基于转子电流反馈与功率不平衡响应的高电压穿越控制策略

传统高电压穿越(high voltage ride through, HVRT)过程的实现主要是针对转子过电流或直流母线过电压的单一场景设计控制策略,容易产生控制盲区。为此,提出一种基于转子电流反馈与功率不平衡响应的高电压穿越控制策略。为抑制转子过电流,在检测定子电压和电流的基础上,通过分解定子磁链获得转子电流直流分量参考值,将转子回路实际电流作为反馈量抵消转子回路中的直流电流分量。另外,考虑到直流母线过电压容易导致高电压穿越失败,采用功率平衡关系式推导稳定直流电压所需的控制电流参考值。若控制电流超过变流器允许工作电流范围,则考虑将输出电流限值作为控制电流参考值以最大限度利用变流器控制能力,降低直流母线过电压。仿真结果表明：所提出的控制策略能在降低过电流以及直流母线过电压的同时确保良好的动态响应性能。     

全功率风电系统高电压穿越的仿真与实验研究

随着国内风电装机容量的不断增长,其对电网可能产生的影响也越来越大,因此电网对机组的电网适应性要求也在不断提高。高电压穿越(HVRT)作为电网适应性要求的一部分,国外已制定相应标准,国内虽暂时没有展开相关测试,但相关人员已经在研究高电压穿越相关技术了,其要求在国内也必将得到推广。因此,以风电全功率变流器高电压穿越为例,通过理论分析、仿真及实验,揭示高电压穿越时变流器的运行状态,并研究其相关的控制策略。     

基于暂态功率特性调整无功电流的高电压穿越控制策略

传统的光伏并网逆变器高电压穿越控制策略以削减有功功率为代价提高无功输出,难以平衡网侧电流和直流母线电压、抑制故障切除后电流和电压突变带来的暂态冲击。在分析高电压暂态功率特性的基础上,提出一种维持有功功率输出不变、调整无功电流参考值的高电压穿越控制策略。首先,以小信号模型分析高电压暂态功率特性,得出高电压期间有功功率不变、网侧无功冗余是抑制电压恢复的关键;然后,依据电网电压骤升幅度给出一种估算无功电流参考值的方法;在此基础上,结合有功电流控制,讨论3种不同电网电压骤升幅度下并网逆变器的控制能力,分别给出相应的高电压控制策略;最后,仿真和实验验证了所提控制策略的有效性。     

直驱永磁风电机组高电压穿越协调控制策略

提出直驱永磁风电机组高电压故障穿越控制策略。分析直驱永磁风电机组暂态运行特性,研究变流器运行不同区域的电压向量关系,分析直流电容电压跃升机理。设计直驱永磁风电机组上层控制策略,实现机网侧变流器执行层的dq功率参考值由不同机端电压跃升度决定。PSCAD/EMTDC中的仿真结果表明:机端电压跃升幅度较小时,该控制策略不仅可确保直驱永磁风电机组直流电容电压稳定在安全值以内,且在不影响风电机组向电网注入有功功率的同时,还可向故障点注入一定感性无功功率,支撑母线故障电压恢复;机端电压跃升幅度较大时,该控制策略通过网侧变流器向电网注入容性无功功率防止直流电容电压越限,在满足变流器容量约束条件的前提下,向电网注入有功功率。     

采用串联网侧变换器的双馈风电系统高电压穿越控制策略

针对采用串联网侧变换器的双馈风电系统电机定子端电压灵活可控的特点,提出了适用于该系统的对称高电压穿越控制策略。该策略通过控制串联网侧变换器,实现电网电压对称骤升时发电机定子电压保持不变,从而抑制定子磁链的暂态直流分量,使得电机转子过电压及过电流得到有效抑制,且可有效减小发电机电磁转矩及功率的波动。在变流器电流容量的约束下,故障期间通过控制转子侧变换器与并联网侧变换器吸收无功功率,可实现该系统对电网的故障暂态无功支持。仿真结果表明,所提控制策略既能保证在电网发生对称骤升故障期间双馈风电系统不脱网运行,又可使该系统为电网电压的恢复提供无功支持。     

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.     

直驱风机HVRT两种直流侧卸荷方法对比仿真研究

近些年来,国内外学者对风电机组低电压穿越进行了研究,但对于并网风电机组高电压穿越研究较少。为提高直驱风电机组高电压穿越能力,以2.5MW直驱风电机组为研究对象。本文首先对比分析了国外的风电机组高电压穿越标准,然后提出对网侧变流器采用稳态时单位功率因数控制、暂态时提供无功的控制策略。最后,在Matlab/Simulink中分别建立了斩波电路和超级电容储能系统两种直流侧卸荷电路模型,在相同工况下,仿真分析了两种卸荷电路对机组暂态特性的影响。研究结果表明：两种卸荷方式均能实现直驱风电机组高电压穿越,相比斩波电路,超级电容储能系统不仅能够提升风电机组的高电压穿越能力,而且能够改善机组故障穿越结束后机组稳定运行特性。     

电网电压骤升情况下双馈变流器控制策略研究

风电场电网电压跌落恢复过程中若无功过剩、负载突然切除以及风电场35 kV非有效接地系统因单相接地故障引发谐振过电压,电网电压面临升高风险。由于双馈型风力发电机定子与电网相连,电网电压骤升时其暂态过程会造成定转子电压电流冲击和电机转矩振荡。为实现机组高电压穿越,针对电网电压骤升期间变流器不脱网的保护,拓扑上增加了直流Chopper电路,制定了一套穿越期间的脉冲管理逻辑。从变流器模型最大输出电压出发,提出了网侧无功优先的控制策略。转子侧变流器引进转子附加阻尼控制,加快直流磁链衰减,避免直流Chopper频繁动作,减轻机组转矩振荡过程。通过Simulink建立主回路模型,在控制程序嵌入Simulink作为控制器的方式进行混合仿真,更加逼近现场环境。结果验证了所提策略与保护方案的有效性和可行性,同时也验证了程序代码的正确性。     

风力发电机组故障穿越问题综述

介绍了当今世界主流风电市场的风电并网规程,进一步研究后重点综述了风电机组故障穿越诸多问题,如低电压穿越、高电压穿越、频率穿越。还分析了三种主流风电机组故障穿越能力和电力系统之间的相互影响,汇总了三种主流风电机组低电压穿越能力的工程实现方案。最后结合多年的实际工程经验,以各国电网风电接入规程和各种风电机组故障穿越特性为线索,探讨了需要重点注意的故障穿越技术问题,并总结出了决定风电机组低电压穿越特性的12项技术要素。     

电网电压骤升时DFIG定转子电流分析及无功电流配置改进

在双馈感应发电机（DFIG）高电压穿越（HVRT）问题中,电压骤升引起的暂态过电流不足以触发撬棒保护动作,致使HVRT下的定转子短路电流特性比低电压穿越（LVRT）更复杂。推导了计及电磁暂态过渡过程和转子侧换流器（RSC）调控共同作用影响下的定转子电流表达式。在此基础上考虑并网规范要求的DFIG无功电流支撑,控制RSC和网侧换流器（GSC）输出与骤升幅度相对应的分量,使DFIG工作于无功支持状态。仿真结果表明,定转子电流表达式准确描述了HVRT期间的故障电流,所得结果更具一般性,且对故障电气量的计算具有重要意义;改进无功电流配置实现了DFIG的HVRT。研究结果对掌握DFIG的动态过程具有一定的参考价值。