永磁同步风电机组的主动支撑控制及其在弱电网下的适应性分析

为了提升风电机组在弱电网下电压与频率支撑能力,介绍了一种适用于永磁同步发电机（PMSG）的主动支撑控制策略。该控制策略将永磁同步发电机网侧变流器等效成1个电压源型的虚拟同步发电机（VSG）,不仅使PMSG直接与电网同步,而且在电力系统功率发生波动时可通过利用风机的转子动能为系统提供惯量支撑。详细分析了弱电网下主动支撑控制的小信号模型,并基于PSCAD/EMTDC仿真验证了所提控制策略的有效性和在弱电网下的适应性。     

直流配电网中旋转电机的可控惯性控制策略

分析直流配电网电压动态变化过程中电容器储能与旋转电机机械动能之间的能量转换关系,阐述基于虚拟电容的直流电压惯性的定义,提出适用于直流配电网中旋转电机改善电压惯性的控制策略。该控制策略通过引入电压波动信号,分别修正同步电机侧变流器的电流控制以及变速风电机组的功率曲线系数,将2种发电机组的转速与配电网直流电压相互耦合,使2种发电机组均可在系统电压变化过程中释放或吸收旋转动能,并通过模拟电容器充放电过程中的能量变化,为直流电压提供惯性支持。通过建立6端直流配电网仿真系统,验证所提控制策略在系统功率不平衡后,能利用同步发电机和风电机组提供的电压惯性支持,有效地抑制直流电压波动,从而提高系统暂态稳定性。     

风储直流微网虚拟惯性控制技术EI北大核心CSCD

针对传统直流微网惯性低而导致直流电压质量变差的问题,提出风储直流微网的虚拟惯性控制策略。该控制策略将直流母线电压与大电网瞬时功率调节、蓄电池下垂系数调节以及风电机组转速调节联系在一起,使得各变流器在系统受到扰动时在各自直流侧虚拟出较大的电容值,以提高整个系统的惯性。另外,针对风电机组虚拟惯性控制的不足,提出直流微网协调虚拟惯性控制策略,协调控制大电网、蓄电池以及风电机组,在系统受到扰动时让大电网以及蓄电池提供的惯量由暂态电压的低频分量决定,风电机组提供的惯量由暂态电压的高频部分决定。在Matlab/Simulink中搭建风储直流微网模型并进行时域仿真,算例结果验证了该控制策略不管在直流微网并网运行或者离网运行的情况下,均能够改善系统暂态响应,提高直流母线电压的电压质量。     

基于虚拟同步发电机的直流微网DC-DC变换器控制策略

针对直流微网惯性低,母线电压易受功率波动影响的问题,文中提出了一种直流微网类虚拟同步发电机控制策略并将其应用到双向DC-DC变换器中,提高了直流微网的惯性,抑制了直流母线的电压波动。首先,通过类比交流微网中的虚拟同步发电机控制,得到了适用于直流微网中的类虚拟同步发电机控制。其次,通过建立小信号模型,对所提控制策略进行了理论分析,并针对电压动态变化过程中初始阶段的大扰动,采用前馈补偿进行了修正。然后,分析了加入虚拟惯性后控制参数对稳定性的影响。最后,通过MATLAB/Simulink仿真分析验证了所提理论分析和控制策略的有效性。     

风储直流微网虚拟惯性控制技术

针对传统直流微网惯性低而导致直流电压质量变差的问题,提出风储直流微网的虚拟惯性控制策略。该控制策略将直流母线电压与大电网瞬时功率调节、蓄电池下垂系数调节以及风电机组转速调节联系在一起,使得各变流器在系统受到扰动时在各自直流侧虚拟出较大的电容值,以提高整个系统的惯性。另外,针对风电机组虚拟惯性控制的不足,提出直流微网协调虚拟惯性控制策略,协调控制大电网、蓄电池以及风电机组,在系统受到扰动时让大电网以及蓄电池提供的惯量由暂态电压的低频分量决定,风电机组提供的惯量由暂态电压的高频部分决定。在Matlab/Simulink中搭建风储直流微网模型并进行时域仿真,算例结果验证了该控制策略不管在直流微网并网运行或者离网运行的情况下,均能够改善系统暂态响应,提高直流母线电压的电压质量。     

双馈感应风力发电机故障穿越特性及其控制

风电场低电压穿越能力对接入系统的暂态稳定性有着重要影响。分析双馈感应风力发电机的励磁控制原理,在此基础上研究风电机组基于电流解耦的矢量控制策略以及故障期间转子侧变流器Crowbar(撬棒)滞环保护方案和网侧变流器的电压支撑技术。运用PSCAD/EMTDC仿真工具研究常规同步发电机和双馈风力发电机2种类型机组在短时间和长时间短路故障时的暂态响应特性,并探讨变流器参数对风电机组性能的影响。结果表明:变流器紧急应对措施可以使风机迅速恢复控制能力,从而通过灵活地调节其转子磁链矢量的幅值和相角使电压快速重建;此外,选择合适的直流侧电容容量将增强不对称故障情况下网侧变流器抵抗负序电流的能力。     

双馈异步型风机的虚拟同步控制策略

首先,针对DFIG型风机的转子侧变流器,提出基于转子励磁磁链定向的虚拟同步发电机(VSG)控制.同时,针对DFIG型风机的网侧变流器虚拟同步电动机(VSM)控制,从而使得DFIG型风机的并网接口特性可等效为一台传统同步发电机,在稳态时维持传统风机最大功率跟踪特性,在动态过程中还能向电网提供有效功率支撑,最终实现DFIG风机并网系统的VSG功能.然后,进一步将基于虚拟功率计算的风电机组同期控制应用于DFIG机组,实现DFIG型风机的孤岛/并网过程的无缝切换.最后,通过DFIG型风机并网系统仿真对提出的控制策略的有效性和可行性进行了验证.     

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。     

直流微网储能单元的灵活类虚拟同步发电机控制

直流微网中组网变流器采用虚拟电机控制可改善系统中因功率波动所引起的电能质量问题,但其无法兼顾直流母线电压动态调节的灵活性。针对此问题,以直流微网中蓄电池储能单元的DC-DC变流器为研究对象,基于类虚拟同步发电机控制技术,利用直流电压变化率与惯性参数耦合的机理,提出一种能够实现直流电压灵活动态调节的灵活类虚拟同步发电机控制。通过建立小信号模型,基于DC-DC变流器端口响应与根轨迹的分析,揭示了主要参数变化对系统惯性与稳定性的影响规律,并给出相应的整定方法。其次,通过结合蓄电池的双向特性以及系统稳定裕度指标,给出了惯性参数的稳定取值区域,实现合理范围内惯性控制的灵活调节。然后根据荷电状态(state of charge, SOC)对蓄电池提供惯性功率能力的影响,基于SOC对惯性控制中下垂系数的取值进行实时约束。研究结果表明,灵活类虚拟同步发电机控制能给系统提供灵活可调的惯性支撑,使直流电压具有更好的动态特性和稳定性。最后,通过Matlab/Simulink仿真验证了所提控制策略的有效性。     

基于预测方法的直流微网混合储能虚拟惯性控制

为增强直流微网扰动抑制能力,使直流侧电压在系统扰动时呈现惯性响应特性,提出了一种基于变流器预测控制的直流微网混合储能系统虚拟惯性控制策略。该方法采用微网储能系统变流器作为虚拟惯性控制单元,增加直流电压变化作为控制输入变量,增强了其暂态运行稳定性。此外,为提高直流微网本地控制速度,以配合储能系统的快速惯性调节,避免因控制延时造成的滞后控制现象,提出了基于模型预测方法的储能变流器本地控制方法,并采用由蓄电池和超级电容组成的混合储能系统,以弥补蓄电池充放电速率较慢的缺点。基于Matlab建立了风电直流微网系统仿真模型,仿真结果验证了所提策略的有效性。     

基于定子虚拟阻抗的双馈风电机组虚拟同步控制策略

随着可再生能源的渗透率越来越高,分布式电源面临多重挑战,虚拟同步发电机技术模拟同步发电机运行机制,成为有效解决方法之一。以双馈风电机组为研究对象,研究分析其虚拟同步控制策略,使双馈风电机组具有更大的惯性和频率支撑能力。内环采用改进型双馈风电机组定子电压、转子电流双闭环控制结构,并且建立定子电压控制模型及发电机输出阻抗模型。针对并网时功率存在的耦合问题,采用基于自适应的定子虚拟阻抗控制策略,实现了双馈风电机组并网功率的解耦。最后,通过实验验证了所提方法的有效性。     

风电机组的转子动能控制技术分析

随着风电机组对传统同步机组的替代,电力系统的风力发电渗透率不断提高,使得系统的总惯量降低、频率稳定性被削弱。风电机组的转子动能控制技术可以实现机组转子旋转动能和电能的灵活转化,以提高系统频率支撑能力。为此,介绍并分析了包括虚拟惯性控制、下垂控制和综合惯性控制在内的传统风电机组转子动能控制策略,并对转子动能控制技术的发展方向做出展望。     

考虑参数自适应的直流微电网DC/DC变换器虚拟惯性控制策略研究

相对于交流微网,直流微网电能变换环节少,接入分布式电源及直流负荷更为高效可靠,但传统的下垂控制无法解决直流微网系统小惯性及母线电压受功率波动影响大的问题。对此,类比同步发电机转子特性和一次调频特性,提出了一种直流微电网DC/DC变换器改进虚拟惯性控制策略,以提高直流微电网的惯性,解决直流母线电压波动问题。首先根据系统发生功率波动时的响应特性,分析获取扰动发生时所需系统控制参数的变化情况,据此提出了虚拟惯性系数及阻尼系数自适应的控制策略;同时,建立小信号模型对DC/DC变换器在所提直流微电网虚拟惯性、阻尼系数自适应控制策略下的响应特性进行了分析,并讨论了关键控制参数对系统响应特性及系统稳定性的影响。最后在PSCAD/EMTDC中建立了直流微电网模型进行仿真分析,对比结果验证了所提控制策略的正确性和有效性。     

基于VSG的并网型直驱永磁风力发电的频率调节

摘要：直驱永磁同步风力发电机通过背靠背变流器与电网连接,这会导致电力系统频率与发电机功率解耦,从而带来在系统频率变化时不具备惯性响应的问题。针对这一问题,文章将虚拟同步发电机(VSG)控制策略引入到逆变器的控制当中,利用虚拟惯量支撑系统频率的变化。同时,该方法结合了发电机与变流器,其中发电机侧变流器采用转子磁链定向的矢量控制来保持直流母线电压的恒定,而直流母线电压大小的变化会反映系统频率的变化,进而将电机出力情况和系统频率变化联系起来。最后,在MATLAB/simulink中对单台同步发电机搭建相关仿真模型,并且仿真结果验证了这种控制策略对于系统频率调节的有效性。     

基于模式切换的永磁同步风力发电机组低电压穿越控制策略

随着风电机组安装容量的不断上升,风电系统在电网故障情况下的稳定运行尤为重要,电网导则要求风电机组在电网电压瞬间跌落一定范围内不脱网运行,具备低电压穿越能力(low-voltage ride-through,LVRT)。对于永磁同步风力发电机(permanent magnet synchronous generator,PMSG)机组,快速控制直流电容电压是实现低电压穿越的关键。文章采用一种基于模式切换的PMSG机组低电压穿越控制策略,该策略在电网电压正常和故障时进行控制模式切换,选择网侧变流器或机侧变流器来控制直流电容电压。另外,为加快直流母线控制速度,提出了一种改进前馈方法,加快了控制速度,降低了直流母线电压的峰值。仿真结果验证了所提控制策略的有效性。     

直驱风机低电压穿越控制技术研究及实测验证

随着风电大规模接入电网,新的并网规范要求风力发电机组必须具有低电压穿越能力.针对直驱式风电机组,采用直流母线卸荷电阻限制电压跌落时变流器直流环节产生的过电压,并通过改进电流控制策略抑制变流器过电流,从而实现永磁同步发电机风电机组的低电压穿越运行.在网侧变流器数学模型的基础上进行了卸荷电阻的优化设计,提出了电网电压跌落故障时网侧变流器的改进电流控制策略,最后在1.5 MW级永磁同步发电机风电机组上进行现场低电压穿越能力测试,实测验证了所提出方法的正确性.     

具有自主电网同步与弱网稳定运行能力的双馈风电机组控制方法

随着风电的高比例并网以及大型风电机组的分散接入,电网对风电不再具备强电气支撑作用,进而引发一系列并网稳定问题,如谐波振荡、次同步振荡和低频振荡等,这是由于风电变流器所采用的电流矢量解耦控制需要电网提供强电压支撑才能稳定控制电流所致,弱网下难以稳定。此外,风电并入弱网还需具备一定的自主组网与电网支撑能力,如自主惯量响应等。为此,该文围绕弱网稳定运行与自主电网同步两个核心问题提出了一种双馈风电机组的新型控制方法。具体地,机侧变流器采用基于转子磁链自定向的虚拟同步控制方法;对网侧变流器提出一种新型的惯性同步控制方法,依据动力学系统相似性原理,利用直流母线电压固有动态直接实现网侧变流器的无锁相环电网同步控制,该方法较虚拟同步控制模型阶数更低且更易稳定。经以上控制后,双馈风电机组的定子侧和转子侧外特性分别等效为2台同步机。在PSCAD/EMTDC仿真软件中构建2MW双馈风电机组暂态模型,详细分析了该控制下双馈风电机组的启动、柔性并网过程、自主惯量响应以及最大风能捕获等相关特性,仿真结果表明提出的控制方法具有较好的弱网稳定运行与发电特性。     

基于VSC-HVDC并网风电场的系统调频综合控制

针对采用柔性直流输电并网方式(VSC-HVDC)的风电场两侧交流系统解耦特性,无法采用传统控制方式调频问题,结合风电机组虚拟惯性控制和下垂控制,以及直流电容快速充放电原理,在VSC-HVDC的网侧变流器增加变直流电压控制环节,提出一种改变直流母线电压并以此作为风电机组调频信号的综合调频控制方式。当电网因功率不平衡而发生频率波动时,VSC-HVDC直流电压能随之改变,快速释放或者吸收直流电容中存储部分的电能,再将电压值作为调频信号传递给风电场,使风机释放或者吸收转子动能,对电网频率提供动态支撑。仿真结果验证了提出的综合调频控制的有效性。     

一种直流微网双向并网变换器虚拟惯性控制策略

针对直流微网中母线电压易受微网内部功率波动影响,通过类推交流微网中虚拟同步发电机的虚拟惯量,提出了一种直流微网双向并网变换器(bidirectional gridconnected converter,BGC)虚拟惯性控制策略,增强了直流微网的惯性,平抑了直流母线电压波动。建立BGC虚拟惯性控制小信号模型,推导出直流母线电压与BGC直流侧输出电流之间的小信号传递函数,深入分析直流微网功率突变下的系统动态特性,发现BGC直流侧输出电流相当于扰动量,会对直流母线电压的动态响应过程产生冲击性影响。对此,提出了BGC的直流侧输出电流前馈扰动抑制方法,平滑了直流母线电压的动态响应。分析了BGC系统的稳定性,选取了合适的BGC虚拟惯性控制参数。最后,仿真与实验验证了所提控制策略的有效性。     

新型虚拟同步发电机分布式主动支撑控制策略

面向新能源分布式发电变流器主动支撑控制,提出了一种新型虚拟同步发电机控制策略,来实现有功-频率和无功-电压动态支撑,能够为电网的稳定提供必要的惯量和阻尼,并具备更好的多变流器协同工作能力和对电网的接入能力。首先建立同步发电机的电磁模型,提出虚拟定子绕组概念来调整变流器输出阻抗以满足微网功率解耦条件并实现多变流器间负荷分配,从而设计励磁器来实现无功-电压动态调整。同时结合转子运动方程设计调频器来实现有功-频率动态调整,并提出了虚拟励磁补偿和二次调频策略以消除电压和频率调整静差。最后,利用PSCAD/EMTDC仿真结果以及实验结果验证了所提控制策略的正确性和有效性。