一种应用于双馈异步风力发电系统高电压穿越的控制策略

文章讨论了电网电压骤升时双馈风电机组网侧和转子侧变流器有功、无功功率的分配原则,给出有功、无功电流的极限表达式,提出一种能有效提供动态无功支持的高电压穿越(high voltage ride-through,HVRT)实现方案。在机组端电压骤升至1.1倍标称值以上时,该方案一方面控制网侧变流器输出与电压骤升幅度相匹配的无功电流,实现母线电压的稳定;另一方面通过优化转子侧变流器有功、无功电流设定,使双馈感应发电机工作在无功支持模式,优先向故障电网输出一定的感性无功功率。仿真和基于东方风电6 MW试验台实验结果表明,该控制方案不仅能确保电网电压骤升期间双馈风电机组的不脱网运行,还能对故障电网提供一定的动态无功支撑,协助电网电压快速恢复,利于其它并网负载的安全运行。     

并网逆变器电压支撑的参考电流值

为了使新能源并网逆变器在电网故障时,安然度过电压暂降,并通过注入无功功率以支撑电网电压,提出了实现三相电压均衡、提升或消除有功功率波动为控制目标的并网参考电流值的设置方案。首先分析了电网电压不平衡下,αβ静止坐标系中电压正负序分量、电网电流与功率的关系,引入参数k控制无功电流中正序与负序分量间的关系,推导出电网参考电流的表达式,以及消除有功功率振荡的k取值范围。再对最大并网电流进行了限制,以穿越电网故障,使并网逆变器不脱网。最后通过采用αβ静止坐标系中比例谐振电流环控制,三相并网逆变器在不同参考电流下实现了电网电压提升、均衡或者抑制有功功率振荡的功能。     

基于STATCOM风电机组高电压穿越技术

为了使风电机组/风电场与电网之间能够和谐稳定高效的运行,笔者在通过对电网电压骤升时风电机组的暂态分析,提出了采用静止同步补偿器STATCOM实现双馈风电机组高电压穿越的方案。在电网电压骤升的情况下,通过STATCOM控制策略吸收电网容性无功并补偿感性无功支撑系统运行不脱网。在MATLAB/Simulink仿真平台上搭建仿真模型并进行仿真,仿真结果表明,当电网电压骤升时STATCOM不仅能确保风电机组不脱网运行还能及时向故障电网提供一定的感性无功,协助电网电压快速恢复。     

网压跌落下风机并网变换器控制技术的研究

在电网电压跌落处于一定范围时,风力发电机组被要求保持与电网相连,通过注入无功电流以支撑电网电压恢复,依据并网变换器的电流承受能力,提出了带有电流限幅功能基于正负序参考坐标系的双矢量电流控制策略.采用对称分量法将由电网电压跌落所引起的并网点不平衡电压分解为正序、负序和零序3个平衡分量,并对并网点的功率、电网电压的相位角和注入的正、负序无功电流进行分析和推导.实验研究表明采用提出的控制方法,达到了对并网变换器过流保护的目的,并通过注入动态无功电流实现了对电网电压的支撑作用,保证了风力发电机组不脱网运行.     

地区电网感性无功补偿优化配置方法

提出地区电网进行感性无功补偿优化规划的思路和方法,建立了兼顾电压质量、投资成本和运行费用全网优化的地区电网感性无功补偿模型,以解决由于小水电等分布式电源大量接入时在小运行方式下地区电网无功过剩电压偏高的问题。结合某地实际电网,进行了感性无功优化计算,比较了所提方法与工程估算法、平均功率因数法等方法的结果。仿真结果表明,按照优化方案进行感性无功补偿配置后,该地区的无功电压水平显著改善,取得了较好的经济效益和社会效益。     

考虑机组运行状态的海上风电场无功协调控制

针对由具有无功调节能力的双馈风机DFIG(doubly-fed induction generator)组成的海上风电场,结合海上风电场特点和无功补偿配置情况,在考虑风电场内机组crowbar动作情况、机端电压和因尾流效应导致的风速差异对双馈风机动态无功极限影响的基础上,提出在电网电压跌落期间通过调节转子电流,充分利用场内双馈风机的无功协调控制能力进行最大无功支撑实现低电压穿越;在电网电压恢复阶段,控制场内双馈风机快速输出感性无功抑制电网电压骤升,提高了低穿恢复阶段的过电压抑制能力。基于DIgSILENT/PowerFactory仿真平台,搭建风电场协调控制模型验证所提控制策略的效果。仿真结果表明,所提控制策略在电压低跌落状态下可以充分发挥风电机组的无功出力能力,协助电网电压快速恢复,有效提高故障电网的暂态电压水平。     

不对称故障下光伏逆变器的最优电压支撑策略

电网不对称接地故障下,充分利用逆变器容量,最大化支撑电网电压有助于提升光伏逆变器的低电压穿越能力,减少其大面积切机风险,保障电网的可靠运行。针对该问题,提出电网不对称接地故障下光伏逆变器的最优电压支撑策略。介绍了逆变器对并网点电压的支撑原理;以正序电压支撑最大化为首要控制目标,正序电流为约束条件,构建拉格朗日函数,推导正序有功电流与无功电流的最佳分配关系;以负序电压最优抑制为次要控制目标,逆变器最大允许电流为约束条件,构建拉格朗日函数,推导负序有功电流与无功电流的最佳分配关系;在此基础上,综合考虑有功功率波动与并网点相电压幅值约束,整定了正负序有功电流与无功电流的参考值。仿真与实验结果验证了所提控制方法的正确性与有效性。     

双馈式风电场暂态电压控制系统及其RTDS试验

为了提高双馈式风电场的暂态电压支撑能力,提出了风电场暂态无功附加控制方案。通过理论分析得出以下结论:强电网条件下,依靠风机自身无功支撑暂态电压跌落,会引起转子电流显著增长;而在弱电网条件下,风电场发出暂态无功不仅有利于抑制暂态电压跌落,而且转子励磁电流的增长也是可以接受的。为了实施所提方案,制作了由工控机、现场总线和光纤设备构成的试验样机,并在实时数字仿真器上进行了闭环试验。试验结果证明了理论分析的正确性。     

大电网高压电抗器优化配置研究

目前电网大量高压电抗器主要用于抑制工频过电压和潜供电流,起不到调压作用,随着电网结构调整,部分高压电抗器无法发挥作用。为了提高资产使用效率,提出了一种高压电抗器优化配置方法,该方法综合考虑线路的电容效应、网损以及两端厂站现有感性无功补偿度;以最大电压波动、最大电压偏移、平均网损以及无功调节装置投切动作量作为评价指标建立了用于评价高压电抗器配置方案优劣的无功电压综合评价体系,并引入基于指标隶属度方差进行赋权的决策策略选择最优的高压电抗器配置方案。最后结合陕西电网高压电抗器配置问题,证明了所提方法有效可行。     

不平衡电压跌落下新能源场站的主动电压支撑控制

电网电压跌落时,静止无功发生器(Static Var Generator, SVG)和逆变型新能源都能够主动支撑电网电压,但存在支撑能力不足、电流越限等运行风险。根据新能源场站的实际无功配置情况,提出了一种基于静止无功发生器(Static Var Generator, SVG)与新能源发电单元的无功协调控制策略,提高了新能源场站的主动电压支撑能力。首先,研究了SVG与新能源发电单元的协调控制方法,在并网点(Point of Common Coupling, PCC)不平衡电压跌落场景下,实现了并网点电压支撑、电压不平衡度提升、电流限幅等多控制目标。接着,提出了电压跌落场景的分类方法,并在每个具体场景下优化主动电压协调控制方法。最后,利用Matlab/Simulink仿真平台,验证了该方法的有效性。相比于传统方法中仅依靠新能源装置实现电压支撑,提出的协调控制方法能有效地解决严重电压跌落情况下单个新能源发电单元支撑能力不足的问题,为新能源场站的电压支撑方法提供了新的思路。     

广东电网春节期间无功电压调控存在的问题与对策

广东电网感性无功补偿配备不足,春节期间无功过剩、电压过高的问题日益突出。本文从电网结构及春节负荷特性2方面分析了无功过剩、电压过高的原因,结合2007年广东电网春节电压的调控情况,分析了存在的问题,提出春节期间的控制应在满足安全要求的前提下,以无功就近平衡为主,确保电压质量,在此基础上尽量做到无功基本分层平衡,实现经济运行。     

软启动和无功补偿在府谷电厂大型转机启动中的应用

对府谷电厂大型转机启动产生的冲击电流和电压跌落进行了理论计算,分析了府谷电厂大型转机启动中应用液阻软启动和无功补偿的必要性。实践证明,应用液阻软启动装置和无功补偿能减轻启动电流的冲击,降低电压跌落,减少对地方电网的影响。     

交直流区外来电背景下上海电网无功问题

在交直流区外来电背景下研究上海电网无功问题并重点分析静态无功电压控制、容性无功平衡、正常方式及直流小方式下的系统感性无功平衡。利用电压稳定极限和裕度指标来研究上海电网的动态无功电压控制,并给出提高上海电网动态无功储备能力以及利用直流本身特性实现直流系统相互协调控制的措施。为上海电网动态无功及电压控制研究提供参考。     

新能源发电系统并网逆变器的高电压穿越控制策略

电网电压的骤升会带来新能源发电系统并网逆变器(grid-connected inverter,GCI)控制裕度的下降,如若失控则会导致能量由电网倒灌进入逆变器进而引发直流侧过压或过流。为改善电网电压骤升对GCI所造成的暂态冲击,确保其安全并网运行,该文提出一种GCI高电压穿越(high voltage ride-through,HVRT)控制策略。首先分析容量限制条件下GCI的电流控制能力,讨论不同电网电压骤升幅度情况下GCI的可控区。在此基础上,设计基于电网电压和发电侧负载电流信息的直流母线电压参考值自适应调节算法,以确保电网电压骤升期间GCI的可控性。最后,结合感性无功电流控制,给出GCI的HVRT方案。仿真和实验结果验证了GCI控制能力分析的正确性和所提出控制策略的有效性。     

考虑光伏逆变器电流裕度的主动配电网动态电压支撑策略

大量分布式光伏接入配电网的电压稳定问题是影响电网安全稳定运行的关键环节。为了适应高渗透率分布式光伏发电系统的接入,提高主动配电网的动态电压支撑能力,提出了一种考虑光伏逆变器电流裕度的主动配电网动态电压支撑策略。该策略在分析配电网电压灵敏度的基础上,考虑光伏逆变器的电流设计裕度,能够在电压跌落故障情况下充分利用光伏逆变器的最大允许电流,实现光伏逆变器有功功率输出最大化,从而提高主动配电网的短期电压稳定性。最后分析了逆变器电流裕度对静止无功补偿系统的影响,并与常规无功补偿系统进行了仿真对比分析,验证了所提出策略的可行性和有效性。     

对广西电网电压越上限问题的分析研究

针对广西电网无功电压的现状,对广西电网部分网区运行电压越上限问题的原因进行了分析,并结合广西电网的实际情况从感性无功的配置、电厂用户无功电压的管理、电网调压措施的使用等方面,提出了治理广西电网电压越上限问题的措施和建议。     

基于改进控制策略与动态无功支撑相结合的高电压穿越方法研究

针对双馈风力发电机高电压穿越问题,利用Laplace变换对电网电压骤升时电磁暂态过渡过程进行分析,得出定子电流不仅含有直流分量,还包含有工频交流成分,并通过仿真频谱验证了理论分析的正确性。不同于常规研究中只在转子电压方程考虑定子磁链的动态变化,而忽略了其对功率外环的影响,分析了定子磁链动态变化对有功、无功解耦的影响,在此基础上对功率外环进行传统矢量控制策略的改进。此外,考虑并网规范对机组无功电流支撑的要求,控制换流器输出与电网电压骤升幅度相匹配的无功电流,帮助故障电网快速恢复。仿真结果表明,该方案不仅能够保证电网电压骤升时双馈机组不脱网运行,而且也满足并网规范对机组无功电流输出的要求,实现高电压穿越。     

基于改进最大功率跟踪的光伏低电压穿越

针对电压跌落时限制并网光伏逆变器过流与提高无功电流输出以支撑电网电压的矛盾,提出了基于改进最大功率跟踪控制的低电压穿越策略。在故障期间采用改进扰动观察法的MPPT控制来移动光伏阵列工作点,减少注入逆变器的有功功率,防止逆变器过流,同时提高了无功电流输出。理论分析及仿真试验证实,该策略在实现故障期间逆变器不过流的前提下,可以更合理地配置逆变器有功和无功输出,优化故障引起的有功功率缺额和电网无功电压支撑问题。     

电网不平衡情况下级联星接STATCOM的控制策略

STATCOM能否承受电网不平衡的冲击,在电网不平衡时持续稳定运行并提供有效的动态无功支撑,是其性能好坏的直接体现。本文从抑制负序电流和有功功率平衡的角度出发,利用叠加原理,提出级联星接STATCOM的负序电压前馈和零序电压稳压的控制方法。通过在逆变端口电压中叠加负序分量来抑制负序电流,在逆变端口电压中叠加零序分量将正序无功电流与逆变端口电压负序分量作用产生的有功功率予以抵消,从而实现了三相直流电压的稳定。该方法可以应对电网故障时负序电压对装置的影响,避免了装置在电网故障时直流电压失稳,同时能够准确地补偿动态无功。本文所提策略最终经过Matlab/Simulink完整仿真测试及RTDS试验测试。     

电网电压畸变下的单相级联H桥变流器无锁相环控制

传统单相级联H桥(cascaded H-bridge,CHB)变流器采用dq控制,在电网电压畸变情况下,控制性能受锁相环影响较大。为此,文章提出电网电压畸变下的单相CHB变流器无锁相环控制方法。首先通过构造级联延迟信号消除(cascaded delayed signal cancellation,CDSC)模块,快速提取电网电压基波信号;然后将其矢量化,根据瞬时有功功率、无功功率和电压、电流之间的关系计算参考电流信号,完成对有功电流、无功电流的独立控制。此外,通过电网电压前馈进一步减轻电网电压畸变对电网电流的影响;并由此完成各H桥直流侧的电压平衡控制。与传统的dq控制相比,无锁相环控制方法消除了构造正交电流信号造成的延时。三单元CHB变流器的仿真和实验结果证明了所提方法在电网电压畸变情况下的有效性。