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...     

双馈风力发电系统最大功率追踪双模控制研究

针对两种应用于双馈风力发电系统机侧最大功率追踪控制的传统控制策略的特点,提出了一种双模控制方法.首先对直接速度控制方式(DSC)与间接速度控制方式(ISC)进行了分析,通过对比分析得到两种控制方式各自的优缺点.在此基础之上,采用双模控制的思想,通过设计切换规则,将DSC与ISC两种控制方式的优势进行了结合,并将这种双模控制方法应用于双馈风力发电系统机侧最大功率追踪控制中.仿真结果验证了双模控制方法可以将两种传统方法的优点进行结合,使控制性能得到提高.     

电网谐波条件下双馈风电系统输出特性分析与控制

针对双馈(DFIG)风电系统在非理想电网条件下的运行特性,研究了电网谐波对DFIG输出特性的影响。定量分析了典型谐波作用时,DFIG输出功率和电磁转矩的脉动量的大小及与基波相比所占的比例。基于此,以消除电网谐波对DFIG风电系统输出特性的影响为目标,对理想电网条件下的比例谐振(PR)控制策略进行了改进与完善,提出了一种非理想电网条件下的PR控制策略。为验证该控制策略的正确性,对一台1.5 MW风电系统进行了仿真研究,结果表明所提出的控制策略能够显著消除由电网谐波引起的DFIG风电系统输出功率及转矩的脉动。     

双馈型风电机组网侧换流器无功功率调节控制策略

全面分析了双馈型风电机组网侧换流器在正常工作和故障情况下的无功调节能力,提出了相应的网侧换流器无功控制策略来充分利用其无功调节能力以改善风电场的并网能力.采用DigSILENT/PowerFactory 14.0,搭建详细的双馈型风电机组模型,并接入等效弱电网.仿真结果验证了提出控制策略的有效性:正常工作情况下,网侧换...     

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。     

LCL滤波的双馈式风电网侧变流器在不平衡电网电压条件下的控制策略

为了提高LCL滤波的双馈式风电网侧变流器在电网电压不平衡情况下的工作性能,通过对变流器在上述条件下的数学模型进行理论分析,提出了基于LCL滤波器的不平衡电流指令算法,并提出了在同步旋转dq坐标系下采用PI和重复控制器并联结构的电流复合控制方案.利用所提控制策略,可有效降低电网电流中的低次谐波含量,实现正负序电流的无差跟...     

不平衡电网电压下双馈感应发电机网侧和转子侧变换器的协同控制

建立了不平衡电网电压下双馈感应发电机(doubly-fed induction generator,DFIG)网侧变换器的数学模型,讨论了交流输入电抗对瞬时有功功率的影响,在此基础上,提出4种可供选择的网侧变换器协同控制目标。为了验证网侧、转子侧变换器协同控制策略的有效性,提出静止αβ坐标系中比例?谐振控制器,使网侧变换器正、负序电流无需分解调节,并构建了DFIG网侧变换器的不平衡控制系统。仿真和实验研究结果表明,所提网侧、转子侧变换器协同控制策略可实现风电机组更为优化的不对称故障穿越(不间断)运行控制;所设计的网侧、转子侧变换器P-R电流控制方案不仅能够在稳态不平衡电网下提供精确的电流调节,而且在瞬态不平衡下体现优良的动态响应特性。     

大规模风电并网控制技术现状与展望

结合目前风力发电机组、风电并网标准的特点和发展趋势,分别从电网和风电场的角度阐述了风电控制技术的现状,并对大规模风电并网的控制需求、影响因素等若干问题进行了探讨与展望.指出通过对风电进行有效的控制,可以在现有条件下,提高电网接纳风电的能力,保证电网安全稳定运行.     

具有快速跟踪能力的电压型PWM整流器直接功率控制

在现行电压型PWM整流器的直接功率控制策略中,利用开关表同时对有功功率和无功功率进行调节,对无功功率的调节能力强于对有功功率的调节.则导致了在暂态和抗扰过程中有功功率、直流电压出现较大的波动,系统跟踪给定速度慢,对负载运行不利.对此,提出了根据有功功率瞬时值与给定有功功率的差值设定无功功率给定值的新策略.该新策略有效地抑制了直接功率、直流电压的波动,加快了有功功率、直流电压的跟踪速度,提高了系统的抗扰能力.仿真结果证明了该新策略的可行性.     

同步发电机励磁控制方法的发展与展望

励磁控制方法的发展经历了线性单变量控制、线性多变量控制、非线性多变量控制及智能控制几个发展阶段,其中线性多变量控制可分为强力式、PID+PSS、线性最优等励磁控制方法;非线性多变量控制可分为鲁棒、变结构、自适应、内模、预测、灰色、自抗扰、Lyapunov、反步、无源、Hamilton、反馈线性化等励磁控制;智能控制可分为模糊、神经网络、支持向量机、专家、学习、遗传、模糊神经等励磁控制。全面地概括了励磁控制方法的发展历史与现状,并按控制理论发展规律对这些方法进行分类,分析这些方法的原理及优缺点,说明励磁控制与其他控制之间的协调方式,指出存在的主要问题及今后的发展方向。