直驱型永磁风电机组并网控制系统的研究

对直驱型永磁风电机组并网控制系统工作结构与原理进行讨论,并研究变流器电机侧与电网侧的并网控制电路与控制策略。应用并联多变流器的方法,采取电网电压定向的电流、电压双闭环矢量控制模式,设计逆变并网控制。基于对交-直-交背靠背双PWM变流器的控制,运行软件仿真了690 V/2.5 MW直驱型永磁风电机组的变流器并网过程。实验结果表明,控制电路与策略正确有效,并网变流器能进行双向的能量传递,并且具有良好的静动态特性。     

面向低频振荡分析的直驱风电机组阻尼转矩建模

针对直驱风电机组直流电压环和锁相环失稳问题,基于直驱风电机组电流源型线性化模型,分析了电网强度、直流电容输入功率以及控制参数对直驱风电机组稳定性的影响;建立了适用于直流电压环和锁相环稳定性分析的电流源型阻尼转矩模型,通过阻尼转矩法揭示了直驱风电机组失稳机理;进一步地将阻尼转矩法拓展至多机并联系统。研究结果表明：电网强度的减小、直流电容输入功率的增加、控制参数(直流电压环比例参数、锁相环比例参数)的减小会降低直驱风电机组低频振荡模式(直流电压环模式、锁相环模式)的阻尼系数,当阻尼系数小于0时,该模式下系统失稳,表现为直驱风电机组发生低频振荡。     

基于超导储能的直驱风电系统功率平滑控制

针对并网运行直驱风力发电系统输出有功功率的波动问题,对变换器直流环节并联超导储能系统的控制方式在计及风速模型的基础上做进一步的分析,并对超导储能系统斩波器提出双闭环加脉冲判断的控制策略,确保超导磁体线圈电流水平,使超导储能系统可以快速、准确地吞吐能量,保证直驱风力发电系统在最大限度捕获风能的同时,向电网输送较为平滑的有功功率。对增加超导储能系统的直驱风力发电系统的建模仿真结果,说明了该方法的正确性和有效性。     

直驱型同步风力发电机组最优功率控制

以直驱型同步风电机组为研究对象,建立了机组各个组成部分的数学模型。在此基础上利用MATLAB/Simulink搭建了基于全功率变流器的并网直驱型同步风电机组的仿真模型,研究了使机组运行在最优功率状态下的综合控制策略,利用所建模型进行了最优功率控制思路的验证。仿真结果表明了所建立模型的正确合理性,在此基础上的最优功率控制方法也是有效的,为以后对风电机组运行控制更进一步的研究奠定了基础。     

超导储能在并网直驱风电系统中的应用研究

针对直驱风电系统并网运行过程中存在的输出有功功率波动和低电压穿越问题,在变换器的直流环节并联超导储能系统。对超导储能系统的斩波器提出双闭环加脉冲判断的控制策略,确保超导磁体线圈电流水平,使超导储能系统可以快速、准确地充放电,从而稳定直流环节功率。同时,通过引入谐振控制器的方法,对网侧变换器的控制策略进行改进,实现电网电压不对称跌落情况下,负序分量引起波动的有效控制。仿真结果表明,采用上述方案后直驱风电系统向电网输送较为平滑的有功功率、低电压穿越能力得到了提升。     

基于不控整流型直驱风电系统的最大功率跟踪

介绍了不控整流型直驱风电系统的最大风能跟踪原理,并根据此原理,推导出功率与斩波器占空比的关系,研究基于该系统的最大功率跟踪控制方法.即通过调节升压斩波电路的占空比来控制发电机整流后的电压电流,改变发电机的输出电流,从而改变电磁转矩,最终调节转速,使其跟随风速的变化来捕获最大风能,从而在电机侧实现最大功率跟踪.仿真结果表...     

变桨距直驱风电机组AGC仿真研究

本文以变桨距控制为切入点,根据直驱永磁风力发电机组的特点,基于MATLAB/SIMULINK构建了直驱式风电机组的仿真模型,并将其与一台火力发电机组并联,以桨距角为被调量进行电力系统的二次调频,分别对引入变桨距控制前和控制后的情况进行了仿真。仿真结果表明,引入桨距角控制之后,风电机组能更好的适应系统的负荷扰动来维持系统的频率稳定,从而为实现直驱式风电机组的自动发电控制(AGC)提供了理论研究依据。     

并联背靠背PWM变流器在直驱型风力发电系统的应用

直驱型风力发电系统需要全功率变流器,在现有器件功率水平以及开关频率等诸多因素制约下,变流器直接并联的方式具备结构简单、模块化设计、易扩展的优点。文中通过有效的控制,使并联运行达到了大电流输入的要求,并将基于载波相移技术的背靠背脉宽调制(PWM)变流器应用在直驱型风力发电系统中,开关频率仅为1 kHz。实验表明,在提高等效开关频率、改善输出电流波形的同时不会带来环流问题,这在风电系统的全功率变流器中具有重要意义。     

永磁直驱风电机组的直接电流矢量最优控制

永磁直驱风电机组采用传统的矢量控制策略虽然具有算法简单、实施可靠等优点,但也存在动态响应慢、控制链路存在耦合的问题。针对这个问题,提出一种永磁直驱风力发电机组的直接电流矢量最优控制策略。新型控制策略是在永磁直驱风电机组传统dq矢量控制基础上,略微改进了控制结构,结合最优控制理论原理,引入非线性约束,并同时应用到风电变流器机侧和网侧控制中,实现了最大功率点跟踪、无功功率输出控制和电网电压支持等功能。最后,为了验证控制策略的有效性,基于MATLAB/Simulink平台搭建了永磁直驱风电机组仿真模型,并使用了传统矢量控制器和新型控制器进行了仿真对比研究。计算结果表明,使用新型直接电流矢量最优控制时,各方面控制性能明显优于传统矢量控制。     

永磁直驱风电机组改善系统阻尼的控制技术

永磁直驱风力发电机组抑制系统功率振荡的阻尼作用,有利于提高风电渗透率较高的区域电网的稳定性.本文在分析永磁直驱风电机组运行特性和控制策略的基础上,研究具备故障穿越能力的永磁直驱风电机组的无功调制与系统功率振荡的关系,提出了永磁直驱风电机组的无功附加阻尼控制策略.利用MATLAB/Simulink仿真软件对含永磁直驱风电机组的区域电网进行仿真分析,验证了在所提控制策略下,永磁直驱风电机组能够利用其无功功率的调节能力,抑制故障后系统持续振荡的功率,从而提高了基于永磁直驱风电机组的大规模风电场接入电网后的电力系统的阻尼特性.     

全功率永磁直驱风电机组暂态稳定性研究

基于矢量解耦控制策略,建立了适用于电力系统暂态稳定分析的直驱风力发电机组在d-q轴坐标下暂态数学模型,其中包含了对直驱风电机组暂态性能有影响的传动链模型;搭建了发电机侧控制策略和网侧控制策略.利用MATLAB/Simulink软件搭建了包含传动链的并网型直驱风力发电机组的暂态仿真模型,对直驱风力发电机组进行暂态稳定性仿真.结果表明:当电网电压骤降时,实现了有功、无功解耦控制;当电网发生故障时,发电机转速、有功功率、无功功率和机端电压有一定的波动;直驱机组直流电压升高,因此风电机组需要对直驱风电机组电力电子元件的保护;当电网电压跌落时,直驱风电机组具有发出无功的能力,有利于故障时电网电压快速恢复,从而提高电力系统的安全和稳定性.     

永磁直驱风力发电机变流系统的谐波分析

结合中国海油总公司设计建造的国内第一座海上风电站的仿真研究项目,分析了一种考虑到现有开关器件功率水平,符合MW级直驱永磁型风力发电要求的变流电路,即多重化并联结构.将其主要电路即多重化并联升压斩波器及空间脉宽调制(SPWM)逆变器的输入输出特性与单重时进行了比较分析,并通过PSCAD建模及仿真,验证了该多重化电路结构在提高系统容量的同时,有效抑制了谐波的输出,从而提高了电能质量,满足对孤立网络的并网要求.     

永磁直驱风力发电机变流系统的谐波分析

结合中国海油总公司设计建造的国内第一座海上风电站的仿真研究项目,分析了一种考虑到现有开关器件功率水平,符合MW级直驱永磁型风力发电要求的变流电路,即多重化并联结构。将其主要电路即多重化并联升压斩波器及空间脉宽调制（SPWM）逆变器的输入输出特性与单重时进行了比较分析,并通过PSCAD建模及仿真,验证了该多重化电路结构在提高系统容量的同时,有效抑制了谐波的输出,从而提高了电能质量,满足对孤立网络的并网要求。     

风能并网系统中双Boost变换器的研究

对直驱式风力发电系统中交错并联控制器的研究和控制进行了较为深入的分析,得出了单Boost电路下的小信号模型下的传递函数,并据此设计了PI参数。对并联的Boost电路的均流控制和控制时的电流采样时间进行分析。对此,在3.5 kVA的并网逆变器上进行了实验验证,实验结果验证了设计的正确性和价值。     

基于滑模观测器的永磁直驱风电机组位置自检测控制

以消除位置传感器和开发可靠的转子位置自检测技术为目标,提出了一种基于滑模观测器的兆瓦级永磁直驱风力发电机组位置自检测方案。该控制策略中,首先根据发电机定子反电势中蕴藏转子的位置和速度信息的原理,以估算定子电流与实际电流的理想状态轨迹设计了滑模面及滑模观测器,然后根据风电机组的控制目标设计了变流器的机侧和网侧控制算法。此外,控制对象选为三电平中点钳位型背靠背全功率变流器,并采用三电平空间矢量调制算法,以减小输出总谐波含量。最后,基于MATLAB/Simulink仿真平台搭建了风电机组的仿真计算模型,并进行了仿真计算。计算结果表明,在基于滑模观测器的转子位置自检测控制和变流器网侧解耦控制作用下,风电机组实现了最大功率点跟踪和电能馈送功能,验证了所提出控制方案的有效性。     

基于测试数据的直驱永磁风电机组简化等值建模和参数辨识

风电机组工作状态可以分为正常、故障和故障恢复过程,故障期间和故障恢复过程中变流器的控制策略会改变.分析直驱永磁风电机组电压跌落测试数据,机组外特性存在逻辑判断、限幅等强非线性环节,难以进行机理建模.对机组进行非机理建模,根据机组输出的外特性构建其简化模型,其中阻抗反映机组短路电流特性,电流源控制回路反映机组功率输出特性.电流源控制回路根据直驱永磁风电机组定功率、定电压的控制特性构建,其考虑了控制目标、时间常数、限幅以及逻辑等环节.简化模型中的参数通过电压跌落实测数据辨识获得.仿真结果表明所提模型能准确反映机组在电压跌落过程中的特性,满足暂态稳定分析的要求.     

非隔离交错并联型全桥可控电流源

对共直流母线的非隔离全桥可控电流源逆变器交错并联的几种控制策略进行了分析比较。分析了载波交错单极性倍频控制下电感电流的谐波构成,根据工作模态推导了该逆变器在交错并联状态下单个电感电流的最大脉动量表达式,并对比了不交错与交错情况下的脉动差异,为电感优化设计提供了指导。最后通过仿真和实验验证了分析的正确性。     

直驱型风电系统网侧变流器LVRT控制策略研究

针对直驱型风机变流器的控制,提出了采用一种基于正负序并网电流解耦控制网侧变流器矢量控制策略,实现了当电网平衡或不平衡时全功率风力发电系统的稳定运行。根据风电系统需具备低电压穿越(LVRT)能力要求,采用所提控制策略并结合直流卸荷保护电路控制电网故障条件下的直流电压,从而实现了直驱型风力发电系统的故障穿越控制。仿真和实验结果表明,所提控制策略应用到直驱型风力发电系统中,可满足电网导则标准中关于全功率风力发电系统的并网电流控制要求。     

基于超级电容蓄能的永磁同步海上风电低电压穿越研究

为避免电网电压跌落导致海上风电机组脱网运行,分析了直驱永磁同步海上风电系统的双PWM全功率变流器控制策略,提出了一种基于超级电容器蓄能的海上风电机组并网运行低电压穿越方案。在双向变流器的直流侧并联超级电容蓄能系统,利用超级电容来维持电网故障时的功率平衡,稳定直流侧母线电压。利用网侧变流器静止无功补偿运行模式控制无功电流输出,向电网提供无功功率支持。仿真结果表明了该方案在电网故障时,能有效抑制直流侧过电压,向电网提供无功功率,有利于电网故障恢复,提高了直驱永磁海上风电系统的低电压穿越能力。     

永磁直驱风电机组的机侧多整流器并联运行控制研究

永磁直驱风电机组的容量通常达到了兆瓦级,采用并联型结构是主要的扩容方式。传统的风电变流器机侧整流器具有独立的直流母线,虽具有控制简单的优点,但也存在成本高、体积增加等问题。针对这个问题,提出了一种新型的永磁直驱风电机组机侧多整流器共直流母线并联运行控制策略。该控制策略的控制目的是抑制共直流母线的整流器模块之间由于不同步造成的环流,因此首先对具有公共直流母线的多整流器运行的直流环路和零序电流动态进行了建模和分析,设计了独立的电流控制器,并通过同步载波移相配合生成了多簇脉冲调制信号给不同的整流器模块,但相互的控制器使用了同一个转子位置观测器,从而实现了每个模块的电流同步和均衡,并匹配了最优的总发电机转矩。最后,为了验证控制策略的有效性,基于1.5 MW的永磁直驱风电机组试验平台进行了试验研究。试验结果表明,在新型控制策略下,变流器机侧多整流器模块能正常运行,并具有较优的性能。