基于根轨迹法的链式STATCOM比例谐振电流控制器设计

链式静止同步补偿器(STATCOM)及其分相电流控制策略是解决系统和负载不平衡问题的常用方法.文中在分析链式STATCOM数学模型的基础上,提出采用比例谐振控制器来对分相电流进行跟踪控制,并给出应用闭环系统根轨迹来选择控制器参数的设计方法,该设计方法可以使得电流内环闭环系统不仅满足稳定性要求,同时具有良好的动态性能.最后通过PSCAD/EMTDC仿真验证了基于根轨迹法的比例谐振控制器参数设计的正确性和电流内环采用PR控制的优越性.     

基于准PR控制的STATCOM直流电容电压平衡策略

链式静止同步补偿器(STATCOM)具有结构简单、易模块化等优点,但也存在直流电容电压平衡策略复杂的缺陷。建立了链式STATCOM数学模型,应用准比例谐振(PR)控制器对正弦电流实现无静差跟踪。针对链式STATCOM的直流电容电压不平衡问题,提出了链式STATCOM直流电压分层控制策略。理论分析和实验结果表明,链式STATCOM直流电压分层控制策略简便易行,特别适用于链节数较多的工业化应用场合。     

负载不平衡下链式STATCOM的控制方法

针对链式静止同步补偿器(STATCOM)在负载不平衡情况下的控制问题,建立了其正序、负序数学模型,详细推导了在负载不平衡时正序和负序环境下的反馈线性化解耦控制方程,提出一种基于反馈线性化与重复控制相结合的负载不平衡下链式STATCOM双环叠加控制方法,正序电流环控制装置补偿负载所需无功,负序电流环补偿负载不平衡情况下的负序电流,引入重复控制抑制装置本身产生低次谐波和扰动。采用主从控制方案实现控制要求,主控制器用于实现系统不平衡下双环叠加控制算法;从控制器利用有功电流均等分配来控制直流侧电容电压平衡。仿真和实验表明:该方法可以有效地解决链式STATCOM对不平衡负载的补偿问题,具有一定的工程参考价值。     

多级联H桥STATCOM在风电场中的应用

大规模风电场接入电网会对电网稳定性产生巨大影响,风电场出力变化会引起电网电压波动,严重时会导致系统电压崩溃.静止同步补偿器(STATCOM)可提供感性和容性无功功率,对改善风电场电压稳定具有重要作用.采用链式STATCOM作为风电场的无功补偿装置,针对链式结构直流侧电容电压不平衡问题采用了改进的直流侧电压平衡控制方法.最后,通过仿真结果验证了所采用链式STATCOM直流侧电压平衡控制策略正确可行,同时验证了STATCOM对风电场低电压穿越(LVRT)能力的改善.     

基于STATCOM的双馈风电场无功电压控制的研究

基于STATCOM和DFIG的数学模型研究与控制器建模,提出一种由两者共同参与的风电场无功电压控制方案.该方案利用STATCOM的电压控制模式,并充分考虑到双馈风机的无功调控能力,将双馈风机集群电压控制分为无功需求决策层和无功协调优化分配层.此外,针对风电场出口发生三相短路的紧急状况,提出一种故障时双馈风力发电机组的改进控制策略,该策略通过故障时将转子侧变流器由功率控制模式切换为电压控制模式,有功电流优先切换为无功电流优先,网侧变流器由单位功率因数运行切换为极限无功功率运行的方式提高风电场的低电压穿越能力.仿真表明,该方案不仅能实现正常运行时对风电场并网点电压指令的快速跟踪,风速、系统负荷和系统电压波动时快速稳定风电场并网点电压,而且当风电场出口发生短路故障时,能显著减小故障对双馈风机的不利影响,加速故障后电压恢复.     

H桥级联多电平STATCOM在风电场中的应用

建立了双馈感应发电机( DFIG)的数学模型,分析了静止同步补偿器(STATCOM)的工作原理和主电路结构.针对H桥级联多电平STATCOM,提出应用错时采样空间矢量调制对其进行控制,在电网电压发生瞬时跌落的情况下对STATCOM的补偿特性进行了分析研究.结果表明,H桥级联多电平STATCOM能有效补偿风电场的无功功率...     

基于转子侧双环阻尼控制器的双馈风电场次同步谐振抑制策略

近年来,在大规模风电集中接入电网系统中串补引起的次同步谐振问题引起了广泛关注,同时包含大量电力电子设备的高比例新能源系统使电网运行更为复杂。对双馈风机并网运行的振荡机理进行了分析,基于定转子转矩分析法提出一种转子侧双环阻尼控制器,为包含串补的双馈风机接入电网系统提供正阻尼,对可能产生的次同步谐振发挥抑制作用。同时提出一种双馈风电场次同步谐振的部分机组抑制策略,通过对一定比例的双馈风机装设阻尼控制器来抑制整个风电场的次同步谐振。在PSCAD上将风电场中的风机按照是否添加阻尼控制器分为两个群体,以不同功率输出比例的两台双馈风机来模拟,其中一台添加阻尼控制器,考察不同风况下该机组对次同步谐振的抑制作用。仿真结果表明:双馈风机转子侧双环阻尼控制器对次同步谐振具有较好的抑制作用,双馈风电场中一定比例的机组添加阻尼控制器对抑制整个风电场次同步谐振的策略是可行的。     

静止同步补偿器与双馈风电场的无功电压协调控制

基于变速恒频双馈电机的风电场通常按单位功率因数方式运行,而引入无功补偿单元补偿风电场无功需求,这将限制电网波动及故障期间双馈风电场的无功调节能力.针对该问题,提出一种双馈风电场与静止同步补偿器(STATCOM)间的无功电压协调控制器.依据执行依赖启发式动态规划(ADHDP)原理,设计包含执行网络和评价网络的ADHDP控制器.该控制器能够充分发挥STATCOM的无功发生能力,并在故障期间协调双馈风电场产生无功参与并网点电压调节,而在无故障期间保证风电场的单位功率因数运行;而且ADHDP控制器起到附加阻尼作用,有效抑制了故障恢复过程中的电压振荡.算例仿真结果验证了所提控制器的有效性.     

负载不平衡环境下链式STATCOM的控制方法

正针对负载不平衡环境下链式静止同步补偿器(STATCOM)的控制问题,建立了其不平衡条件下正序、负序数学模型,构建了正序及负序环境下链式STATCOM的神经元解耦控制模型,提出一种基于神经元解耦的负载不平衡下链式STATCOM的正序-负序双环控制方法,正序控制环控制STATCOM装置补偿负载所需无功,负序控制环补偿负载不平衡情况下的负序电流,引入神经网络提高系统响应速度及控制准确度。采用主从控制方案实现控制要求,主控制器用于实现负载不平衡下正序-负序双环控制算法;从控制器利用有功电压均等分配的控制方法来实现各模块直流侧电容电压平衡。仿真与实验表明:该方法可以有效地解决链式STATCOM对不平衡负载的补偿问题,具有一定的工程参考价值。     

基于谐振控制器的双馈风电机组谐波抑制技术

分析了5,7次谐波电压对双馈风电机组的影响,提出了一种基于6次谐振控制器的谐波抑制方法,并分析了该方法的数字实现办法。该谐波抑制方法同时适用于转子侧变换器和网侧变换器,无需提取谐波分量,仅需添加一谐振控制器,占用少量的控制资源,便于工程应用。仿真表明了6次谐振控制器能有效地减小5,7次谐波电流,并且不会放大其他次谐波。最后,在2 MW双馈风电机组实验平台上进行了验证,实验结果表明了该方法的有效性。     

风电场中STATCOM抑制系统功率振荡

含虚拟惯量控制的风电场给系统的小干扰稳定带来了新的影响,在此背景下,研究利用风电场配置的静止同步补偿器(STATCOM)附加阻尼控制对电力系统低频振荡的抑制。利用阻尼转矩法分析了虚拟惯量控制对风电并网系统阻尼特性的影响,提出利用风电场中配置的STATCOM增强系统动态稳定的控制策略。基于自抗扰理论设计了STATCOM附加阻尼控制器,以改善系统阻尼特性。基于DIg SILENT平台搭建典型的4机2区域系统进行仿真,仿真结果验证了具有附加自抗扰阻尼控制作用的STATCOM能有效地阻尼系统功率振荡。     

基于改进型LADRC的STATCOM抑制双馈风电场次同步振荡策略

针对双馈风电场经串联补偿线路送出引发的次同步振荡问题,提出了一种基于改进型线性自抗扰控制(LADRC)的静止同步补偿器(STATCOM),实现对系统次同步振荡的抑制。LADRC设计时考虑延时因素,在控制计算中消除由信号测量、传输等延时导致的输入量之间时间轴上的不匹配。基于改进型LADRC设计了STATCOM的附加阻尼控制器、电压外环、电流内环控制器以及锁相环,使STATCOM为系统提供正阻尼,同时增强控制系统的速动性和抗干扰能力,以适应次同步振荡工况,并从阻抗角度分析了STATCOM抑制次同步振荡的作用机理。在MATLAB/Simulink中搭建了系统的时域仿真模型,实验结果证实了所提出的抑制策略在动态性能和抗干扰方面的优越性。     

基于PSCAD的风电场低电压穿越无功支撑仿真研究

首先分析风电场低电压穿越(low voltage ride-through,LVRT)能力,然后介绍以双馈感应发电机(doubly-fed induction generator,DFIG)为主体的风电场模型以及静止同步补偿器(static synchronous compensator,STATCOM)的控制策略。最后将STATCOM和静止无功补偿器(static var compensator,SVC)分别应用到含风电场的无穷大系统中,在电力系统仿真软件PSCAD上搭建模型,并对系统故障状态进行仿真,在此基础上分析STATCOM和SVC的无功补偿特性,并对补偿效果进行比较。仿真结果表明无功补偿装置可以在系统故障后提供无功支撑,提高了风电场的低电压穿越能力,并且STATCOM无功补偿性能较SVC更优。     

基于STATCOM和LCC-MTDC技术的大规模风电并网技术研究

以西北电网千万千瓦级风场为背景,提出了采用相控换流器与STATCOM结合的多端直流输电技术进行大规模风电并网的方法。从两个层面上进行控制器的设计,一是从含有STATCOM的整流器交流侧子系统角度,针对策略的快速响应能力以及良好的控制特性。STATCOM非线性特性,引入逆系统方法设计其控制器并推导整流器直流侧电流与STATCOM直流侧电压的关系,提出适合于整流器的控制策略,保证交流侧功率平衡。其次从MTDC整体性能出发,设计相应的控制策略来确保系统稳定运行。在PSCAD/EMTDC中的仿真结果验证了所提控制策略的快速响应能力以及良好的控制特性。     

Real-Time Analysis of the Transient Response Improvement of Fixed-Speed Wind Farms by Using a Reduced-Scale STATCOM Prototype

As the total number of installed wind farms is far from being negligible, an upgrading of their technology is essential to fulfil new interconnection requirements. Power electronics are considered to be a key technology to accomplish this task. In this paper the use of a STATCOM for the improvement of the ride-through capability of fixed-speed wind farms is analyzed. Critical aspects like STATCOM rating and control are analyzed. A modified STATCOM controller is proposed, based on the series combination of a power factor control loop and a voltage regulation loop, which permits an optimized behavior of the wind farm both in normal and fault conditions. The contribution of the STATCOM is analyzed by means of Hybrid real-time tests (with a reduced-scale physical prototype) and offline (full scale) simulations in PSCAD/EMTDC. The study highlights the great contribution of STATCOMs to the transient behavior of fixed-speed wind farms and the importance of an appropriate control strategy choice on the performance and rating of the device     

基于加窗FFT的风电场自适应振荡抑制策略

大规模风电送出系统会出现振荡现象,现有抑制策略在振荡频率变化时难以快速、有效地抑制振荡。针对该问题,以直驱风场送出系统为研究对象,提出一种基于加窗快速傅立叶变换(FFT)和附加准比例谐振控制器相结合的振荡自适应抑制方法。首先,基于谐波线性化方法建立直驱风机(permanent magnet synchronous generator, PMSG)阻抗模型,分析PMSG发生振荡的机理以及采用附加准比例谐振控制器抑制振荡的有效性;然后,设计一种基于加窗FFT的振荡频率快速检测和提取方法,并给出相关参数的设计原则。最后,通过PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真对比基于加窗FFT和传统FFT的控制器对振荡的抑制效果。结果表明：基于加窗FFT的控制器对振荡的抑制速度和效果具有显著优势,验证了所提振荡抑制策略的有效性。     

基于加窗FFT的风电场自适应振荡抑制策略

大规模风电送出系统会出现振荡现象,现有抑制策略在振荡频率变化时难以快速、有效地抑制振荡。针对该问题,以直驱风场送出系统为研究对象,提出一种基于加窗快速傅立叶变换(FFT)和附加准比例谐振控制器相结合的振荡自适应抑制方法。首先,基于谐波线性化方法建立直驱风机(permanent magnet synchronous generator, PMSG)阻抗模型,分析PMSG发生振荡的机理以及采用附加准比例谐振控制器抑制振荡的有效性;然后,设计一种基于加窗FFT的振荡频率快速检测和提取方法,并给出相关参数的设计原则。最后,通过PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真对比基于加窗FFT和传统FFT的控制器对振荡的抑制效果。结果表明：基于加窗FFT的控制器对振荡的抑制速度和效果具有显著优势,验证了所提振荡抑制策略的有效性。     

双馈式风机控制器参数整定的实用方法

随着应用场合的不同,风电场模型参数需要相应改变。现在主流的风电场大多采用双馈式风机,而双馈式风机模型中PI控制器参数修正问题少有文献谈及。针对此问题,在PSCAD/EMTDC仿真平台下,忽略风机启动的暂态过程,转子侧、网侧变流器分别采用定子磁链定向、电网电压定向控制策略,建立了转子侧、网侧变流器均采用SPWM调制的直接功率控制模型。给出了基于传递函数的控制器参数整定方法,适用于双馈式风机的控制器参数的修正。模型详细参数采用GE1.5 MW双馈式风机组成的风电场模型参数。与Matlab/Simulink下仿真结果对比可知,该整定方法取得了较理想的效果,在两个仿真平台中输出参量具有较好的一致性。     

双谐振注入混合型有源电力滤波器特性

在分析双谐振注入混合型有源电力滤波器(Double Resonance Injection Hybrid Active Power Filter, DIHAPF)结构和工作原理的基础上,建立了DIHAPF的系统控制模型及包括控制器的电压型逆变器的数学模型。从无功功率静态补偿能力和谐波分压特性两方面分析了DIHAPF注入支路特性,同时研究了DIHAPF的系统稳定性和谐波补偿特性,着重探讨了并联谐振支路谐振频率对系统性能的影响,提出了注入支路谐振频率设计方法。将非线性负载等效为谐波电流源,在PSIM6.0软件平台搭建DIHAPF模型进行仿真验证,并通过6 kV实验样机进行了实验研究。仿真和实验结果证明了理论分析的正确性。