基于网侧变换器DFIG直流链电压稳定控制研究

在双馈风力发电系统中,直流链电压的稳定对双馈感应风力发电机(DFIG)的稳定运行至关重要,特别是在电网电压不平衡情况下,尤为突出。而直流链电压的稳定主要取决于并联网侧变换器的控制策略。利用等效负载的概念,对带串联网侧变换器DFIG的新拓扑结构在不平衡电网电压条件下的能量流动、直流链电压波动情况进行了分析,建立了其能量流动等效数学模型。在此基础上推导出此新拓扑结构中并联网侧变换器控制指令算法,协调串联网侧变换器的控制,有效抑制了不平衡电网电压下2倍频分量和直流暂态分量对直流链电压的影响。最后,通过实验验证了所提出的控制算法和控制方案的正确性和有效性。     

带储能的双馈风力发电系统控制策略

提出了一种将储能装置接入传统双馈风力发电系统背靠背变换器直流侧的新型双馈风力发电系统,通过对已有的背靠背变换器实施功率控制策略,可以有效地抑制风速随机化引起的风力发电系统并网点输出功率的波动。在分析系统构成及功能的基础上,提出了背靠背变换器相应的功率控制策略,并根据所建立的新型双馈风力发电系统的控制模型,在EMTDC/PSCAD仿真环境以及3kW双馈风力发电系统实验平台下进行了详细的研究和分析。研究结果表明,在风速波动的情况下该系统能够按照优化控制策略得到平滑的功率输出,实现风速的去随机化过程。     

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。     

基于超级电容器储能的双馈风力发电机低电压穿越研究

针对双馈风机低电压穿越过程中直流侧过电压以及系统动态无功支撑问题,提出了一种基于超级电容器储能的双馈风力发电系统低电压穿越方案。建立了新的双向DC-DC变换器和网侧变换器控制策略,并通过构建模型进行系统仿真。仿真结果表明,该方案在故障过程中能有效地抑制直流侧过电压,并能由网侧变换器向电网提供无功功率,支持电网恢复,提高了系统的低电压穿越能力。     

双馈风力发电系统双PWM变换器控制策略

双馈风力发电系统采用两电平双脉宽调制(PWM)变换器,其中网侧PWM变换器主要用于控制PWM变换器输入电流特性与直流母线电压,根据双馈感应电机(DFIG)的数学模型分析了两种转子侧PWM变换器的控制策略,最后对双PWM变换器的控制策略进行了实验验证。     

双馈风力发电系统机侧直接功率控制

为提高双馈风力发电系统动态响应能力,将直接功率控制(DPC)技术应用到双馈风力发电系统机侧变换器及双馈风力发电机(DFIG)控制中。根据DFIG的动态数学模型,推导和分析了DFIG转子侧交换器电压矢量对定子输出有功和无功功率变化的影响,提出了一种开关频率恒定的空间矢量脉宽调制(SVPWM)-DPC策略。该控制策略将SVPWM技术与DPC相结合,实现DFIG有功和无功功率的解耦控制与功率因数任意可调,具有良好的动、静态特性。最后,对所提方案进行仿真分析和实验验证,仿真和实验结果验证了所提方案的可行性和正确性。     

九开关变换器脉宽调制策略

相对于传统的背靠背式十二开关变换器结构,九开关变换器结构在开关数目上减少了25%,在变换器的成本、体积方面体现出了自身的优势。文中详细介绍了新型九开关变换器的脉宽调制策略,并总结了九开关变换器的无死区调制方法。在此基础上,提出一种新型交叉调制方法,解决了原有脉宽调制方式在调制深度方面的不足,并以六开关单相变换器结构为例进行了仿真分析。     

矢量控制在双馈风电网侧变换器中的应用

提出一种双馈风电系统中网侧变换器的设计与控制方案。首先,根据网侧变换器原理设计控制策略,控制策略采用d,q轴控制;其次,介绍了空间矢量脉宽调制(SVPWM)的一般实现方案,并根据TMS320F2812提出了一些改进;详细介绍了系统的软件设计;最后给出实验结果证明了该方案的可行性和有效性。     

双馈风力发电中网侧脉宽调制变换器的控制策略

推导双馈风力发电系统中网侧脉宽调制(PWM)变换器的简化模型,在此基础上分析其运行特性,设计网侧PWM变换器的控制方案,在MATLAB/Simulink仿真软件平台下搭建双馈风力发电系统网侧变换器的仿真模型,并对交流侧电感的选取作出分析,建立了基于英飞凌XC2785X单片机的试验平台,仿真与试验结果验证了方案的可行性和正确性.     

直驱永磁同步风力发电机的最佳风能跟踪控制

与双馈交流励磁风力发电系统相比,直驱永磁同步风力发电系统具有结构简单、发电效率及运行可靠性高等优点。文章采用双脉宽调制(pulse-width modulation,PWM)变换器作为直驱永磁同步发电机的并网电路,根据风力机和发电机的运行特性提出了一种基于最佳功率给定的发电机最大风能跟踪控制策略。建立了基于双PWM变换器的直驱永磁同步风力发电实验系统,实验结果验证了所提出控制策略的正确性。该发电系统可实现最大风能跟踪控制、并网有功和无功功率独立控制以及变速恒频发电运行。     

不平衡电网电压下基于滑模变结构控制的双馈风电系统网侧变流器控制策略

在两相静止坐标系(αβ)下,提出了一种基于滑模变结构的双馈风电系统网侧变流器控制策略,该控制策略采用双环结构,内环为功率环,采用基于滑模变结构的直接功率控制方法,控制结构简单,动态性能良好;外环采用滑模变结构控制来稳定直流电压,动态响应快、鲁棒性强;通过分析不平衡电网电压下网侧变流器的数学模型,证明了本控制策略无需改变系统控制结构,仅需改变功率给定量即可实现网侧变换器不平衡电网电压下的各种控制目标。仿真和实验均表明基于滑模变结构的双环控制策略可在电网电压不平衡条件下实现双馈风电系统网侧变流器的有效控制,并可兼顾系统的稳态和动态性能指标。     

双馈风力发电转子侧控制技术的研究

针对转子侧功率变化频繁和直流母线电压波动剧烈的问题,设计了交流励磁变速恒频双馈风力发电系统的框架结构,进而对背靠背PWM变流器的控制策略进行了研究.建立了转子侧变流器控制模型,设计了基于定子电压定向(SVO)矢量控制的变速恒频双馈风力发电系统方案,构建系统模型并进行了仿真,仿真结果表明控制策略和技术的可行性,系统实现了有功功率、无功功率的解耦控制和最大风能跟踪控制.     

大功率LLC变换器IGBT等效结电容特性分析

轨道交通车辆中高频辅助变流器通常采用大功率LLC变换器作为其高频隔离环节。利用其良好的软开关性能,可以有效提升开关频率并减小开关损耗,从而实现辅助变流器的减重增效。在实际应用过程中,受IGBT等效结电容大小的影响,LLC变换器的软开关区间会发生变化,为了确保其在全负载范围内实现软开关,需要在设计阶段准确获取其等效结电容信息。但大多数IGBT器件手册并未明确提供等效结电容参数,采用仪器测量也仅能获得低压小电流激励下的数据,无法反映真实工况时IGBT的结电容特性。此处详细分析了LLC变换器谐振参数与等效结电容放电阶段的耦合关系,提出了一种IGBT等效结电容参数提取方法。最后,搭建了100 kW高频辅助变流器样机,对实测数据进行曲线拟合分析,并获得了额定工况下IGBT结电容的特性曲线,验证了该方法的可行性。     

电网故障下交流励磁双馈风力发电机变流器建模与控制

双脉宽调制(PWM)电压型变换器作为交流励磁双馈风力发电机的励磁电源,在风力发电系统得到广泛应用.电网故障时,要求网侧变换器直流链电压波动较小和转子侧变换器能有效控制转子电流,来实现发电机的不间断运行.以双PWM变换器的数学模型为依据,在电网故障时,将网侧变换器以转子侧变换器瞬时输入电流波动为附加前馈量的双环电压控制策略,转子侧变换器考虑定子磁链暂态的定子磁链定向控制策略.仿真结果表明了所提出的联合控制方案在电网故障发生和切除时能稳定控制直流链电压和转子电流,提高了DFIG风力发电系统电网故障下的不间断运行能力.     

基于SVPWM三电平变换器的变速恒频风力发电系统

分析了基于空间电压矢量脉宽调制(SVPWM)的三电平变换器,提出将其引入变速恒频双馈风力发电系统。整体分析了基于三电平的变速恒频双馈风力发电系统模型,并分别详细分析了基于三电平SVPWM网侧变换器的数学模型和控制结构,机侧空载并网的数学建模和控制结构。仿真结果表明,该三电平变换器有效降低了开关损耗;减小了纹波电流;输出电平增多,减小了电压变化;波形质量得到了很好的改善。仿真结果还表明,该三电平变换器能有效地实现风力发电系统的变速恒频控制,适用于变速恒频双馈风力发电系统。     

永磁直驱风电系统变流器拓扑分析

永磁直驱风电系统变流器为永磁同步发电机和电网的接口,对其常用的拓扑进行了详细的分析和说明,包括不控整流 逆变器、不控整流 DC/DC变换 逆变器、背靠背双PWM变换器等拓扑,对其工作原理、应用和优缺点进行了介绍和对比,并针对风电机组对大功率变流器的需求,对大功率拓扑结构的特性和应用进行了详细的介绍。不控整流 Boost变换 并网逆变器和背靠背双PWM变换器2种拓扑是目前的优选方案,多电平变换器因其优良的性能将具有良好的发展前景。     

基于深度置信网络的双馈风机变换器开路故障诊断

双馈风机的定子与电网直接连接,转子通过转子侧变换器和网侧变换器与电网进行功率交换。变换器的电力电子开关容易发生开路故障,影响双馈风机的安全稳定运行。文中针对双馈风机常见的变换器开路故障,提出一种基于深度置信网络的故障诊断方法。首先分析了双馈风机在转子侧变换器和网侧变换器的单个和双个开关管故障下的输出响应。基于双馈风机的变换器开路故障数据,构造多层受限玻尔兹曼机结构,充分利用深度置信网络优异的模式识别能力,深度提取不同故障条件和运行工况下转子电流和网侧电流的信号特征,提高算法准确度。仿真结果表明,该故障诊断方法能够准确识别单开关和双开关的多类型复杂故障。     

集成SMES和CS-SGSC的双馈型风力发电系统

双馈型风力发电机面临能量输出不稳定和低电压穿越能力弱2个主要问题。为了同时解决这2个问题,提出了一种集成超导储能系统和电流型串联网侧变流器的双馈型风力发电系统。该系统利用超导磁体作为能量储存和缓冲环节,提高了能量输出的稳定性;利用电流型串联网侧变流器实现了对定子电压的保护,提升了双馈型风力发电机的低电压穿越能力。仿真结果证明了该拓扑结构及其控制策略的有效性。     

双馈风力发电系统双PWM变换器比例谐振控制

在双馈风力发电系统功率变换器及发电机数学模型的基础上,结合比例谐振(proportional resonant,PR)控制器的特性,提出了双脉宽调制(pulse-width modulation,PWM)变换器PR控制策略。该方法充分利用了PR控制器能够在静止坐标系下对交流输入信号无静差控制的优势,将矢量控制策略下的有功电流和无功电流分量转换到静止坐标系下进行调节,实现网侧变换器维持直流电压稳定和调节功率因数的控制任务和双馈电机有功、无功功率的解耦控制,与传统的双闭环PI控制相比,该策略无需繁琐的坐标旋转变换,不存在受温度及电路参数影响的耦合项和前馈补偿项,且易于实现对系统低次谐波电流的补偿,减小了控制算法实现难度,提高了控制系统的鲁棒性和电网电能质量。     

基于RTDS小步长算法的并网双馈风力发电系统故障仿真研究

为研究并网双馈风力发电系统故障实时运行特性,根据双馈风力发电机并网动态数学模型,在实时数字仿真平台(real time data simulator,RTDS)上搭建基于小步长元件的2 MW双馈式风力发电系统的仿真模型,其"背靠背"变流器采用经典的矢量控制策略。在风力发电系统并网母线故障情况下,分别对风机机械功率与发电机电磁功率的运行特性和背靠背变流器两侧功率及电压等变化情况进行仿真研究。仿真结果表明,故障时基于小步长算法的双馈风力发电系统具有良好的动态性能,同时验证所采用控制策略的有效性。