直流母线电压控制实现并网与最大风能跟踪

针对永磁同步风力发电机加不控AC／DC和可控DC／AC结构,提出采用直流母线电压控制同时实现并网与最大风能跟踪。分析了可控DC／AC通过功率解耦控制直流母线电压的原理。提出采用可控DC／AC对直流电容充电的直接并网方法,并详细讨论了充电电流和限流电阻的取值范围。分析了直流母线电压与发电机转速之间的关系,提出采用直流电压变步长扰动代替转速定步长扰动实现最大风能跟踪,进一步提出采用功率变化量平方的比例值作为扰动值。详细的仿真验证了文中提出的控制策略简单、可行,适用于并网型永磁同步风力发电机。     

分布式直流并网变流器母线电压稳定性分析与电机效率优化控制

从功率平衡的角度对分布式直流并网变流器的母线电压稳定性问题进行了分析,基于永磁风力发电机的损耗模型,并以机侧PWM变流器输出功率为优化目标函数,得到了考虑母线电压稳定的永磁风力发电机效率优化方法。通过增加直流侧卸荷电路,并以功率变化量作为其工作的控制条件很好地处理了分布式直流并网变流器的母线电压波动问题,提高了整个系统的稳定性和运行效率。仿真结果和分析表明了方法的有效性。     

一种新型的永磁同步风力发电机并网系统

提出一种基于固态变压器的永磁同步风力发电机并网系统。在并网变流器中加入高频变压器,实现整流和逆变部分的电气隔离,高压侧变流器的输出电压达到10 kV, 从而减小了并网电流。在直流侧增加超级电容储能装置,使风电机组具备较强的低电压穿越能力。对系统的关键控制部分进行分析设计,建立了系统仿真模型。研究结果表明,所设计的新型风电并网系统能够明显减小并网冲击电流,并具有很强的低电压穿越能力,是一种有效的永磁同步风力发电机并网方法。     

模块化多相永磁风力发电机串并联直流海上风电场电压协调控制

为满足高电压、大功率、高可靠性的风电场直流输电系统电能传输需求,该文提出基于模块化多相永磁风力发电机的新型串并联直流海上风电场拓扑,以及模块化多相永磁风力发电机串并联直流海上风电场电压协调控制方法。首先,建立基于模块化多相永磁风力发电机的直流风力发电系统数学模型,设计了模块化多相永磁风力发电机无差拍功率预测控制器,来提升dq轴电流跟踪精度和动态响应速度,并补偿无差拍预测控制器中的单拍延迟;然后,针对模块化多相永磁同步发电机串并联拓扑结构特点,提出一种考虑直流风电场潮流的功率-电压协调控制策略,通过实时调节风机的有功功率参考值,来抑制串并联直流风电场的风机过电压;最后,搭建了基于模块化多相永磁风力发电机的3×6×5 MW串并联直流海上风电场的模型,来验证所提无差拍功率预测控制和功率-电压协调控制的有效性。     

直驱永磁同步风力发电机单位功率因数控制

针对采用传统矢量控制的直驱永磁同步风力发电机存在电机运行功率因数降低的问题,提出一种适用于采用双脉宽调制变换器并网的永磁同步发电机单位功率因数运行控制策略.所提方案在实现永磁直驱风电系统最大风能捕获控制的基础上,通过控制电机侧变换器使电机d轴控制电压为零来实现永磁同步发电机的单位功率因数运行控制.系统仿真和实验结果表明:采用所提运行控制策略可有效实现永磁同步发电机的单位功率因数运行,有助于减小电机侧变换器的运行容量,同时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.     

基于永磁同步风力发电机的风-柴油互补发电系统

在孤立电网中,例如风一柴油互补发电系统,相对高的风电穿透功率能够在很大程度上降低燃料消耗,节约运行成本,但是,风力发电机输出的随机功率扰动给系统带来电压和频率的变化,会对系统稳定性造成相当大的影响.建立了多极永磁同步风力发电机与柴油同步发电机的数学模型,用PSCAD/EMTDC对永磁同步风力发电机与柴油发电机供电的风-柴油互补发电系统进行了仿真和分析.仿真和分析结果表明:基于多极永磁间步风力发电机的风-柴油互补发电系统可以依靠柴油发电机的调节系统实现较高的风电穿透功率和良好的动态性能.     

风机/同步机混合微电网并网运行研究

将分布式发电系统以微网的形式接入大电网并网运行是电网未来的发展方向.基于PSCAD/EMTDC电力系统仿真分析软件,建立了包含风力发电机和小型永磁同步发电机的微电网模型,研究了微电网在不同模式下,配电网和各微电源的运行状况,以及其转换过程的对电网的影响.结果表明,这种微电源配置可以满足并网运行条件下微电网各种模式的运行...     

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.     

永磁同步风力发电机并网运行研究

首先比较了2种主流变速恒频风力发电系统,再对永磁同步发电机系统的并网电路进行了分析。针对不控整流器加并网PWM变换器这种结构,提出采用直流母线电压控制同时实现并网与最大风能跟踪。分析了并网PWM变换器通过功率解耦控制直流母线电压的原理,提出采用直流母线电压作为参数的直接并网方法。分析了直流母线电压与发电机转速间的关系,提出采用直流电压变步长扰动替代转速定步长扰动实现最大风能跟踪。进行了详细的仿真,证明提出的控制策略简单可行,具有实用价值。     

风力发电并网控制系统的实验研究

风能是清洁的可再生能源,风力发电是新能源中技术最成熟、最具规模开发条件和商业化发展前景的发电方式.介绍了一种利用永磁同步发电机获得风能,并通过AC/DC/AC方式将电能输入电网的小容量风力发电并网模式.根据这种风力发电并网模式搭建的实验平台通过整流、直流斩波升压和逆变3部分将风力发电机输出的电能送入三相电网.该实验平台以永磁同步发电机的输出为模型,对并网电压、电流的谐波、相位、功率因数等参数进行实验分析.电能质量符合并网要求.     

柔性直流输电网的电压控制原理研究

本文研究柔性直流输电网的电压控制原理。描述了柔性直流电网电压控制的3种基本策略及其特点,提出了一种一次调压与二次调压相协调的直流电网电压控制策略,其中一次调压采用带死区的直流电压下斜控制律,二次调压采用基于电压基准节点电压恒定的控制准则。论文给出了带死区的直流电压下斜控制的实现方法和逻辑框图;描述了电压基准节点的选择原则,并给出了基于电压基准节点电压恒定控制的二次调压实现方法。构建了一个四端直流输电网测试系统,基于该测试系统,介绍了带死区的直流电压下斜控制的参数设计方法,测试了直流电网负荷改变以及电压基准换流站退出运行2种工况下整个系统的响应特性。测试结果表明,所提出的一次调压与二次调压相协调的直流电网电压控制策略具有良好的控制性能,适用于普遍意义的直流电网。     

下垂控制对直流电网动态电压稳定性的影响分析

直流电网的协调控制策略包括主从控制、直流电压裕度控制及直流电压下垂控制等。下垂控制可以实现直流电网的多点直流电压控制,但下垂系数的大小会对系统直流侧电压的稳定性产生一定的影响。以基于模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter, MMC)的直流电网为研究对象,首先建立了下垂控制作用下MMC直流电压控制系统模型及其传递函数,并在此基础上,采用劳斯判据得到了能够保持系统直流电压稳定的下垂系数取值范围。然后,分别在时域和频域中分析了在不同取值区间内选取下垂系数对系统直流侧电压控制特性和稳定性的影响。最后,在PSCAD/EMTDC中建立了基于MMC的4端直流电网仿真模型,验证了理论分析的正确性,为工程应用时合理选择下垂系数提供了理论依据。     

低输入直流电压的单级双向并网变换器设计

为了实现储能系统接入电网,设计了一种可接入低直流电压的双向单级并网变换器.所提出的双向并网变换器包含了1个双向直流变换电路和1个全桥电路.双向直流变换电路具有升压和降压调节能力,可在低输入直流电压和整流后的正弦电压之间执行双向功率转换.全桥电路基于前馈标称电压补偿器和重复控制算法将整流后的正弦电能并入电网,前馈标称电压...     

基于电压控制特性的电压源型多端直流/交流系统潮流求解

由于基于电压源型换流器的高压直流(VSC-HVDC)输电技术具有良好的可控性,对负荷中心供电、风电消纳、孤岛电力传输等适应能力强,电压稳定性好,因此具有良好的应用前景。当前对VSC-HVDC系统主要基于定功率控制模式进行潮流计算,而很少考虑到实际的换流器电压控制能力。为了更加精确地反映实际电网中VSC的电压控制特性,文中建立了基于VSC的电压控制模型,考虑了换流器损耗、交流滤波器、换流器容量限制等的影响,并基于电压控制特性提出了VSC多端直流/交流系统的通用潮流求解方法。对直流电网功率分布变化和N-1故障以及多端直流/交流系统的潮流算例分析表明,所提的潮流算法能够反映直流换流器的电压控制调节能力,验证了基于VSC的多端直流/交流系统在考虑换流器电压控制特性后的潮流方法的有效性、合理性以及算法的快速性。     

基于储能和无功优化的直驱机组海上风电场低电压穿越策略

针对直驱永磁机组海上风电场中的低电压穿越问题,提出了一种基于储能和无功优化控制的低电压穿越控制方案。采用锂电池作为分散式储能设备,吸收故障时刻直流母线上多余功率;同时以网侧变流器输出有功功率、直流母线电压、机端电压作为评价指标,对风电场中各台风电机组低电压穿越能力进行评估,优化控制各台机组的无功出力,从而有效抑制电网故障时机组直流侧电压上升,同时支撑并网点电压恢复。以某海上风电场为例进行仿真分析,仿真结果表明了该方案能显著提高风电场低电压穿越能力。     

直驱永磁风力发电系统在不对称电网故障下的电压稳定控制

针对直驱永磁风力发电机组（D-PMSG）在不对称电网故障下,负序分量对直流母线电压会产生2倍频振荡的问题,提出利用单相电压延迟60°来构造三相对称电压,消除负序分量对直流母线电压的影响,对D-PMSG在不对称故障下电压跌落的控制策略展开了研究。网侧逆变器外环采用电压环稳定直流电压,控制变换器发出的有功功率,内环采用电流前馈控制,使电压矢量在dq轴间解耦,由外环控制得出的电流参考值来控制逆变器的电流,同时结合能量泄放回路解决D-PMSG在电网发生不对称故障下直流侧的功率拥堵。另外,对网侧动态电压恢复器DVR采用改进的最小能量法控制策略,为系统提供最大无功功率支持,有利于网侧电压恢复,从而保证系统的稳定运行。以河西电网的实时数据进行仿真,结果证明了所提控制策略的有效性。     

高压柔性直流电网分层协同自适应下垂控制

为实现直流电网的潮流优化及扰动后不平衡功率的合理分配,提出一种直流电网分层协同自适应下垂控制策略。其中,系统控制层基于各站直流电压、有功功率等信息,以直流电网运行中网损和直流电压偏差最小为优化目标,实时分析并优化各站的直流电压、有功功率指令,以实现稳态时直流电网潮流最优;换流站控制层以本地信号为依据,综合考虑各换流站功率裕度以及电压偏差影响,通过实时自适应调整下垂系数,合理分配扰动后直流电网内部的不平衡功率,同时减小直流电压的偏差。系统控制层的指令值优化与换流站控制层的下垂系数优化协同作用,实现直流电网功率的协调控制。以七端直流电网为例的仿真结果验证了所提策略的有效性和优越性。     

不平衡情况下光伏多电平逆变器的控制策略研究

电网发生不对称故障时,电网电压中存在的负序分量会对光伏并网控制造成影响。为了消除逆变器交流侧电流和直流侧电压的谐波,采用了正、负序独立旋转坐标系的控制方法,做了基于光伏三电平逆变器的电网不平衡情况下的并网控制策略仿真。仿真结果表明采用正、负序独立旋转坐标系的控制方法,逆变器交流侧电流和直流侧电压的谐波得到有效抑制。     

特高压直流分层接入下交直流系统中长期电压稳定协调控制

与传统特高压直流单层接入方式相比,分层接入方式从电网结构上改善了交流系统对多馈入直流系统的接纳能力和电压支撑能力,在潮流分布与控制上更加灵活、合理。为了充分利用分层接入直流系统快速功率调节能力,避免或减少中长期电压失稳过程中切负荷造成的经济损失,文中提出一种特高压直流分层接入下的交直流系统中长期电压稳定协调控制方法。首先,基于直流分层接入系统准稳态模型,推导了不同直流控制方式下换流母线电压对分层接入直流逆变器传输功率的灵敏度解析表达式,并建立交直流系统电压轨迹预测模型。综合考虑直流电流和高、低端逆变器熄弧角的调制,基于预测轨迹构建协调电压控制的滚动优化模型,对直流分层注入功率和交流系统各电压控制手段进行协调控制。对山东电网规划系统的仿真分析表明,所提方法能够有效协调直流传输功率在交流电网中的分配,提高了系统电压稳定性并减少了切负荷损失。     

基于电网电压增量前馈补偿的光伏并网系统故障后恢复控制

光伏直流升压汇集系统经较大过渡电阻的故障清除后,存在直流变压器难以切换回原有控制策略的问题。针对此,在分析故障点过渡电阻和直流电压波动量之间关系的基础上,提出了一种基于电网电压增量前馈补偿的故障后恢复控制策略。在故障清除时,通过监测电网电压增量值,采用修正逆变器控制外环直流电压参考值的方式短时增大直流母线电压的波动量,从而使直流变压器实现控制策略的可靠切换。仿真结果表明,所提方法在交流电网经较大过渡电阻发生的故障被清除后,光伏侧控制策略能可靠且快速地进行切换,有效提高了光伏的利用率。