并网双馈发电机电网电压定向励磁控制的研究

在分析并网双馈发电机传统矢量控制策略的基础上，提出了一种基于电网电压定向的励磁控制策略。该控制策略仅需要定子侧电流、电网电压和转子位置角信号，避免了矢量控制系统中对定、转子量测量精度、实时性和一致性的严格要求，使控制系统得到了简化。利用该文提出的控制策略对双馈发电机有功、无功和转速稳态调节特性及机端三相对地突然短路的过渡过程进行了仿真研究，结果表明该控制策略能实现双馈发电机有功、无功和转速的解耦控制及短路故障切除后其有功、无功和转速都能回到原来的设定值稳定运行。     

基于前馈控制的双馈感应电机矢量控制

基于双馈感应电机(DFIG)的五阶数学模型,建立了以电网侧电压和转子电流为控制量的简化数学模型。在此基础上分析了电网电压波动时的定子暂态电流的变化机理,提出一种转子电流前馈控制策略,通过转子阻尼电流消除电网电压波动引起的定子输出电流波动,从而提高DFIG的动态性能。实验结果证明了所提控制策略的正确性和有效性。     

小值电压跌落下的双馈风力发电机控制策略的改进

通过对双馈感应发电机(DFIG)系统中的传统定子电压控制策略和网侧变换器控制策略的分析,给出了DFIG系统运行在电网电压小值跌落时改进的定子电压定向控制策略和网侧变换器控制策略,搭建了DFIG系统在不同控制方案下的Simulink仿真模型,系统仿真结果表明:提出的改进控制策略能有效地抑制电网电压跌落时DFIG系统的转子侧过电流和直流侧过电压,提高了系统在电网故障时的不间断运行能力.     

电网电压对称故障时双馈风电机组转子电压补偿控制策略

为抑制电网电压跌落时双馈风力发电机(DFIG)的转子过电流,在分析了DFIG转子侧数学模型的基础上,提出一种转子电压补偿控制策略,即通过控制转子侧变换器(RSC)的输出电压,对转子反电动势(EMF)进行补偿。根据RSC的电压容量,分析了其完全补偿范围,同时分析了补偿控制算法对定子磁链的影响。该补偿控制算法减慢了定子暂态磁链的衰减速度,但是可以有效控制转子暂态电流。RSC的完全补偿范围与转子转速以及电压跌落深度有关,当EMF幅值在RSC的完全补偿范围之内时,该控制策略可基本消除转子电流波动;当EMF幅值在RSC的完全补偿范围之外时,该控制策略可有效抑制转子电流冲击。仿真结果表明,当电网电压标幺值跌落至0.2时,采用转子电压补偿控制可将转子电流幅值削弱39%。因此,所提出的控制策略可以增强DFIG的低电压穿越能力。     

电网故障下交流励磁双馈风力发电机变流器建模与控制

双脉宽调制(PWM)电压型变换器作为交流励磁双馈风力发电机的励磁电源,在风力发电系统得到广泛应用.电网故障时,要求网侧变换器直流链电压波动较小和转子侧变换器能有效控制转子电流,来实现发电机的不间断运行.以双PWM变换器的数学模型为依据,在电网故障时,将网侧变换器以转子侧变换器瞬时输入电流波动为附加前馈量的双环电压控制策略,转子侧变换器考虑定子磁链暂态的定子磁链定向控制策略.仿真结果表明了所提出的联合控制方案在电网故障发生和切除时能稳定控制直流链电压和转子电流,提高了DFIG风力发电系统电网故障下的不间断运行能力.     

考虑桨距角控制的双馈风电机组高电压穿越控制策略

针对基于传统控制策略双馈风电机组高电压穿越存在超速脱网风险的问题,提出一种考虑桨距角控制的高电压穿越控制策略。高电压穿越期间,一方面通过控制风电机组为电网提供无功支撑;另一方面,当转子转速达到参考值时启动桨距角控制,抑制转子转速上升。仿真结果表明,与传统控制策略相比,所提控制策略可使双馈风电机组在兼顾对电网提供无功支撑和避免转子转速越限两个目标下实现高电压穿越。     

利用柔性功率调节器提高电力系统稳定性

多功能柔性功率调节器(FPC)是一个大容量低速飞轮储能系统,也是一种新型FACTS装置。它由双馈电机(DFIG)和作为交流励磁电源的电压源型双PWM变换器组成。类似于超导磁储能(SMES),FPC具有独立的有功和无功调节能力,能提高电力系统稳定和改善电能质量。与SMES相比,FPC易于开发和运行,成本也低。为了提高FPC的控制性能,提出了一种改进型定子磁链定向控制策略。该策略对于电网电压波动具有较好的鲁棒性,且易于实现。针对一个包含FPC的双机无穷大母线系统进行仿真,证明该改进型控制策略具有良好的动态特性,电力系统的稳定性得到明显改善。     

采用串联网侧变换器的双馈风电系统高电压穿越控制策略

针对采用串联网侧变换器的双馈风电系统电机定子端电压灵活可控的特点,提出了适用于该系统的对称高电压穿越控制策略。该策略通过控制串联网侧变换器,实现电网电压对称骤升时发电机定子电压保持不变,从而抑制定子磁链的暂态直流分量,使得电机转子过电压及过电流得到有效抑制,且可有效减小发电机电磁转矩及功率的波动。在变流器电流容量的约束下,故障期间通过控制转子侧变换器与并联网侧变换器吸收无功功率,可实现该系统对电网的故障暂态无功支持。仿真结果表明,所提控制策略既能保证在电网发生对称骤升故障期间双馈风电系统不脱网运行,又可使该系统为电网电压的恢复提供无功支持。     

变速恒频双馈风力发电机并网控制

变速恒频双馈风力发电机实现无冲击电流并网的关键是控制双馈电机定子电压的幅度、相位和频率与电网电压高度一致。通过建立并网前后双馈风力发电机系统的数学模型,分析了定子电压频率、幅值及相位与转子励磁电流、转子转速之间的运行规律,提出定子磁场定向转子电流闭环控制策略。实验结果表明,该控制策略能准确实现发电机柔性并网,并且完成有功功率和无功功率的解耦控制。     

电压跌落下双馈风力发电机矢量控制的改进

为了减小双馈风力发电系统受电网电压跌落的影响,提出了一种改进的双馈发电机矢量控制方法.该方法在设计转子电流控制器时考虑了定子磁链的动态变化过程,加入了相应的前馈补偿项.实验结果证明,该方法能有效抑制电压跌落下发电机转子的过电流,并且能控制发电机向电网输出一定的无功,从而使双馈风力发电机实现了低电压穿越.     

基于定子电流微分前馈控制的双馈异步风力发电机低电压穿越复合控制策略

双馈异步风力发电机(doubly-fed induction generator,DFIG)对网侧电压扰动比较敏感,其低电压穿越(low voltage ride-through,LVRT)措施仍是目前研究的重要问题之一.针对故障期间转子电流过冲而转子侧变流器(rotor side converter,RSC)容量有限...     

基于改进风力发电机组下的低电压穿越控制策略研究

随着风电场低电压穿越（low voltage ride though, LVRT）要求的提出,传统Crowbar技术的弊端显现出来,故障时转子侧变流器被短接,发电机定子侧失去为电网提供无功的能力。提出一种改进的双馈风力发电机组（doubly-fed induction generator, DFIG）模型,使用DC-Chopper,串联动态制动电阻（series dynamic braking resistor, SDBR）代替Crowbar,在故障时能够控制直流母线电压,抑制转子侧过电流,起到保护直流侧电容和转子侧变流器的作用。由于转子侧变流器不退出运行,所以在控制策略上提出了通过控制转子侧变流器来实现发电机定子侧在故障期间向电网提供部分无功支持,同时网侧变流器采用变功率因数控制,在故障情况下给电网提供主要的无功支持,实现低电压穿越。     

不平衡电网下双馈感应发电机的虚拟同步机控制优化策略

由于虚拟同步机(VSG)控制技术的控制带宽有限,因此当电网电压不平衡时,VSG控制无法有效控制电网负序电压引起的功率二倍频波动分量。当电压长时间不平衡时将会引起双馈感应发电机(DFIG)定、转子电流畸变,功率及转矩振荡等问题,严重影响系统输出的电能质量及系统运行性能。针对此问题,文中提出一种采用二阶广义积分器对DFIG电磁转矩及无功功率二倍频脉动进行定量控制的方法,使DFIG的VSG控制系统在不平衡电网条件下可以实现3种控制目标,即定子电流正弦且平衡、定子电流正弦且有功功率恒定和定子电流正弦且无功功率及电磁转矩同时恒定。同时,可根据电网实时要求对各控制目标进行灵活切换,提高了DFIG的VSG控制系统的控制性能。最后,所提方法的有效性通过仿真结果得到了验证。     

A flexible power control strategy for rotor-side converter of DFIG under unbalanced grid voltage sags

Doubly fed induction generator (DFIG) is widely applied in variable-speed wind energy conversion system. The disconnection of a substantial amount of DFIG may arouse the instability problem of power system, thus wind power generators have to remain connected during short-time grid faults. As a result, the voltage sag will lead to overcurrent and overvoltage in the rotor winding of a DFIG, moreover the unbalanced voltage sags will also cause serious fluctuations in its electromagnetic torque and output power. This paper studies the relationship of the stator instantaneous powers with the three-phase stator voltage and rotor current of a DFIG under unbalanced grid voltages. A generalized formula of current reference for the rotor-side converter of DFIG is constructed by introducing continuous adjustment coefficients. Meanwhile, the analytical equations of rotor peak current, stator active and reactive power fluctuations are derived to characterize the operating performance of DFIG. The impacts of adjustment coefficients on DFIG control performance and the feasible region of coefficients restrained by the rotor current constraint are discussed. In consideration of the rotor current limit, the flexible power control strategy for DFIG in unity power factor mode (UPFM) and reactive power supporting mode (RPSM) is presented. The correctness of proposed method is verified by simulation and experiment tests of single-DFIG and multi-DFIG systems.     

电压不对称骤升下DFIG暂态特性及无功协调控制

针对双馈感应风力发电机(DFIG)电网电压不对称骤升故障,传统的研究大多集中于定子磁链暂态特性的分析,忽略了故障时间对DFIG的影响.以单相和两相不对称骤升故障为例,详细分析了DFIG在不同故障发生时刻的定子磁链暂态特性,并推导出对应的定子磁链和转子电压表达式.此外,DFIG一般运行在单位功率因数下,这忽略了其自身RS...     

柔性功率调节器用PWM整流器的设计

柔性功率调节器(FPC)是一种新型FACTS装置,具有独立的有功和无功调节能力.它利用由双馈电机(DFIG)驱动的大质量飞轮作为储能元件,通过交流励磁控制调节电机输出的有功和无功.由于FPC的转子和电网之间存在双向功率交换,因此输出谐波小的电压源型双PWM变换器是比较理想的交流励磁电源.详细讨论了电压源型PWM整流器的矢量控制策略、调制技术、电路设计以及程序流程,同时进行了FPC用PWM整流器样机的实验.实验结果表明该整流器样机的性能良好,达到了设计要求.     

An Enhanced LVRT Scheme for DFIG-based WECSs under Both Balanced and Unbalanced Grid Voltage Sags

Due to the latest grid codes, wind energy conversion systems (WECSs) are required to remain connected to grid under grid voltage sags and supply reactive power into the grid. So, this paper proposes an enhanced scheme to improve low-voltage ride through (LVRT) capability of doubly fed induction generator (DFIG)-based WECSs under both balanced and unbalanced grid voltage sags. The proposed scheme is composed of active and passive LVRT compensators. The active compensator is performed by controlling the rotor- and grid-side converters of the DFIG to decrease the stator flux oscillations and inject reactive power into the grid. The passive compensator is based on a three-phase stator damping resistor (SDR) located in series with the stator windings. The proposed scheme decreases the negative effects of grid voltage sags in the DFIG system including the rotor over-currents, electromagnetic torque oscillations, and DC-link over-voltage and also injects reactive power into grid to support the grid voltage. So, the LVRT capability of DFIG is enhanced and new grid code requirements are addressed. Simulation results on a 1.5-MW DFIG-based WECS using MATLAB/Simulink demonstrate the effectiveness of the proposed LVRT scheme under both balanced and unbalanced grid voltage sags.     

基于自适应谐振调节器的变速恒频风力发电双馈驱动研究

在常规矢量控制策略中，通常采用空间矢量PWM技术获得较高的电压利用率。但双馈发电机多运行在同步转速 范围内，这使双馈电机调速时的转子电势通常比电网电压低，因此转子侧变流器适合采用正弦波PWM(SPWM)控制。对此，提出一种基于自适应谐振调节器的双馈电机矢量控制策略。该控制策略采用SPWM控制，实现了相对于转子静止(电频率)的abc坐标系中转子电流的无静差控制，且具有常规矢量控制策略中有功功率和无功功率解耦控制的特点。另外，对自适应谐振调节器参数设计及其DSP实现进行了讨论。仿真与试验验证了控制策略的正确性。     

双边不对称工况下无网侧变换器型可变频率变压器的控制策略

针对可变频率变压器转子电压不可控的问题,提出一种无网侧变换器的可变频率变压器（NGSC-VFT）拓扑结构。基于该拓扑结构,建立双边对称和不对称工况下NGSC-VFT的完整数学模型,并深入研究NGSC-VFT的控制策略。定子侧串联补偿变换器以维持直流母线电压、独立控制无功功率和消除定子负序电压为目标,转子侧串联补偿变换器以消除转子负序电压为目标。仿真结果表明：采用所提NGSC-VFT拓扑结构,无需网侧变换器即可维持直流母线电压,有功功率动态跟踪效果更快,直流电容电压更低,无功功率可独立控制,双边不对称工况下转矩和功率的波动得到进一步抑制。新拓扑提高了VFT系统的不对称故障穿越能力。