不平衡及谐波电压下双馈感应电机谐振滑模控制技术

为提高不平衡及谐波电网下双馈感应电机(doubly fed induction generator,DFIG)的运行性能,该文提出一种静止坐标系下的谐振滑模控制策略;通过在滑模控制切换面方程中加入6倍频谐振项,使系统实现对6倍频交流参考的无静差跟踪;实现了DFIG输出定子电流三相平衡且正弦,或者输出定子有功功率/无功功率平稳无脉动的控制目标,改善了不平衡及谐波电网下DFIG输出的电能质量。对比分析了不平衡及谐波电网下积分滑模控制与谐振滑模控制系统的性能,并证明了所提出控制系统的稳定性和收敛性。最后,构建了1 k W功率等级的DFIG实验平台,对所提控制策略进行了实验验证,证明了其可行性和有效性。     

双馈感应发电机无锁相环直接功率控制

直接功率控制(DPC)策略由于实施结构简洁、响应速率快等优势,在新能源发电领域得到了广泛的应用,因此提出基于两相静止坐标系的双馈感应发电机(DFIG)无锁相环DPC策略。针对两相静止坐标系中DFIG有功、无功功率动态方程的参数时变特性,构建了DFIG的有功、无功励磁电压2个可控量,并将含有交流电压系数矩阵的DFIG有功、无功功率动态方程变换为常系数动态方程,简化了控制系统设计,并根据DFIG的转子位置角,DFIG转子励磁电压与有功、无功励磁电压间的转换。利用简单线性调节器,即可完成对DFIG有功、无功功率的解耦控制与无差跟踪。最后,通过试验验证了所提控制策略的有效性和频率适应性。     

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.     

不平衡电网电压下基于串联网侧变换器的DFIG控制策略

电网电压不平衡会导致双馈感应发电机组(DFIG)定、转子电流出现较大不平衡,使发电机功率和电磁转矩发生振荡,从而恶化机组运行状况.分析了串联网侧变换器抑制不平衡电网电压对DFIG系统影响的机理,利用并联网侧变换器的控制及静止坐标系下的比例谐振控制器,提出了基于串联网侧变换器的DFIG在不平衡电网电压条件下的控制策略;在实现DFIG电磁转矩、直流母线电压及系统总输出有功功率无2倍频波动的同时,使DFIG定、转子三相电流平衡.所述方法具有不改变转子侧变换器的控制策略、无需求解复杂高阶矩阵的特点.对一台基于串联网侧变换器的2 MW DFIG系统进行了仿真,验证了所提出控制策略的正确性和有效性.     

电网电压不平衡下并网逆变器功率灵活控制

在不平衡电网电压条件下对光伏并网逆变器功率的有效控制,是高渗透率光伏系统并网运行需解决的重要问题之一。当电网电压不平衡时,有功、无功功率出现不可控的波动,且并网电流不平衡。故在静止坐标系下,提出一种灵活的有功、无功功率控制策略。该方法可通过调节参数,实现有功、无功功率波动的平滑抑制,且可在参数范围的两个极端将有功或无功功率波动消除。通过仿真和实验验证了所提控制策略的有效性。     

不平衡电网电压下DFIG双SRF控制策略

针对在电网不平衡电压情况下,双馈电机(DFIG)的定子侧有功功率、无功功率以及电磁转矩均出现2次脉动量,提出了一种双同步旋转坐标系(SRF)控制策略,通过对其转子侧电压和电流量进行控制,产生相应的转子电压和电流量,从而实现其不平衡控制目标.运用EMTP-RV仿真软件搭建仿真模型,通过仿真分析对比DFIG在常规定子电压定向矢量控制和考虑电网电压不平衡的DFIG双SRF控制,验证了DFIG的双SRF控制策略可以有效抑制电网电压不平衡情况下引起的电磁转矩、无功功率和总机械功率的2次脉动,实现DFIG的稳定运行.     

不平衡电网条件下DFIG滑模变结构直接功率控制

针对不平衡电网条件下的双馈风力发电系统(DFIG)高性能控制问题,提出一种滑模变结构直接功率控制方法(SMC-DPC)。对不平衡电网条件下两相静止坐标下DFIG转子侧变换器进行了数学建模。其次,对电网电压不平衡对变换器运行有功、无功功率的影响进行了分析;分别以获得正弦对称电网电流、消除定子无功100 Hz波动以及消除定子有功100 Hz波动为目标,提出3种给定功率指令补偿的滑模直接功率控制方法。基于55 k W的DFIG风力发电系统试验平台验证了SMC-DPC方法的可行性和优越性,并给出了与传统直接功率控制(DPC)在电网不平衡条件下的详细对比分析。     

不平衡电网电压下永磁直驱风电机组的运行与控制

针对电网电压不平衡故障,分析了永磁直驱风电机组的运行特性,提出了一种在正序旋转坐标系下网侧变换器控制策略。该控制策略针对不同的控制目标得到dq轴电流的给定值,并采用比例积分谐振控制器实现dq轴电流的控制,可实现在不平衡电网电压下抑制有功功率二倍频波动、抑制无功功率二倍频波动以及同时抑制网侧有功功率和无功功率二倍频波动。Matlab仿真结果表明,本文所提控制策略能够有效地实现各种控制目标。     

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.     

基于复功率的电网电压不平衡条件下并网逆变器控制策略

针对电网电压不平衡条件下并网逆变器故障穿越问题,提出一种基于复功率静止坐标系并网逆变器控制策略,与传统旋转坐标系控制策略不同,本文提出的方法通过合并有功、无功功率脉动分量控制6个变量。利用两个调节系数将控制目标组合后实现具有限流功能的协调控制,不仅保证了电网电压不平衡情况下并网逆变器输出有功、无功功率连续调节,同时并网电流峰值维持在额定电流范围内,提高了系统可靠性。最后通过实验验证了提出方案的有效性。     

电网电压不平衡时VSC-HVDC优化控制策略

电网电压不平衡时,引起电压源换流器输出功率的二倍频波动。为此,研究了两相静止αβ坐标系下的电压源换流器高压直流输电(VSC-HVDC)电网电压三相不平衡时的功率优化控制策略。为了方便计算不同控制目标下的参考电流,引入两个独立可调的参数,推导参考电流的统一解析表达式。提出采用粒子群算法对两个独立参数进行优化,同时抑制有功功率和无功功率二倍频波动,实现多目标控制。并采用比例谐振控制器进行矢量电流控制,实现交流信号无静差控制。在PSCAD/EMTDC中进行仿真验证,结果表明,当发生单相接地故障时,采用文中提出的功率优化策略,当有功功率波动不超过10%时,无功功率的波动减弱20%,仿真结果和理论分析相一致,验证了所提出的优化控制策略的有效性和可行性。     

双馈风电机组在不对称电网故障下的稳定性控制研究

为避免电网电压不对称跌落导致双馈风电机组(DFIG)脱网运行,分析了电网不对称故障时双馈风力发电机组直流母线电压波动机理,直流侧过电压这一现象主要由定子侧直流分量和电网电压负序分量引起.通过参考系坐标变换导出在正负序坐标系中双馈感应发电机的电压和电流方程,建立了正、负序坐标系下DFIG数学模型,利用机、网变流器协调控制方法,在不对称电网故障期间,机侧变流器转子电流的负序分量控制为零,网侧变流器采用双闭环正、负序电流控制抑制网侧负序分量,结合功率计算模块,有效抑制了机组电磁转矩与电流的2倍频波动,以及直流母线电压与电流负序分量的波动,改善了DFIG在不对称电网故障下的动态性能.仿真结果表明了该控制策略的可行性.     

电网不对称故障下双馈风力发电机组穿越控制的研究

在研究电网电压不对称对双馈感应发电机( DFIG)影响以及DFIG正、负序数学模型的基础上,分析了电网电压不对称条件下DFIG定子输出有功、无功功率和发电机电磁转矩的组成.针对电网电压不对称时负序电流对定子侧有功功率、无功功率、电磁转矩和直流侧电压的影响,提出电流正序分量跟踪控制策略,并在转子侧和网侧变换器的控制中对电网电压的正、负序分量分别处理.转子侧变流器采用正序电流跟踪的滞环控制,实现了电流的无差跟踪.网侧逆变器控制内环采用电流前馈控制,并控制负序电流为零,外环采用电压环稳定直流电压,仿真结果表明,在电网不对称故障时,这种控制策略可以消除负序电流对定子侧有功功率、无功功率、电磁转矩和直流侧电压的影响,实现不对称故障穿越.     

电网不对称故障下双馈风力发电机组穿越控制的研究

在研究电网电压不对称对双馈感应发电机（DFIG）影响以及DFIG正、负序数学模型的基础上,分析了电网电压不对称条件下DFIG定子输出有功、无功功率和发电机电磁转矩的组成。针对电网电压不对称时负序电流对定子侧有功功率、无功功率、电磁转矩和直流侧电压的影响,提出电流正序分量跟踪控制策略,并在转子侧和网侧变换器的控制中对电网电压的正、负序分量分别处理。转子侧变流器采用正序电流跟踪的滞环控制,实现了电流的无差跟踪。网侧逆变器控制内环采用电流前馈控制,并控制负序电流为零,外环采用电压环稳定直流电压。仿真结果表明,在电网不对称故障时,这种控制策略可以消除负序电流对定子侧有功功率、无功功率、电磁转矩和直流侧电压的影响,实现不对称故障穿越。     

电网电压不平衡下采用串联网侧变换器的双馈感应风电系统改进控制

为进一步提高电网电压不平衡下采用串联网侧变换器的双馈感应发电机(doubly fed induction generator,DFIG)风电系统的运行性能,研究了适用于该系统的改进运行控制策略。提出电网电压不平衡下采用串联网侧变换器的DFIG系统的3种可选运行方案,以此为基础提出串联网侧变换器与并联网侧变换器的协调控制策略,并建立了在双同步dq旋转坐标轴系下两者的控制模型。所提系统协调控制方案无需改变电网电压不平衡下转子侧变换器的控制策略,在实现发电机输出功率无二倍频波动、电磁转矩无二倍频波动以及定、转子三相电流平衡的同时,可实现电网电压不平衡下整个系统或总输出有功功率无二倍频波动(同时可实现直流链电压无二倍频波动)或总输出无功功率无二倍频波动或整个系统无负序电流注入电网的不同运行功能,进一步增强了不平衡电压下DFIG风电系统的运行能力。对一台采用串联网侧变换器的DFIG风电模拟系统在不平衡电压条件下的运行进行了相关实验,实验结果验证了该文所提改进控制策略的可行性。     

基于α-β静止坐标系的PWM整流器双单输入单输出模型(英文)

系统分析了PWM整流器的数学模型,提出了一种基于α-β静止参考坐标系的双单输入单输出模型,在两相静止坐标系中将PWM整流器简化为两个与传统单相升压变换器类似的电路结构。根据空间矢量调制理论,分析了开关信号由两相静止坐标系到三相静止坐标系变换时的控制策略。根据输入/输出能量平衡原则,对系统设计所需的参数条件进行了分析和实验验证。该模型大大简化了对PWM整流器的分析,并且易于数字实现。实验结果表明,系统能够实现单位功率因数控制,有效地抑制注入电网的谐波,使交流输入电流为正弦波,并且系统具有良好的动态响应。     

不平衡电网条件下建模与仿真研究

为了准确分析不平衡电网条件下,DFIG机组使用传统矢量控制策略而引发控制能力下降的原因,并改善DFIG机组的故障穿越能力,建立了DFIG机组转子侧变换器和网侧变换器的数学模型。首先分析了故障下DFIG机组的动态变化过程。针对电网电压不对称故障,在Simulink环境下搭建了基于双d-q正、负序分解的转子侧及网侧变换器模型,并将传统的控制策略与改进控制策略进行仿真对比。仿真结果表明,改进的控制策略可以有效地抑制有功、无功的二倍频波动,减小过电压和过电流,增强机组对电网故障冲击承受能力,提高DFIG机组运行的稳定性。     

电网电压不平衡下考虑电流峰值限制的储能变流器协调控制策略北大核心CSCD

针对电网电压出现不平衡会导致储能变流器(power conversion system,PCS)输出的有功功率波动、无功功率波动和三相电流峰值越限问题,文中提出了一种考虑电流峰值限制的储能变流器协调控制策略。首先分析了传统控制策略在电网电压不平衡下的局限性;其次利用瞬时功率理论与加权思想,在αβ两相静止坐标系上实现抑制有功功率波动与抑制无功功率波动的协调控制;然后在上述基础上,加入一种电流峰值限制方法,能在PCS进行协调控制的同时保障输出的三相电流峰值不越限;最后仿真实验结果验证了控制策略的有效性和优越性。该策略能提高PCS在电网电压不平衡下的稳定性,扩展了PCS输出有功功率的能力,并且在控制过程中既不需要对电网电压进行锁相,又不需要对正负序电流进行分别控制,结构简单易于工程实现。     

不平衡电网下双馈感应发电机的虚拟同步机控制优化策略

由于虚拟同步机(VSG)控制技术的控制带宽有限,因此当电网电压不平衡时,VSG控制无法有效控制电网负序电压引起的功率二倍频波动分量。当电压长时间不平衡时将会引起双馈感应发电机(DFIG)定、转子电流畸变,功率及转矩振荡等问题,严重影响系统输出的电能质量及系统运行性能。针对此问题,文中提出一种采用二阶广义积分器对DFIG电磁转矩及无功功率二倍频脉动进行定量控制的方法,使DFIG的VSG控制系统在不平衡电网条件下可以实现3种控制目标,即定子电流正弦且平衡、定子电流正弦且有功功率恒定和定子电流正弦且无功功率及电磁转矩同时恒定。同时,可根据电网实时要求对各控制目标进行灵活切换,提高了DFIG的VSG控制系统的控制性能。最后,所提方法的有效性通过仿真结果得到了验证。