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。     

不平衡电网电压下双馈风力发电系统的比例–积分–谐振并网控制

提出双馈发电机(doubly-fed induction generator,DFIG)的比例–积分–谐振(proportional integral resonant,PIR)并网控制方法,以实现电网电压不平衡工况下 DFIG 风力发电系统的并网控制.并网控制器由同步旋转坐标系中的比例–积分控制器和谐振控制器组成,比例积分控制器控制定子 d-q轴电压的直流分量,谐振控制器控制定子 d-q 轴电压的交流分量,使其分别实现对电网 d-q 轴电压直流、交流分量的精确跟踪.该比例–积分–谐振并网控制策略具有无需采用正负序分离算法,无需设计负序控制器等优点.仿真结果表明,该并网控制策略在电网电压平衡和不平衡条件下,均可控制DFIG 定子电压实现对电网电压的精确跟踪.     

基于α β坐标系下双馈异步风力发电机串补输电系统次同步谐振的比例谐振控制

针对双馈异步风力发电机(DFIG)串补输电系统中存在的次同步谐振问题,通过建立DFIG串补输电系统的数学模型,推导出其传递函数;然后采用基于转子静止坐标系下的PR控制来抑制次同步谐振。将系统电流的次同步频率分量转化为转子静止坐标系下的αβ分量,使PR控制的谐振频率点与次同步频率转子静止坐标系下的αβ分量相吻合,用风力发电机实现对次同步谐振的抑制。通过算例仿真分析、硬件在环实验,验证了所提控制策略的有效性和正确性,以及所提方法具有计算简单、便于实现的优点。     

双级矩阵变换器励磁双馈风力发电系统比例谐振控制

双级矩阵变换器(two stage matrix converter,TSMC)存在中间直流环节,但不包含大容量直流环节储能电容。鉴于此,引入TSMC作为双馈风力发电系统的励磁电源,建立了基于定子磁链定向的双馈风力发电控制系统。同时,结合比例谐振(proportional resonant,PR)控制器的特性,设计了转子侧变换器PR控制策略。研究发现:该方法通过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,能实现双馈发电机有功、无功功率的独立调节;与采用PI控制器的矢量控制相比,该控制策略无需多次坐标变换,简化了控制算法;控制模型不存在耦合项和前馈补偿项,提高了系统的鲁棒性;采用该控制系统能够改善系统输出电流质量。仿真与实验结果表明TSMC励磁双馈风力发电系统的PR控制具有良好的动、静态性能。     

电网电压跌落下双馈风力发电系统强励控制

为增强电网故障下双馈风力发电系统(DFIG)的低电压穿越(LVRT)运行能力,提出一种DFIG转子侧变换器(RSC)强励控制策略。在基于定子磁链定向的矢量控制策略中增加多频比例谐振控制器(MFPR),当电网故障造成发电机定子电压跌落时,多频比例谐振控制器能够对转子侧变换器(RSC)的输出励磁电压进行补偿,抑制转子故障电流,实现DFIG的低电压穿越运行。分析了转子电压等级与DFIG的低电压穿越运行区间的关系,为DFIG转子侧变换器的电压等级设计标准提供了参考依据。控制系统结构简单,保证了系统的响应速度,可同时对电网对称跌落和不对称跌落产生的故障电流进行抑制。通过对1.5 MW双馈风力发电机组进行仿真研究,验证了理论分析的正确性和所提控制策略的可行性。     

不对称电网电压下双馈风力发电机的控制方法

分析了不对称电网电压下双馈风力发电机的运行特性,进而提出一种基于多频点比例积分谐振控制器的矢量控制方法,通过定子侧功率的单闭环结构,实现不对称电网电压下的双馈电机控制.相比于传统的正负序双dq域控制,所提方法既不需要负序dq域控制器,也不需要转子电流内环,控制结构简单.同时,该方法只需对一个简单参数(λ∈[0,2])进行调整,即可实现不对称电网电压下双馈风电系统的多种不同控制目标.基于MATLAB/Simulink平台搭建了1.5 MW双馈风电仿真平台,仿真结果验证了所提算法的正确性和有效性.     

动态电压恢复器比例谐振控制

针对动态电压恢复器(DVR)的快速和精确电压补偿问题,提出一种基于比例谐振控制的DVR双环反馈控制策略,电压外环将电容电压和指令输出电压比较,得到的电压偏差信号经过比例谐振控制器,控制器输出信号交给电流内环处理,而电流反馈内环采用简单比例控制以保证系统的快速性.将比例谐振控制器应用于DVR输出补偿电压控制策略中,可实现对指令补偿电压信号的无静差跟踪.在比例谐振控制器频率特性分析的基础上,详细分析离散域下引入控制延时的DVR反馈环控制系统.分析表明电流内环具有可靠的稳定性,作用于电压外环的比例谐振控制保证了系统的稳态精度,以及对负载电流的抗干扰能力,整个控制系统具有良好的动态和稳态性能.仿真结果验证了理论分析的正确性和所设计方法的有效性.     

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。     

双馈风力发电系统机侧模型预测直接功率控制

提出一种基于瞬时功率理论的模型预测直接功率控制(DPC)策略,建立功率预测模型,分析了双馈式异步发电机(DFIG)转子侧变换器电压矢量对定子输出有功、无功功率变化影响。构造瞬时功率误差价值函数,以满足价值函数最小为目标计算下一时刻功率指令,利用功率预测模型和价值函数最小原则得出目标控制电压矢量,结合空间矢量脉宽调制(SVPWM)实现模型预测功率控制,同时将延时补偿引入功率预测模型中,减少谐波含量同时获得固定开关频率,具有良好的稳态性。仿真及实验结果表明了所提控制策略的可行性和有效性。     

双馈感应风力发电系统直接功率综合控制策略

为了提高双馈感应风力发电机（DFIG）控制系统动态响应速度,提出一种基于电网电压定向直接功率控制（DPC）的双馈风力发电运行综合控制策略,实现了与矢量控制相同的无冲击电流并网及有功、无功解耦控制功能,建立了基于直接功率控制的双馈风力发电机空载并网、稳态运行及电网发生故障情况下低电压穿越的控制模型,并在3kW的双馈风力发...     

双馈型风电场参与电压无功调节的分层控制方案

针对弱联接风电场并网点电压波动问题,通过对双馈风电机组功率关系分析,以及电机定子、网侧换流器功率极限的推导,在传统的无功控制方案的基础上,提出了一种在电压跌落时机组发出无功以稳定电压的无功控制模式。可以根据电网电压波动情况,选择参与无功控制机组数量,充分发挥双馈风电场的无功能力,减少使用率不高的无功补偿装置的投资。基于PSCAD/EMTDC平台搭建风电场接入电网仿真系统,仿真结果验证了所提控制方案的有效性。     

计及风电场静态电压稳定性的VMP系统无功电压控制策略研究

随着规模化、集群化风电基地的初步建成,风电作为一种清洁高效的能源得到了快速的发展,但短时间内大规模风电场集中接入电网,给电网的功率平衡带来扰动,造成了电网电压的不稳定。针对风电场并网后的电压控制问题,研究了大规模风电场并网的静态电压稳定机理。并在现有调压手段的基础上,通过适时调整风电机组无功出力,升压站变压器抽头以及调无功补偿装置,进一步提出了基于分层管理的无功功率/电压控制策略,并将该策略嵌入到风电场电压/无功自动管理平台(VMP)。通过新疆某地区风电场现场试验发现,该控制策略能够改善低电压穿越期间无功表现,提高风电场无功电压的稳定性,同时避免了功率振荡的产生。该研究结果可以为风电场无功电压协调控制的理论研究和工程实际提供参考依据。     

Terminal voltage and power factor control of induction generators for wind power generation system

This paper deals with two types of control method for induction generators used in wind power generating stations. One is aimed at maintaining the voltage of the station node and the other is aimed at maintaining a constant power factor through the branch connecting to the station. Both can be in the controllable area by adjusting the generator reactive power with compensating capacitors. First, theoretical equations for the terminal voltage and power factor of an induction generator are derived, and then the compensating capacitance corresponding to the wind velocity variation is determined quantitatively. By using the proposed control method, it is shown to be possible to maintain the terminal voltage and operating power factor of a wind power generation system at the target values, even when abrupt deviations are caused by wind power disturbances. © 2008 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 163(3): 19– 26, 2008; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20298     

无刷双馈风力发电机直接转矩控制系统研究

提出一种基于直接转矩控制的无刷双馈风力发电机的控制方法,建立了包括风力机,机械传动部分和无刷双馈电机的无刷双馈风力发电系统的整体仿真模型。该系统根据风速变化通过直接控制无刷双馈发电机的电磁转矩,以达到风力机运行的最佳叶尖速比,从而实现风力机在低风段的最大风能追踪控制。     

分布式风力发电系统MPPT控制

针对分布式风力发电机,传统的扰动观察法和模糊法在风速变化频繁的实际系统中输出效率较低,不能充分发挥同步发电机的最佳性能,提出了将模糊法和扰动观察法相结合的最大功率点跟踪(MPPT)方法.通过和传统的扰动观察法和模糊法的比较,仿真结果表明所提方法在风速变化频繁的情况下有效地改善了系统输出特性,提高了系统输出效率.同时,利...     

直接驱动型风力发电系统低电压穿越控制策略

提出了直接驱动型永磁同步风力发电系统在电网故障前后的控制策略。采用基于二阶广义积分闭环电网电压跌落检测方法,可精确得出电网电压故障信号、正序分量幅值、相位角。电网电压故障信号送给变桨距执行机构,最大限度地调节桨距角,屏蔽部分输入功率,提高系统低电压穿越能力;探索直驱风电系统在电网电压跌落发生后的控制策略,并实现与正常运行模式的快速平滑切换。故障前,网侧变流器运行在单位功率因数状态,保持直流侧电压恒定;故障后运行在STATCOM模式,依据检测环节所提供的电网电压正序分量幅值和相位角来决定变流器所发无功电流的量值,为电网提供动态无功支持。基于超级电容器的双向DC/DC变换器作为直流侧保护电路,来快速维持直流侧电压稳定。     

风力发电系统最大功率跟踪自适应鲁棒控制

为了提高风力发电系统最大功率跟踪(MPPT)运行的工作性能,针对系统未知建模误差和外部扰动等不确定问题,提出了一种MPPT自适应鲁棒控制方法。该方法建立在基于广义扰动的风力发电系统角速度跟踪动态模型基础上,不依赖于系统模型参数和外部扰动辨识。利用MPPT跟踪偏差的非线性状态反馈和扰动边界值的在线实时估计,自适应地调整切换控制项增益,以加快系统收敛的速度。实际控制律经过一阶积分输出,进一步削弱控制输出信号幅值的抖振,平滑发电转矩,提高跟踪精度。通过构造Lyapunov函数,验证了闭环系统的全局稳定性。通过与常规线性PID控制和非线性动态状态反馈控制(SFC)进行仿真比较,验证了该控制器实现最大功率跟踪控制的良好效果,具有较强的鲁棒性和自适应性。     

基于功率预测的变速变桨距风电系统的优化控制

为了增强风电场主动融入大电网的能力,基于风速和功率的超短期提前一步预测,以最大风能捕获和输出功率平滑为优化目标,以发电机转速和桨矩角为控制变量,为了有效地减少桨矩角系统和机械系统的压力,制定了最小化控制标准,建立了相应的多目标优化模型。运用遗传算法求解出模型的优化解,将该优化解作用于风力发电机组来优化系统的性能。通过对1.5 MW的变速恒频风力发电系统进行仿真研究表明,与传统的最大功率追踪控制相比较,所提出的控制策略提高了发电机输出功率,同时抑制了输出功率的低频波动。     

电压越限概率指标及其在含风电场电网无功优化控制的应用

针对间歇性风电使得基于实时无功优化的电压控制效果劣化问题,提出一种含风电场的无功优化控制模型,用以应对风电功率不确定性对电压控制的影响。根据变速恒频风机有功出力的概率分布,联合风电出力变化与电压变化的关系提出电压越限概率指标及其表达式,基于电压越限概率建立无功优化控制模型。以国内某电网为例,分别应用传统无功优化控制模型和文中所提出的模型进行无功优化控制,并对比其优劣性。结果表明,所提模型不仅能够有效地控制电压,还能降低风电接入下节点电压发生越限的概率。     

变速恒频双馈风力发电运行综合控制策略

根据交流励磁变速恒频风力发电的运行特点,将矢量控制的电网电压定向技术应用在双馈电机的并网发电上,提出了一种基于电网电压定向的变速恒频双馈风力发电运行综合控制策略,实现了与定子磁链定向矢量控制相同的功能,且省去了定子磁链观测器,简化了算法。建立了变速恒频风力发电柔性并网、稳态运行和电网波动情况下不脱网运行的控制模型,实现了宽范围变速条件下无冲击电流并网、输出功率的解耦控制和最大功率点跟踪。在变速恒频并网发电系统中,发电机与电网之间是一种柔性连接关系,仿真和实验结果证明了控制策略的正确性与有效性。