基于变流器改进控制的双馈风电机组SSO抑制方法

针对双馈风电机组经串联补偿电网运行时发生的次同步振荡问题,建立了双馈风电机组统一导纳模型,并根据变流器控制特点,进一步研究了抑制次同步振荡的策略。基于d-q坐标系下双馈风电机组统一导纳模型,利用广义奈奎斯特判据分析了双馈风电串补输电系统次同步振荡的主要影响因素,研究了在转子侧变流器上采用定子电流扰动反馈,在网侧变流器上利用网侧变流器电流扰动反馈的附加阻尼控制策略。比较分析了在转子侧变流器和网侧变流器上同时附加阻尼控制对次同步振荡的抑制效果,结果表明同时附加阻尼控制在串补度较高的情况下也能抑制次同步振荡。最后,通过仿真验证了所建模型及理论分析的正确性。     

基于复合前馈补偿的微网逆变器下垂控制研究

随着微网负荷环境变得日益复杂,基于传统下垂控制的微网逆变器存在输出功率不稳定、输出电流质量差和难以接入微网等问题。此处以某光伏组件厂区微网逆变器为研究对象,提出基于瞬时频率检测(IFD)和电压幅值比例积分(PI)补偿的网侧电压复合前馈策略,有效抑制由微网负荷变化产生的基波频率、幅值波动和网侧电压谐波对逆变器输出性能的影响。仿真和实验表明在微网存在间歇性非线性负荷的复杂工况下,基于所提复合前馈型下垂控制的并网逆变器输出功率稳定,与传统下垂控制方法相比输出电流波形质量改善明显。     

基于附加阻尼的微网改进下垂控制方法

采用传统有功频率、无功电压幅值下垂控制时,若下垂系数选取不合理,逆变器输出功率会出现持续振荡,当微网离网运行时,逆变器输出功率的振荡会导致微网系统频率出现波动,严重时会使整个系统出现功角稳定性问题。文中基于储能逆变器动态频率特性的概念,根据其产生正阻尼作用的相位条件和幅值条件,提出了基于附加阻尼的改进下垂控制方法。该方法可以在不影响系统稳态频率和逆变器输出功率的前提下,有效地增加系统的阻尼,从而抑制逆变器输出功率振荡,提高系统的稳定性。最后通过PSCAD仿真,验证了所提控制策略的有效性。     

基于下垂控制结构微网小扰动稳定性分析

介绍了下垂控制原理和机组输出功率计算方法,针对取较大下垂系数难于保证微网功率分配外环稳定性问题,在有功下垂控制环节中增设前馈环节来改善微网小扰动稳定性。建立了微网小信号模型,系统分析了下垂系数、线路阻抗、滤波系数及前馈环节等对微网小扰动稳定性影响,验证了前馈环节能明显改善微网小扰动稳定性,从而功率分配外环可取较大下垂系数,有利于降低配电网频率和电压波动对机组输出功率的影响以及提高无功负荷分配精度。最后建立微网仿真实验,通过合理选取前馈系数来配置微网小信号模型主导共轭特征根。     

永磁直驱风电机组的构网型控制与黑启动

当前,孤岛微电网的常规构网型控制适用于具有稳定功率输入的分布式电源,且孤岛微电网的常规黑启动方案多依赖大容量储能,经济性较差。面向对等运行模式下的孤岛微电网,提出了以永磁直驱风电机组为主电源的新型构网控制策略。在网侧变换器上建立其直流电压与孤岛微电网母线频率的实时联动机制,开发机侧变换器输出功率关于直流电压的下垂控制结构,使多台风电机组之间按照下垂系数之比自动分配负荷容量。根据所接负荷容量自动调节孤岛微电网的母线频率,实现了风电机组参与微电网的一次调频功能。通过变桨控制,实现了风速波动条件下孤岛微电网的稳定运行。提出了一种以直驱风电机组为主电源的孤岛微电网的黑启动控制策略,相较现有黑启动方案,无需附加大容量储能装置,从而降低了系统成本。最后,在PSCAD/EMTDC平台上,验证了理论分析的正确性与所提控制方法的可行性。     

微电网变流器无主从并联控制的研究

研究了变流器在微电网中无主从并联运行的输出特性、并/离网之间的切换过程中功率的跟随以及离网状态下的稳定运行等问题,设计出以DSP28335为硬件核心,改进式的下垂控制为控制策略的变流器控制器。通过试验验证,2台并联DG变流器在并/离网切换时根据下垂特性曲线调节输出电压的幅值和频率,且严格按照各自的下垂特性曲线合理分担负载功率。带下垂控制的电压源型变流器和传统电流源型并网变流器在并/离网条件下可稳定并联运行,且基于P-f、Q-U下垂特性设计的电压源型变流器可以实现稳态条件下的输出功率限幅功能。     

永磁直驱风电机组低电压穿越时的有功和无功协调控制

为提高基于全功率变流器并网的永磁直驱风电机组低电压穿越能力,在深入研究该风电机组运行特性和控制策略的基础上,分析了电网电压跌落过程中引起全功率变流器直流侧电压波动的原因,提出了一种采用机侧变流器控制直流电压稳定,网侧变流器实现最大功率跟踪和有功无功协调的新型控制策略。在低电压穿越过程中,该控制策略根据变流器直流侧电压的变化,通过机侧变流器调节风力发电机的电磁功率,使电网故障期间风电机组的功率波动由发电机转子承担,消除全功率变流器两端的功率不平衡,稳定直流侧电压。并根据电网电压幅值,通过网侧变流器实现对风电机组输出有功和无功的协调控制,抑制电网电压扰动。仿真结果表明本文所提控制策略在电网电压扰动时能有效抑制直流侧电压波动,使永磁直驱风电机组的低电压穿越能力得到显著提高,并能有效实现对电网电压的支持。     

微电网变流器无主从并联控制的应用

深入研究了变流器在微电网中无主从并联运行的输出特性、并/离网之间的切换过程中功率的跟随及离网状态下的稳定运行等问题,设计了以DSP28335为硬件核心,以改进式下垂控制为控制策略的变流器控制器。通过试验验证两台并联DG变流器在并/离网切换时可根据下垂特性曲线调节输出电压的幅值和频率,并严格按照各自的下垂特性曲线合理分担负载功率;带下垂控制的电压源型变流器(VSC)可与传统电流源型并网变流器在并/离网条件下稳定并联运行,这为带下垂控制的VSC的应用推广提供了试验支持,且基于P-F,Q-U下垂特性设计的VSC可实现稳态条件下的输出功率限幅功能。     

基于储能变流器的微电网稳定控制策略

微电网是一种将分布式电源、储能装置、变流器、负荷以及监控保护装置有机整合在一起的小型发、配、用电系统。微电网运行方式复杂,为维持微电网电压和频率的稳定,提出一种基于储能变流器的下垂控制与恒频恒压（V f）控制相结合的微电网稳定控制策略。微电网并网运行时,储能变流器采用下垂控制;微电网离网运行时,若电压和频率在设定的范围内,储能变流器仍然采用下垂控制,若超出设定范围,储能变流器采用V f控制。仿真结果表明,提出的控制策略在微电网并网运行、离网运行、以及并/离网切换过程中均能维持微电网电压和频率的稳定。     

基于混合储能动态调节的独立混合微电网分布式协调控制

为了减少功率损耗和确保独立交直流混合微电网稳定运行,设计一种新的基于混合储能动态调节的分布式协调控制策略。通过检测直流电压和交流电压频率,该策略对连接交直流微电网的双向AC/DC变流器输出功率进行动态调节。混合储能中采用下垂控制自动调节蓄电池的输出功率,同时超级电容器迅速提供负荷功率的高频分量,以减小负载突变对蓄电池和母线电压造成的冲击。此外,在逆变器的下垂控制器中引入电压前馈补偿量来减小交流负荷的电压波动。最后,利用Matlab/Simulink搭建了混合微电网仿真模型。仿真结果表明,在不同工况下,该分布式控制策略均能控制混合微电网稳定运行及电压稳定。     

应用附加阻尼抑制风电接入后电网的低频振荡策略研究*

随着风力发电在某些地区渗透率的升高,双馈风机输出功率与系统频率解耦导致的低频振荡问题亟需解决。运用特征根分析法,考虑水轮机的水锤效应及输出机械功率的变化,提出以系统频率偏差为输入,在双馈风机上设计附加阻尼控制器,为系统注入正阻尼。为了使风机在整个振荡周期内都能抑制振荡,对风机设置变系数减载,在不同风速下设置不同的桨距角减载。采用下垂控制使风机输出阻尼功率。搭建含双馈风机的简单系统仿真模型,通过设置较大的负荷波动和三相短路故障,验证该控制器抑制系统低频振荡的有效性。     

孤网运行频率稳定控制策略分析研究

针对孤网运行时功率不平衡导致电网频率波动大的问题,提出在电网侧和机组侧2个方面进行频率稳定控制。为此,分析和研究了在电网侧采用低频减载、联切装置、高频切机装置进行控制的控制方法和策略;在机组侧强调调频控制要考虑机组的容量和调节范围、机组的控制方式及一次调频参数。目的在于提高孤网运行时的安全性和供电可靠性。     

晶闸管电子负荷在孤网频率振荡抑制中的应用

在电力系统运行过程中,出现大型负荷突然丢失而发电机调节能力不足时,系统频率升高,频率和功率发生振荡,甚至会导致系统崩溃。在只有数台发电机的孤岛供电系统中,发电机调节能力有限,常规负荷需要担任生产任务,并不能参与调频,故孤网系统缺乏有效的调频手段。文中提出一种基于晶闸管控制的电子负荷装置,对其工作原理、孤网频率振荡抑制机理和控制策略进行分析,基于实时数字仿真系统(RTDS)研究不同参数下电子负荷装置在频率振荡抑制方面的效果。研究表明,采用电子负荷装置可以通过负荷动态控制参与一次调频,为孤网频率振荡抑制提供了新的思路。     

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。     

不对称电网故障下双馈风力发电机的比例-积分-谐振滑模控制器设计

针对不对称电网故障下,双馈风力发电机的控制策略进行了研究。讨论了电网故障时转子侧变流器(RSC)和网侧变流器(GSC)的控制目标,合理安排了电网严重故障时的控制优先级。基于比例-积分-谐振滑模控制原理设计了机侧和网侧变流器协同控制方案。通过MATLAB/Simulink仿真软件搭建了所设计控制方案的仿真模型。仿真结果表明,在电网正常运行的情况下,与传统的矢量控制策略相比,比例-积分-谐振滑模控制策略对输出功率、电流变化的响应更迅速,具有更好的动态性能和抗扰动能力;在电网不对称故障下,能够有效地抑制电磁转矩振荡和直流母线电压波动,提高了双馈式风力发电机的低电压穿越能力。     

基于非线性多智能体系统的微网分布式功率控制方法

传统下垂控制方法存在难以使微网负荷功率按照分布式电源容量合理分配的问题,为此在分析功率分配机理基础上,针对含多个分布式电源的微网,提出一种基于非线性多智能体系统的分布式功率控制方法。该方法在不影响有功功率分配精度前提下,通过引入有功扰动项使负荷无功功率可按照分布式电源容量实现精确分配。同时,为保证系统输出频率和电压均稳定在额定值或偏移很小,基于一致性和输入/输出线性化理论,在分布式电源多智能体网络拓扑结构下设计分布式非线性协同下垂控制器,弥补有功扰动引起的系统频率和电压的波动。仿真实验结果验证了所提控制方法的正确性和可行性。     

微网稳定运行与模式平滑切换综合控制策略

提出一种基于下垂控制的微电网稳定运行与模式平滑切换综合控制策略。经理论分析和仿真得到结论:(1)所设计LCL-VSC型微源闭环解耦控制系统,由于包含全部LCL滤波参数,高频谐波抑制能力较强;(2)所提基于自适应功率补偿的无功-电压和有功-频率稳定控制策略,能够有效抑制微网孤岛模式下负载对系统电压、频率的扰动;(3)所提微网运行模式平滑切换控制策略,可实现模式切换时电压、频率和功率的平滑过渡。所提并网相位同步控制方法,由于融入了大电网电压锁相控制功能,取消了电网电压锁相环,并且,采取的相位调节方法消除了传统频率调节法对频率下垂控制的影响;所提离网功率同步控制方法,实现了离网瞬间微网输出功率与负载功率的同步,在稳定微网电压和频率的同时,确保电力开关的零负荷分断。     

双馈风电场串补送出系统次同步振荡及参数调整分析

针对双馈风电场经串补送出系统存在次同步振荡(sub-synchronous oscillation，SSO)问题，基于三相静止坐标系建立了考虑PLL的双馈风机正负序阻抗模型，并从带宽角度分析了转子侧变流器外环控制对阻抗特性的影响，对理论推导阻抗特性和频率扫描结果进行了对比验证；然后，分析双馈风电机组网侧变流器对风机总阻抗的影响；最后，基于奈奎斯特稳定判据定量分析了风机出力、电流环控制器控制参数、系统串补度以及风机台数等因素对送出系统稳定性及振荡频率、振荡风险大小的影响，并提出了抑制次同步振荡的参数调整措施，可以通过调整风机出力、减少并网风机台数、减小线路串补度、调节RSC电流环参数等措施来抑制SSO风险。     

电锅炉辅助火电机组孤网运行的控制策略研究

针对因新能源装机占比逐渐上升，电力系统调节能力明显不足，极端天气、系统扰动等复杂故障引起火电机组孤网运行，电网失稳的难题，引入电锅炉辅助火电机组孤网运行的负荷平衡系统，设计机组孤网运行决策、机组负荷切换控制策略，优化汽机和锅炉控制策略，实现电锅炉辅助火电机组孤网运行的控制功能，保障机组在电网故障时，能够稳定转入孤网运行状态，具备良好的抗负荷冲击能力，在各种事故工况下，均能够安全准确调整和动作，保证了电网安全稳定运行。     

直驱风电机组与弱电网交互作用稳定分析

网侧变流器作为新能源发电单元与电网的接口,对电网系统的安全稳定运行有着重要影响。以直驱型风电机组网侧变流器为研究对象,采用小扰动数学建模方法,建立了包含锁相环和电压前馈环节的网侧变流器及其控制的数学模型,推导了其dq轴系下动态阻抗解析表达式,发现其阻抗在次同步频带呈负电阻（负实部）特性,与弱交流电网连接存在次同步频带不稳定现象。基于上述现象分析了影响稳定的关键控制参数及其特性,结果表明,增强网架强度、优化锁相环控制参数、增大电压前馈滤波频率可在一定程度上降低系统次同步振荡的风险,最后采用电磁暂态仿真验证了上述分析。