永磁直驱风电变流器控制策略及仿真研究

根据矢量控制原理提出了机侧和网侧PWM变流器的控制策略,分析了永磁直驱风电系统双PWM变流器的电路结构及其工作原理,建立了永磁直驱风电系统中包括风力机、传动系统、永磁同步发电机、双PWM变流器等各部分的数学模型;在MATLAB/SIMULINK仿真环境中建立了永磁直驱风电系统的仿真模型并进行了动态仿真。仿真结果表明:采用双PWM变流器的永磁直驱风电系统具有优良的动、静态性能,可以良好的控制永磁同步发电机,最终输入电网的电压、电流波形接近正弦且谐波含量小。验证了系统仿真模型的正确性和所提出双PWM变流器控制策略的有效性。     

低频工况下MMC模型预测控制策略EI北大核心CSCD

模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)在船舶电力推进系统、电力传动以及变频驱动等领域有着广泛的应用前景。然而,MMC在启动或低频运行时,子模块(sub-module,SM)电容电压波动急剧增大,严重危害了MMC系统的安全运行。文中提出一种MMC低频SM电容电压波动抑制的模型预测控制策略。建立含共模电压的电流预测模型及桥臂电压差预测模型,构建统一控制代价函数对参考值与实测值的误差进行评估。在滚动优化中采用2N+1电平输出方式,可为低频MMC的最优控制提供更多的选择自由度。为验证所提控制策略的可行性与有效性,对其进行仿真和实验研究。结果表明,所提的控制策略能有效抑制低频时MMC子模块电压的波动,降低系统输出电流谐波含量,提升MMC系统安全运行能力。     

基于MMC的风电机组低电压穿越测试装置控制策略研究

电力电子型风电机组低电压穿越(Low Voltage Ride Through, LVRT)测试装置具有控制灵活、精度高、功能多样、对电网干扰小等优点。如何准确模拟标准要求的各种电网故障电压波形是该装置控制策略要解决的关键问题。为此,首先构造了三相短路和两相短路的虚拟故障电路,利用对称分量法,详细推导了以电压跌落百分比为输入条件的电网故障电压和短路阻抗比的解析表达式。其次,将电网故障电压作为LVRT测试装置的电压跌落指令参考值,通过闭环控制即可输出需要的测试电压波形。最后,结合基于模块化多电平换流器(Modular Multilevel Convener, MMC)的风电机组LVRT测试装置,给出了电网侧MMC和风机侧MMC的控制策略。在PSCAD/ETMDC中搭建了大容量风电机组低电压穿越测试装置仿真模型,通过LVRT测试中的2种典型工况仿真验证了该方法的有效性。     

模块化多电平变流器低频调速系统控制方法

详细分析了模块化多电平变流器能量流动情况,研究了变流器桥臂能量波动的原因,并指出桥臂能量波动与运行频率成反比,且当模块化多电平变流器调速系统在低频运行时,由于模块电容电压波动过大而无法正常工作。针对该问题,文中提出在桥臂共模电流中加入高频正弦分量,并同时在变流器输出共模电压中加入高频方波分量,从而在变流器上、下桥臂间引入高频能量交换,抑制模块电容电压波动。阻感及电机负载的实验结果证明,采用所提出的控制方法后模块电容电压得到有效的抑制,低频调速系统性能良好。     

直驱风电系统网侧变流器不平衡控制策略

分析电网电压不平衡条件下,负序电压对直驱风电系统网侧变流器控制性能的影响。提出一种基于比例积分谐振(PIR)控制器的单电流环矢量控制策略,无需正、负序分量分解即可对负序电流进行有效抑制。实验结果表明,该算法优势明显,有较好的实际应用前景。     

LCL滤波型风电并网变流器的研究

介绍了LCL滤波型风电并网变流器的主电路拓扑结构和数学模型,提出了采用电网电流反馈闭环控制,实现电网侧电流闭环的有功、无功功率解耦的控制策略;采用MATLAB(R2010a)建立了系统仿真模型.仿真结果及试验结果表明,采用该控制策略,对LCL滤波型风电并网变流器进行控制的有效性.     

低频率工况下模块化多电平变流器电容电压平衡控制策略

针对应用于高压变频的模块化多电平变流器(MMC)在低频率工况下会出现子模块电容电压波动较大的问题,该文对电容电压波动机理及其抑制控制方法进行了研究。首先,根据MMC的工作原理,设计载波移相调制方法;其次,从理论上分析子模块电容电压波动机理,并在此基础上提出一种适合于低频率工况的电压平衡控制策略;最后,通过仿真验证了控制策略的正确性与有效性。该控制策略可以降低各子模块开关频率,在低频率工况下对子模块电容电压波动有良好的抑制效果。     

电网电压不平衡时全功率风电并网变流器的控制策略

电网电压不平衡条件下,电压负序分量将导致直驱式永磁同步风电机组(permanent magnet synchronous generator,PMSG)全功率并网变流器的直流侧电压出现2倍电网频率的谐波,长期处于此工况下将显著影响直流侧电容的使用寿命,危及机组的稳定运行。建立了电网侧变流器的数学模型,在计及并网阻抗对有功功率影响的基础上,提出了一种以增强直流侧电压稳定性为目标的控制策略。其中,电网侧变流器正负序电流指令通过保证直流侧电容及并网电抗器之间无2倍频振荡的有功功率流得到,指令的计算无需求解复杂的高阶矩阵,也没有引入更多的变量。由直驱式永磁同步风电机组的仿真结果验证了所提出的电压控制策略的有效性。与传统的平衡控制策略相比,这种控制策略能在实现直流侧电压稳定控制的同时,使输出至电网的有功功率2倍频波动得到有效抑制,提高了该型机组不平衡电网电压条件下不间断安全稳定运行能力。     

单相模块化多电平变流器控制策略研究

模块化多电平变流器(MMC)是一种新型的多电平拓扑,输出与子模块数相关的多电平波形。MMC具有高度模块化、易扩展、输出波形好等特点,在中高压场合具有广阔的应用前景。分析了单相MMC的拓扑结构和工作原理,并通过一定的控制策略,对子模块电容电压平衡与环流抑制进行协同控制;利用载波移相脉宽调制(CPSSPWM)技术,等效提高了开关器件的频率,从而降低其损耗。最后用Matlab/Simulink对单相MMC进行仿真实验,验证了调制策略和控制策略理论的正确性。     

基于子模块电容电压允许值的MMC均压控制策略

针对模块化多电平变换器（modular multilevel converter,MMC）传统子模块（sub-module,SM）均压策略存在的开关频率高、开关损耗量多、计算量大等问题,提出基于子模块电容电压允许值的均压控制策略。通过引入电容电压允许值变量,使得SM电压始终在规定的范围内运行,降低了功率器件损耗。与此同时,由于不需要每个控制周期对全部SM进行排序,进一步减少了控制策略的计算量。通过仿真结果验证了所提策略的有效性,可以显著减少单位时间内功率器件的开关次数。     

主从控制变流器电压比例分离控制策略

主从控制的并联变流器在发生通信丢包时,若负载突变则会造成主从机不均流甚至过流停机。此处提出一种电压比例分离控制策略,主机电压环采用比例积分(PI)控制,其中比例控制器参数分离为稳态比例项和动态比例项;从机增加电压环控制,采用比例控制器且参数与主机动态比例项相同。首先对主从变流器系统进行建模,在此基础上提出电压比例分离控制策略,进一步分析了该策略的均流原理。实验结果表明所提策略能有效解决通信丢包下主从控制变流器的不均流问题,验证了所提策略的正确性和实用性。     

兆瓦级风电变流器控制系统的设计

介绍了风电变流器控制系统的发展现状,在此基础上设计了兆瓦级风电变流器控制系统.分析了这一兆瓦级风电变流器控制系统的硬件组成和软件功能.     

基于改进的钳位双子模块MMC变流器的冗余控制策略

设计了改进的钳位双子模块,并将子模块应用在MMC中,利用模块中已投入运行的半桥子模块为冗余半桥子模块充电。通过PSCAD／EMTDC仿真表明,基于改进的钳位双子模块的MMC在冗余子模块替换故障子模块过程中,动态过程短暂,对换流器的输出电流、电压波形均无明显影响,验证了策略的有效性和可行性。     

基于单级多电平开关变流的超大容量海上风电变流器

海上风机正向超大容量方向发展,基于较低电平数目变流技术的风电变流器在电压、容量等级的提升方面受到限制。提出了基于单级多电平开关变流的超大容量海上风电变流器方案,采用直流电压可大范围调节的宽直流电压模块化多电平变流器(MMC),在单级多电平变流器中实现DC/DC和DC/AC两级变换功能。基于风电变流器的单向功率传输特性,采用单向电流型宽直流电压MMC优化开关器件用量,并基于负电平利用优化调制比大幅降低MMC的子模块电容用量。所提出的方案不仅具有电压与容量等级高、功率损耗低、谐波含量低的优势,还能最大限度降低开关器件和电容的用量。与现有风电变流器方案进行对比,结果表明所提方案在经济性、运行性能等方面具有显著优势。通过仿真验证了所提方案拓扑结构和控制策略的可行性和有效性。     

MMC变流器模块电压波动对输出电压的影响

为了研究模块化多电平变流器(modular multilevel converter,MMC)模块电压波动对输出电压的影响,建立了MMC的数学模型,忽略调制算法引起的高次谐波,推导了变流器输出电压的解析表达式,并针对MMC变流器实际应用过程中常采用的谐波抑制算法,简化了变流器输出电压表达式。分析表明,MMC变流器模块电容电压波动将会在输出电压中引入奇次谐波,同时将使得输出电压实际值与给定值之间出现偏差。为了度量偏差大小,定义了模块电容电压波动系数,并证明偏差大小取决于模块电容电压波动系数与输出电压调制度的比值。为了使得变流器能够正常工作,该比值应控制在一定范围以内。仿真实验的结果证明了理论推导与分析的正确性。     

海上风电场柔性直流输电变流器的无源性控制策略

由于海上风能并网直流输电变流器模型本身存在非线性强耦合特性,常规PI调节器控制方式需调节的参数较多,难以获得理想的动态特性.提出利用非线性系统无源性理论.将变流器两相同步旋转坐标系下的数学模型以拉格朗日方程形式表达,验证被控对象为严格无源系统,选取光滑可微的正定存储函数作为Lyapunov函数,满足控制系统在原点渐近稳...     

直驱风电系统新型变流控制策略

本文讨论了直驱风电系统在正常运行和电网故障下运行时的控制问题,提出了一种新的变流器控制策略,该策略是建立在机侧变流器、网侧变流器和阻尼控制器协调控制的基础上,使用阻尼控制器的目的是为了抑制由于机械或电气负载变化引起的驱动链扭振。采用新型控制策略后,电网故障期间不能通过变流器传递到电网的功率从直流环节转移到了发电机侧,因此提高了故障时系统的响应速度。用仿真和实验方法对新型控制策略的性能进行了讨论和验证。     

计及焊层疲劳影响的风电变流器IGBT模块热分析及改进热网络模型

针对不同疲劳寿命时期对风电变流器绝缘栅双极型晶闸管(IGBT)模块结温的影响,分析焊层在不同脱落度下的IGBT模块热阻变化规律,并建立考虑热阻变化的改进热网络模型。首先,依据风电机组变流器IGBT模块的结构和材料属性,建立三维有限元热-结构耦合分析模型,对基板焊层和芯片焊层在不同脱落度下IGBT模块结温和热应力的分布规律进行仿真分析。其次,确定不同焊层脱落度下其热阻增量值,并建立IGBT模块改进热网络模型。最后,将三维有限元模型和改进热网络模型的结温计算结果进行对比分析,验证了所提的改进热网络模型的有效性。     

海上风电低频输电系统低频侧不对称故障控制策略

低频海底电缆发生不对称故障时存在模块化多电平矩阵换流器(M3C)功率器件电流越限、非故障相过电压风险,严重影响海上风电低频输电系统(LFTS)的安全运行。针对上述问题,在充分发挥M3C高可控性的基础上,提出了一种适用于海底电缆不对称故障的控制策略：根据故障严重程度动态调整M3C低频侧电压,防止非故障相过电压;各子换流器通过抑制负序电流限制短路电流上升,保护功率器件免受过电流危害;计及控制策略的影响,通过建立系统故障等值模型进行故障分析。在PSCAD/EMTDC中搭建了海上风电LFTS模型,仿真结果验证了所提控制策略和故障分析方法的有效性,其能够实现低频侧不对称故障下系统的稳定运行。     

中低压混合型风电变流器

海上风电变流器功率日趋增大,随着功率等级的提升,在采用低压并联拓扑的风电系统中,塔筒内扭缆问题日益严重,因此提出一种能够提高发电机-变流器组出口电压的新型风电变流器。该变流器机侧采用两电平变流器级联,网侧采用三电平变流器,构成一种中低压混合型风电变流器。中低压混合拓扑依旧可以使用低压发电机,而网侧变流器电压等级的提高减少了所需电缆的数量,有效解决了塔筒内扭缆问题。针对中低压混合型风电变流器,首先进行了理论建模,进而提出了混合拓扑的控制策略,最后在RT-LAB平台上验证了该控制策略的有效性,表明新型变流器具有良好的稳态与暂态性能。