对电网电压波动和内部参数摄动都具有较好的鲁棒性。分别构建了基于滑模变结构的DFIG控制系统的仿真模型及实验室的背靠背实验台,证明了所提滑模变结构的控制系统具有更好的动态响应和鲁棒性。     

变速恒频双馈风力发电柔性并网控制

传统的风力发电并网方式为"刚性并网",在并网瞬间会产生很大的冲击电流.本文根据交流励磁变速恒频风力发电的运行特点,将矢量控制的定子电压定向技术应用在双馈发电机的并网控制上,对风力发电的"柔性并网"进行了分析,即根据电网电压和电机转速来调节转子的励磁电流,在变速条件下实现无冲击电流并网,实现了输出有功和无功功率的解耦控制.建立了交流励磁发电机空载并网、负载并网、并网后的稳态运行和电网波动情况下的不脱网控制模型,完整的仿真研究验证了变速恒频风力发电柔性并网控制策略的正确性与有效性.     

双馈变速恒频风力发电空载并网控制策略

传统的风力发电并网方式主要有直接并网和降压并网,在并网瞬间会产生很大的冲击电流.根据交流励磁变速恒频风力发电的运行特点,将矢量控制的电网电压定向技术应用于双馈发电机的并网发电上,提出一种基于电网电压定向的双馈变速恒频风力发电空载并网控制策略,即在定子开路条件下,根据电网电压和电机转速来调节转子的励磁电流,在变速条件下实现几乎无冲击电流并网和输出有功、无功功率的解耦控制,建立了交流励磁发电机空载并网及稳态运行控制模型.仿真和实验结果表明,本文所提出的空载并网方式是变速恒频风力发电的一种较理想的并网方式.     

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。     

双馈风力发电机有功、无功的解耦控制研究

交流励磁发电机又称双馈感应发电机（DFIG）。通过调节发电机转子绕组励磁电流的频率、幅值和相位即可实现变速恒频运行。通过对交流励磁发电机动态数学模型的研究,提出了基于定子磁场定向的矢量控制策略。并进行了有功和无功功率独立调节的仿真实验,仿真结果验证了控制策略的正确性。     

Low and high voltage ride-through of DFIG wind turbines using hybrid current controlled converters

Doubly fed induction generators have been recognized as the dominant technology used in wind generation systems. However, this type of wind generator is very sensitive to the drop/rise in the supply voltage and without efficient “ride-through” strategy, continuous operation of DFIG may fail due to destructive overcurrents in the rotor winding or large overvoltages in the dc-link capacitor. This paper introduces a hybrid current control scheme, implemented in the rotor-side and grid-side converters of DFIG, to enhance low and high voltage ride-through capacities of DFIG-based wind turbines. The proposed control scheme is constituted of two switching strategies integrated with a supervisory control unit: standard PI current controllers for normal operating conditions and vector-based hysteresis current controllers for DFIG protection during severe voltage sag/swell conditions. Time-domain simulation studies are carried out to examine the effectiveness of the proposed ride-through strategy under various types of grid disturbances. It is shown that the proposed controller constrains the rotor current and dc-link voltage within the safety limits of DFIG and as a result, the wind generator can comply with the strict low/high voltage ride-through requirements stipulated by modern grid codes.     

电网对称故障时双馈感应发电机不脱网运行的系统仿真研究

利用经实验验证的时域仿真模型对一典型的2MW双馈感应风力发电系统在电网对称故障时的控制和响应进行仿真研究。与在电网故障时将转子端部直接短接的保护方案相比较,采用所提出的电网故障励磁控制与正常运行时的风能跟踪控制相结合,可以保证发电机迅速恢复有功输出,从而提高整个电力系统在故障切除后的运行稳定性。针对电网对称故障时发电机不脱网运行的可控范围进行仿真计算的结果表明:典型双馈感应风力发电机可在电网故障引起发电机变压器系统侧电压最低下降到30％额定电压时仍可保持不脱网运行。对影响电网故障励磁控制性能的各种因素,包括发电机故障前初始运行点及电机参数进行了研究,发现适当增加发电机漏感或定予侧电阻有助于进一步提高电网故障时励磁控制的效果。     

A flexible power control strategy for rotor-side converter of DFIG under unbalanced grid voltage sags

Doubly fed induction generator (DFIG) is widely applied in variable-speed wind energy conversion system. The disconnection of a substantial amount of DFIG may arouse the instability problem of power system, thus wind power generators have to remain connected during short-time grid faults. As a result, the voltage sag will lead to overcurrent and overvoltage in the rotor winding of a DFIG, moreover the unbalanced voltage sags will also cause serious fluctuations in its electromagnetic torque and output power. This paper studies the relationship of the stator instantaneous powers with the three-phase stator voltage and rotor current of a DFIG under unbalanced grid voltages. A generalized formula of current reference for the rotor-side converter of DFIG is constructed by introducing continuous adjustment coefficients. Meanwhile, the analytical equations of rotor peak current, stator active and reactive power fluctuations are derived to characterize the operating performance of DFIG. The impacts of adjustment coefficients on DFIG control performance and the feasible region of coefficients restrained by the rotor current constraint are discussed. In consideration of the rotor current limit, the flexible power control strategy for DFIG in unity power factor mode (UPFM) and reactive power supporting mode (RPSM) is presented. The correctness of proposed method is verified by simulation and experiment tests of single-DFIG and multi-DFIG systems.     

基于转子串电阻的DFIG低电压穿越优化控制策略

针对双馈感应风力发电机组(DFIG)的低电压穿越(LVRT)问题,在分析现有转子串电阻电路基础上,考虑限流电阻阻值对低电压穿越期间DFIG瞬态性能的影响,权衡转子电流、转子电压、无功功率、电磁转矩间的关系,对限流电阻阻值的选取原则进行了优化; 转子串电阻电路退出但电网电压未恢复时转子侧变流器的功率协调控制策略得到改善; 在此基础上,利用变流器对DFIG的控制灵活性,提出一种无需定子磁链观测且控制算法简单的换流器改进控制策略。本文所提的LVRT优化控制策略在提高DFIG瞬态性能的同时兼顾了系统暂态稳定性     

基于变结构准Z源的双馈风电机组强励变换器

当电网电压发生深度跌落时,需要风力发电系统不脱网且向电网提供动态无功支撑,采用传统励磁变换器的双馈风电机组往往需要通过外加装置才能实现这一要求.外加装置使系统变得复杂,可靠性和效率降低.针对这一问题,文中分析了双馈风电机组低电压穿越的瓶颈,提出了构建坚强励磁系统的思想,并设计了一种基于变结构准Z源的新型双馈风电机组强励变换器.将传统的电容型母线替换为准Z源网络,当电网正常时该变换器运行于可调电压的单电容型母线状态,当电网电压发生深度跌落时,该变换器可以迅速升高直流链电压,从而保证转子侧变换器在故障期间始终可控.搭建了双馈风电机组低电压穿越仿真与实验系统,仿真与实验结果表明所提强励变换器拓扑具有良好的稳态与动态性能,在电压深度跌落时能够有效控制转子电流,实现双馈风电机组的低电压穿越和无功支撑.     

电网电压跌落情况下双馈风力发电机电磁过渡过程及控制策略

分析了电网电压跌落时,双馈风力发电机(DFIG)暂态电磁过渡过程中各分量的变化规律,通过求解时域下的微分方程,得到了定、转子电流不仅包含本身所应具有的分量而且还含有直流分量和转速频率的交流成分的结论。仿真频谱分析所得结果与理论分析一致,阐明了转子侧产生过电压、过电流的根本原因。在此基础之上,提出了基于考虑定子磁链暂态过渡过程的双馈发电机低电压穿越(LVRT)控制策略,并进行了仿真对比分析。结果表明,与传统的矢量控制方案相比,改进的控制策略可以有效抑制转子侧的冲击电流,提高了双馈发电机在电网电压跌落下的不间断运行能力。     

双馈风力发电系统的比例谐振直接电压控制

提出双馈异步发电机的比例谐振直接电压控制策略,实现双馈风力发电系统的电网同步控制。通过分析双馈异步发电机的数学模型,建立了转子旋转坐标系中转子电压对定子电压的直接控制关系。在转子旋转坐标系中采用比例谐振控制器控制定子电压,以实现对交流电网电压的无静差跟踪。与传统双馈异步发电机的电网同步控制策略相比,提出的控制策略减少了坐标旋转变换的次数,消除了转子电流的测量和控制环节,避免采用受发电机参数影响的前馈补偿控制,从而简化了控制算法,提高了控制系统的鲁棒性。仿真结果表明,提出的控制策略可有效地实现双馈异步发电机的电网同步控制。     

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。     

双馈风力发电机虚拟同步控制策略研究

双馈感应发电机(doubly fed induction generator,DFIG)可通过虚拟同步控制方法为电网提供电压及频率支撑,优化机组并网特性。传统的虚拟同步控制技术以模拟同步发电机机电动态特性为主要目标,未对电磁暂态的DFIG控制进行深入分析。当电网发生不对称故障时,分析虚拟同步控制DFIG的故障特性,发现传统控制方法无法抑制电磁转矩振荡与DFIG故障电流。因此,基于电网不对称故障,本文提出DFIG电压补偿虚拟同步控制方法,通过对转子电压故障分量进行补偿,提高DFIG转子电压响应速度,减少其反电动势故障分量。通过对传统及电压补偿虚拟同步控制方法控制效果的仿真对比可知,电压补偿虚拟同步控制方法可对电磁转矩的持续振荡及暂态冲击进行有效抑制,明显降低了DFIG转子的故障电流,提高了DFIG不对称故障穿越能力。