基于特征值分析的DFIG风电机组在微电网中的频率控制策略研究

随着电力电子技术的发展,变速恒频DFIG风电机组可通过虚拟惯量控制和超速控制减载运行参与电网频率调整。针对含DFIG风电机组的风光柴中压微电网,采用特征值分析方法,分析DFIG风电机组虚拟惯量控制、超速控制和柴油机调速器控制参数变化时微电网的特征值轨迹,找出反映微电网频率响应特性的典型特征值。并通过分析不同虚拟惯量控制和超速控制参数对应的典型特征值变化轨迹,判断微电网频率稳定性的变化,得到虚拟惯量控制和超速控制参数合理选取范围。为改善频率控制参数选取过大产生的频率振荡问题,进一步改进DFIG风电机组有功功率控制系统PI控制参数,从而在改善微电网频率动态响应特性的基础上提高了微电网小干扰稳定性。最后,在DIg SILENT/Power Factory仿真软件中搭建微电网模型,通过动态时域仿真验证所提方法对提高微电网频率稳定性和小干扰稳定性的有效性。     

基于P/δ下垂控制的低压微电网频率控制策略

负荷突变情况下,含储能电源孤岛状态下的微电网为了满足快速功率分配,一般采用高下垂增益系数,针对高下垂增益系数影响微电网频率和电压稳定的问题,提出了一种改进的P／δ控制,引入了有功微分增益和无功积分增益系数,减轻了因负荷扰动导致的电压和频率瞬时突变,减小了对微电网造成的冲击,。为了实现二次调压和二次调频设计了二次调节器,提高了微电网孤岛情况下受到负荷扰动时的暂态稳定性,搭建了仿真模型和硬件实验平台验证所提控制策略的有效性。     

基于下垂控制结构的微电网机组控制设计

针对取较大下垂系数难以保证功率分配外环稳定性问题,在有功下垂控制环节增设前馈来改善系统稳定性,并建立微电网小扰动模型,验证了前馈能明显改善系统小扰动稳定,从而功率分配外环可取较大下垂系数,降低了微电网机组对配电网频率和电压幅值波动的敏感程度。电流和电压控制环节分别采用了比例谐振校正,在较小控制带宽下采用比例谐振校正也能取得较为满意的控制精度。介绍了并网同期方法,采用下垂控制结构的微电网机组共用一个同期环节,同步跟踪配电网电压相角。仿真结果验证了理论分析的正确性。     

双馈式风电机组直接电压控制策略研究

风电渗透率的提高给电力系统安全稳定运行带来了新的问题,特别是风电接入后的电压稳定性。为了充分利用双馈式风电机的电压控制能力,本文提出了一种直接电压控制策略,其将电压偏离值通过一阶惯性环节得到的电流参考值作为DFIG变流器内环电流控制的输入信号,以DFIG的输出功率为控制对象,实现电压控制。仿真结果表明,风电机组采用直接电压控制策略,在系统遭受扰动时通过快速无功电压调节,能够有效控制风电场并网点电压,并且局部系统电压水平恢复良好,为DFIG风电场参与系统协调电压控制打下了基础。     

基于改进下垂控制的微电网运行控制研究

微电网中,采用下垂控制的微电源,线路阻抗差异、输出电压幅值不等以及微电网复杂结构等因素均会导致微电源输出无功功率不能达到均分的效果,使微电源间出现无功环流。为解决这一问题,提出了一种改进的下垂控制策略。即在传统无功下垂控制中加入线路压降和微电源接入点电压幅值反馈量作为无功下垂控制的补偿量,有效跟踪微电网电压变化,改善输出电压幅值不等的状况。在Matlab/Simlink中搭建微电网仿真模型。仿真结果表明,改善的下垂控制能够大大提高无功均分的分配精度,提高微电网的系统稳定性。     

恒电压控制下DFIG与SVG对电网电压的支撑研究

双馈风机（DFIG）能变速恒频运行,并具有一定的无功输出能力,已成为目前的主流发电机。DFIG虽然具备无功调压能力,但其能力有限,在电网遭受扰动情况下对风电场并网点电压的支撑能力不足。基于此,提出双馈风机采用恒电压控制,在充分利用机组无功调压能力的基础上装设SVG对风电场进行动态无功补偿,支撑风电场并网点电压。在分析双馈风机及SVG的数学模型基础上,采用空间矢量定向控制技术实现双馈风机的解耦控制和SVG输出无功的控制并得到两者的控制模型。根据得到的控制模型建立仿真模型,通过仿真验证了采用恒电压控制的双馈风机具备一定的调压能力,SVG与恒电压控制下的双馈风机相配合使得风机并网点电压在正常及故障下均得到显著改善。     

改进下垂控制的逆变器并联运行研究

在微电网逆变器并联运行系统中,传统的下垂控制因输电线路阻抗存有差异导致无功功率不能合理分配; 同时在负荷突变时固定的下垂系数会造成系统电压出现跌落.对此,提出一种改进的下垂控制策略.在传统无功Ｇ电 压下垂方程的基础上添加积分环节,并将下垂系数修正为包含功率的一次函数项,同时引入PI控制的电压误差反馈 环节,从而实现了无功功率的均分,改善了系统电压的跌落,提升了电压的质量和动态稳定性能.最后在MATLAB/ Simulink软件中搭建仿真模型,仿真验证了该改进策略的有效性.     

风电大规模并网时机组级电压控制技术研究

风电机组电压控制在维持风电场并网后的系统电压稳定方面具有较大的优势,且对于提高电网运行经济性具有重要意义。此处主要从风机电压控制的3个关键技术点展开分析。在无功极限方面主要针对相对复杂的双馈型风电机组(DFIG)展开分析,定子侧考虑定转子电流极限的约束,网侧考虑了网侧变流器无功能力限制。风机在无功极限内参与调压时其无功支撑能力远大于按照0.9～0.95功率因数运行所具备的无功支撑能力。无功分配及环流抑制方面,采用了基于下垂特性的电压控制,避免了无功环流,保证机组间无功合理分配。风机参与调压后振荡风险分析及抑制方面,通过仿真模拟了振荡过程,分析了振荡影响因素,合理设置电压控制速度以规避振荡风险。最后,基于1.5 MW双馈风电实验台开展了控制策略测试,验证了所提方法的可行性。     

独立型虚拟同步化微电网分布式无功-电压二级控制策略

针对独立型虚拟同步化微电网无功-电压控制的初级调节特性,在虚拟同步控制技术的基础上,提出了一种计及虚拟同步变流器剩余无功容量的独立微电网分布式无功-电压二级控制策略。该策略以提高系统无功容量利用率及平均电压水平为目标,通过相邻虚拟同步机控制器间的分布式稀疏通信,实现系统平均无功标幺值及端口平均电压值评估。在此基础上,通过所提分布式二级控制器得到虚拟同步变流器无功-电压下垂参数的最优参考值,从而实现无功功率最优分配与电压调节,在提高系统无功容量利用率的同时改善电能质量。基于MATLAB/Simulink搭建独立型虚拟同步化微电网模型,通过仿真验证了所提策略的有效性及其相较于传统无功-电压调节策略的优越性。     

具有积分滑模环节的低压微电网下垂控制策略研究

针对低压微电网下垂控制,分析了双逆变器并联的数学模型,采用了更适合低压微电网的PV-Qf控制策略,并加入了基于矢量控制的积分滑模环节,提高了微电网输出电压的跟踪性能。利用Matlab/Simulink进行了仿真,通过与传统方法比较,仿真结果显示含积分滑膜环节的下垂控制器输出电压能够快速稳定地跟踪参考电压,验证了该方法的有效性。     

微电网储能系统下垂协调控制与母线电压控制策略

针对风光互补微电网内风力发电系统和光伏发电系统运行特性,提出采用蓄电池储能系统(Battery Energy Storage System,BESS)与超级电容储能系统(Super Capacitor Energy Storage System,SCESS)下垂协调控制策略基础上对微电网母线电压采用对应的控制策略,进而优化无功功率控制,以此进一步提高对微电网内负荷供电的稳定性。文中对微电网模式切换过程,加以控制策略理论分析,再通过PSCAD/EMTDC仿真软件,验证文中所提出控制策略的有效性及可行性。     

适用于低压微电网的逆变器控制策略设计

低压微电网中线路阻抗呈阻性,为保证逆变器输出阻抗与线路阻抗相匹配,在逆变器控制策略中引入了阻性虚拟阻抗。分析了逆变器电压环积分参数对逆变器输出阻抗的影响,在保证逆变器稳定运行的前提下,提高电压环积分系数可使逆变器输出阻抗呈阻性。对微电网等效电路分析得出,调节逆变器输出电压幅值可以调节逆变器输出的有功功率,调节逆变器的频率可以调节逆变器输出的无功功率。微电网并网运行时,分析了参数检测误差对逆变器输出功率的影响,在下垂特性控制中,引入幅值和频率微调的比例—积分(PI)调节器,可实现逆变器输出功率的无静差跟踪。仿真结果表明,所提逆变器控制策略运行稳定,在并网和孤岛运行时都具有优良的性能。     

弱电网下双馈风机多机系统直流电压控制时间尺度的建模与稳定性分析

研究了弱电网下双馈多机系统直流电压控制时间尺度的建模和稳定性。首先,建立了双馈多机系统直流电压控制时间尺度的小信号模型,包括直流电压控制、有功功率控制、端电压控制和锁相环,可以充分刻画风机直流电压控制时间尺度的动态特性。然后,通过特征根和主导振荡模态参与因子分析,研究影响双馈多机系统稳定性的主导风机和主导控制环路,其贡献点在于揭示不同控制带宽下影响双馈多机系统稳定性的关键因素。研究发现在双馈风机的各控制环路中,锁相环对风机稳定性的占主导地位,而直流电压环对风机稳定性的影响最小。最后,建立双馈多机系统时域仿真模型,验证了建模和稳定性分析结果的有效性。     

面向多逆变器的微电网电压控制策略

针对微电网孤岛运行时有功和无功分量严重耦合引起的无功功率无法精确分配和增加虚拟电抗带来的电压跌落问题,在虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)一次电压控制器的基础上,提出一种在线计算电压控制器参考输入电压的新算法,根据调度有功和无功功率预先估算感应电动势,补偿VSG固有下垂特性和线路阻抗的电压跌落,保证VSG按照设定的U-Q下垂特性运行;设计二次电压控制,用以解决上层调度的周期性、负荷波动的随机性及一次电压控制的有差性等带来的电压质量问题;最后,在Matlab/Simulink仿真平台上验证了所提方案的效果。     

基于双电压环补偿的直流微网下垂控制

针对直流微网传统下垂控制中分布式电源(distributed generation,DG)输出功率分配精度和电压维持额定值间的矛盾,提出了一种基于双电压环补偿的直流微网下垂控制方法。该方法基于集中式二级控制和对等下垂控制策略,在二级控制中引入双电压环控制,其中,第一电压环保证负载功率的高精度分配,第二电压环抬高系统电压,使其更接近额定值。该策略使直流微网系统具有良好的稳态和动态分流特性,能够实现不同容量等级变换器间输出功率的精准分配,且同样适用于本地负荷不匹配的情况。仿真结果表明该控制方法可以保证良好的功率分配精度,维持电压在较高水平,并兼顾系统的动态响应。     

双馈风电场群协调二级电压控制策略

针对双馈风电场群接入电网的电压稳定性的问题,结合双馈风电场无功备用容量和协调二级电压控制原理的介绍,提出适用于双馈风电场群接入地区的协调二级电压控制策略,依据河北南网某实际风电系统为例仿真表明,该方法能够使双馈风电场群无功裕度更大、无功出力更均衡。     

改善基于双馈感应发电机的并网风电场暂态电压稳定性研究

提出了改善基于双馈感应发电机的并网风电场暂态电压稳定性的措施以实现风电场的低电压穿越(low voltage ride through, LVRT)功能。目前，大部分基于双馈感应发电机的变速风电机组不具有故障情况下的暂态电压支持能力，当电网侧发生严重短路故障时，风电场的暂态电压稳定能力会影响到电网安全稳定。该文在DIgSILENT/PowerFactory中建立了具有暂态电压支持能力的变速风电机组转子侧变频器控制模型及用于故障后稳定控制的桨距角控制模型，通过包含风电场的电力系统仿真计算验证了模型的有效性及其对风电机组和电网暂态电压稳定性的贡献。仿真结果表明，当电网侧发生三相短路故障时，风电机组转子侧变频器暂态电压控制能够控制风电机组发出无功功率支持电网电压；桨距角控制能有效降低变速风电机组机械转矩，避免出现风电机组超速及电压失稳。得出结论：采用变频器暂态电压控制及桨距角控制能够改善基于双馈感应发电机的并网风电场的暂态电压稳定性，确保风电机组低电压穿越(LVRT)功能的实现及电网安全稳定。     

基于虚拟阻抗的微网功率分配策略研究

孤岛模式运行的微电网,其稳定性和可靠性要求各发电单元均衡分担负荷,电能质量要求系统电压和频率波动在一定范围内。采用传统下垂控制的微电网,电压和频率波动受负荷影响,电源输出特性与输电阻抗等因素有关,无法满足以上要求。本文分析了功率均衡分配条件,利用虚拟阻抗实现功率解耦和无功功率合理分配。针对虚拟阻抗以及下垂控制造成的母线电压降低,引入计算母线电压重新设计无功下垂方程,降低负荷变化和虚拟阻抗对母线电压的影响,保证其波动在规定范围内,提高了微网电能质量。     

使用电压-相角下垂控制的微电网控制策略设计

根据微电网的特点,对微电网2种运行模式采取的不同控制策略进行设计。微电网孤岛运行时,分布式发电单元采用电压源逆变器控制,使用电压—相角下垂控制实现按预定比例分配负荷功率,该下垂控制较电压—频率下垂控制可以提供更好的频率支撑。微电网并网运行时,分布式发电单元采用PQ控制,按照功率设定值输出功率。通过设计对应电压—相角下垂控制的同步控制器实现了微电网运行模式的无缝转换。利用MATLAB/Simulink对微电网运行模式转换和微电网孤岛运行时使用的2种下垂控制进行对比仿真分析,验证了电压—相角下垂控制策略的可行性和有效性。     

低压微网控制策略研究

为了避免微网运行模式变化时控制策略的切换,实现微网的平滑过渡,对传统的P-f和Q-V下垂控制进行改进,实现了并网运行时基于下垂控制的间接恒功率控制方式。并在脱网过程中采用了控制参数自动调节机制,以减小微网大功率不匹配引起的电压波动。分析了基于频率和幅值参考值正反馈的同步并网控制原理,在维持分布式电源输出功率的前提下利用下垂控制完成微网的同步并网。低压微网仿真结果表明,提出的控制方法能够有效地加快脱网过程中的电压调节速度,实现孤岛运行微网的平滑并网,降低运行模式变化给微网带来的冲击。