NSC改善DFIG电能质量与故障穿越研究

为了改善电能质量问题对双馈式风电机组(doubly-fed induction generator,DFIG)正常运行的影响,提出一种九开关变换器(nine-switch converter,NSC)电能质量调节器解决方案。在对NSC的数学模型、控制方式、动态调制比策略进行理论分析的基础上,建立NSC与2MW DFIG风电机组并网模型。设计典型非线性电力电子负荷产生的谐波电流以及各类公共连接点电网电压短路故障工况,分别对投入NSC时DFIG风电系统的主要参数和运行特性进行深入分析。NSC可灵活向电网并联注入相应的谐波补偿电流,维持电网电流的正弦波特性,NSC也可灵活地向电网串联注入相应的畸变补偿电压,维持DFIG机端电压的稳定,实现DFIG风电系统柔性故障穿越(flexible fault ride-through,FFRT)运行。仿真与实验研究结果验证NSC对治理DFIG风电系统综合电能质量和提升FFRT能力的有效性。     

基于九开关变换器的直驱-双馈分散式风电系统控制策略

为提高分散式风电应用场景中直驱-双馈混合风电系统在非理想电网电压下的运行特性,提出了应用九开关变换器型统一电能质量调节器实现混合分散式风电系统柔性故障电压穿越的方案。围绕九开关变换器控制,在分析九开关变换器直流侧电压共用关系的基础上,研究了适用于九开关变换器的三次谐波注入调制方式,提高了直流电压利用率;利用电压补偿和电流补偿,针对九开关变换器直流侧电压需求不同期的特点,设计了依据电压故障程度动态分配调制比限幅的策略。通过在电网电压对称跌落、不对称跌落和谐波工况下对上述方案的仿真分析,验证了九开关变换器优化直驱-双馈混合分散式风电运行特性的可行性。     

双馈风电系统中VRB储能型网侧九开关变换器

双馈感应电机(DFIG)风力发电系统定子侧直接挂网运行,使故障穿越运行显得尤为重要。在研究多种故障电压补偿方案与九开关变换器脉宽调制策略的基础上,提出新颖的采用九开关变换器替代双馈风电系统网侧变换器实现并网控制与电压串补一体化方案。在对九开关变换器的数学模型、调制方法、工作状态、网侧九开关变换器的控制策略、直流侧电压分配以及全钒液流电池储能环节电路模型进行理论分析的基础上,建立网侧采用九开关变换器的DFIG风电系统仿真模型。设计多种并网点电网电压短路故障工况,分别对风电系统的电气参数和运行特性进行深入仿真研究。研究结果表明九开关变换器能维持DFIG机端电压稳定,使双馈风电机组在对称与不对称电网电压故障下实现柔性故障穿越运行。     

适用于双馈风电系统的九开关型统一电能质量调节器

为减小电压谐波、电压跌落与骤升、电压不平衡等电能质量问题对双馈感应发电机(DFIG)风电系统的影响,在对多种统一电能质量调节器(UPQC)拓扑结构研究对比和九开关变换器建模分析的基础上,提出一种应用于双馈风电系统的九开关型UPQC方案。在对UPQC电压、电流补偿单元运算电路建模的基础上,设计相应的控制策略。按照电网工况,设定谐波电流补偿、轻度电压补偿、重度电压补偿3种工作模式,优化UPQC运行方案。仿真与实验结果表明,九开关型UPQC可以有效治理电压、电流谐波,消除电压偏差与相位跳变,提高DFIG机端电能质量,使机组可以在多种故障电压工况下实现柔性故障穿越。     

基于两级全钒液流电池的风电储能系统的功率优化分配控制

为更好地利用储能系统平抑风电功率波动,采用了两级全钒液流电池(VRB)储能的功率优化分配及控制策略。基于直驱型永磁同步风电系统的工作原理及系统变流器的控制策略,建立了全钒液流电池等效电路模型,采用基于VRB组荷电状态(SOC)的双模式切换的双闭环控制策略,通过比较每级电池组荷电状态值确定优选目标,以VRB组最大充放电功率为电池组安全充放电的约束条件,提出两级VRB组的功率优化分配控制策略,利用Matlab/Simulink仿真平台,在变风速条件下对不同荷电状态的两级VRB储能系统平抑风电功率波动进行仿真,并与功率平均分配策略作对比。结果表明,两级VRB储能系统功率优化分配控制策略能有效平抑风电机组功率波动,同时,还确保了电池组工作于安全运行区域,有效地减少了VRB组的充放电次数,延长了电池组的寿命。     

基于UDE的虚拟同步发电机功频振荡抑制策略

针对分布式发电并网逆变器采用虚拟同步发电机(VSG)技术引起的功频振荡问题,提出基于不确定性和扰动估计器(UDE)的功频振荡抑制策略。对功角稳定机理以及功频振荡特性进行深入分析,建立基于不确定性和扰动估计器的有功环振荡抑制控制模型。该控制方法将外部扰动和不确定性用集总扰动来代替,采用一阶低通滤波器对该集中扰动进行估计,利用滤波带宽思想实现对功频振荡的抑制效果,具有较好的系统鲁棒性。最后,通过时域仿真实验验证了所提振荡抑制策略的有效性。