电网电压不平衡时永磁直驱风电机组的控制策略

详细分析了电网电压不平衡条件下永磁直驱风电机组的运行情况,根据电网电压不平衡条件下风力发电机组不同的运行要求,提出基于三种可选控制目标的网侧变换器控制方案,同时采用正序电网电压定向方式简化得到网侧变换器的正、负序电流参考量。所提方案可实现在不平衡电压条件下抑制并网有功功率/直流链电压二倍频波动,抑制并网无功功率二倍频波动或抑制网侧负序电流的控制目标,进一步提高了电网电压不平衡下永磁直驱风电系统运行的稳定性和可靠性。通过对电网电压不平衡下永磁直驱风电系统运行行为进行仿真计算和对比分析,验证了所提控制策略的正确性和有效性。     

电网电压不平衡时永磁直驱风电机组的控制策略

详细分析了电网电压不平衡条件下永磁直驱风电机组的运行情况,根据电网电压不平衡条件下风力发电机组不同的运行要求,提出基于三种可选控制目标的网侧变换器控制方案,同时采用正序电网电压定向方式简化得到网侧变换器的正、负序电流参考量.所提方案可实现在不平衡电压条件下抑制并网有功功率/直流链电压二倍频波动,抑制并网无功功率二倍频波动或抑制网侧负序电流的控制目标,进一步提高了电网电压不平衡下永磁直驱风电系统运行的稳定性和可靠性.通过对电网电压不平衡下永磁直驱风电系统运行行为进行仿真计算和对比分析,验证了所提控制策略的正确性和有效性.     

电网电压不平衡下双馈型风电场可控运行区域及其控制策略

电网电压不平衡条件下,双馈感应发电机(DFIG)风电机组实现电磁转矩无脉动等不同传统控制目标时所需要的负序电流幅值不同。结合电网电压不平衡条件下电网侧变换器(GSC)与转子侧变换器(RSC)实现各传统控制目标时所需的负序电流幅值,通过详细分析等值DFIG风电场GSC与RSC的输出负序电流能力,得到基于不同电网电压不平衡度和系统有功出力的DFIG风电场可控运行区域。以该可控运行区域为基础,提出电网电压不平衡条件下DFIG风电场的多目标协调控制策略,即根据电网电压不平衡度及系统有功出力选择或切换系统最优控制目标,进而改善不平衡电压下DFIG风电场的运行能力及所并电网的电能质量。仿真与实验结果验证了所提方案的可行性。     

抑制负序和谐波电流的永磁直驱风电系统并网控制策略

在详细分析永磁直驱风力发电系统并网电流负序分量及谐波分量产生机理的基础上,从改善永磁直驱风电系统输出电能质量的角度出发,提出了一种采用准比例谐振(quasi-proportional-resonant,quasi-PR)控制器抑制并网负序电流分量及谐波电流分量的控制策略。该控制策略不仅可有效抑制由电网电压不平衡引起的并网电流负序分量,而且能抑制由电网电压或发电系统引入的低次谐波电流分量。仿真验证了上述控制策略的正确性和可行性。     

电网电压不平衡时的改进虚拟同步机控制策略

在电网电压不平衡并网逆变器瞬时功率数学模型基础上,分析了传统虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)控制在电网电压不平衡时存在的问题:逆变器输出电流三相不平衡,输出有功功率及无功功率出现2倍电网频率波动,提出了一种改进型VSG控制策略。改进后的控制策略在dq坐标系下,利用平衡电流VSG控制得到基准正序电流指令,结合电网电压不平衡参数以及瞬时功率数学模型,得到不同控制目标下,并网逆变器正、负序电流指令值,并分别对正、负序电流指令进行跟踪得到正、负序电压调制信号,将正、负序电压调制信号合成为最终调制信号。改进后的VSG控制策略不改变VSG控制机理,保留VSG原有控制特性,分别实现了输出电流三相平衡,抑制有功或无功功率2倍电网频率波动的控制目标。仿真及实验结果表明所提出控制策略的有效性。     

电网电压不平衡时全功率风电并网变流器的控制策略

电网电压不平衡条件下,电压负序分量将导致直驱式永磁同步风电机组(permanent magnet synchronous generator,PMSG)全功率并网变流器的直流侧电压出现2倍电网频率的谐波,长期处于此工况下将显著影响直流侧电容的使用寿命,危及机组的稳定运行。建立了电网侧变流器的数学模型,在计及并网阻抗对有功功率影响的基础上,提出了一种以增强直流侧电压稳定性为目标的控制策略。其中,电网侧变流器正负序电流指令通过保证直流侧电容及并网电抗器之间无2倍频振荡的有功功率流得到,指令的计算无需求解复杂的高阶矩阵,也没有引入更多的变量。由直驱式永磁同步风电机组的仿真结果验证了所提出的电压控制策略的有效性。与传统的平衡控制策略相比,这种控制策略能在实现直流侧电压稳定控制的同时,使输出至电网的有功功率2倍频波动得到有效抑制,提高了该型机组不平衡电网电压条件下不间断安全稳定运行能力。     

不平衡电压下并网逆变器的预测电流控制技术

在推导不平衡电网电压下并网逆变器数学模型和瞬时有功、无功功率数学模型的基础上,提出了实现三相电流平衡、有功功率或无功功率无波动为控制目标的控制策略,讨论了不同控制目标下并网逆变器正序和负序电流指令计算原则。为实现正序和负序电流的准确控制,设计了在两相静止坐标系下的预测电流控制方案,以消除电流采样延时和正负序分解导致系统运行性能下降的影响。最后搭建了3 kVA并网逆变器的试验系统,试验结果验证了理论分析的正确性以及预测电流控制方案的有效性。     

不平衡电压下并网逆变器的预测电流控制技术

在推导不平衡电网电压下并网逆变器数学模型和瞬时有功、无功功率数学模型的基础上,提出了实现三相电流平衡、有功功率或无功功率无波动为控制目标的控制策略,讨论了不同控制目标下并网逆变器正序和负序电流指令计算原则。为实现正序和负序电流的准确控制,设计了在两相静止坐标系下的预测电流控制方案,以消除电流采样延时和正负序分解导致系统运行性能下降的影响。最后搭建了3 kVA并网逆变器的试验系统,试验结果验证了理论分析的正确性以及预测电流控制方案的有效性。     

永磁直驱风机通过MMC-HVDC并网的故障穿越策略

当受端交流电网发生严重短路故障,经柔性直流并网的风电场必须降低出力,使直流输电系统的直流电压保持在安全范围内。针对永磁直驱风机经MMC-HVDC并网系统,提出一种提升其故障穿越能力的控制策略。该策略结合降低风电场交流电压和降低风机输出有功电流2种方式,可以实现风电场侧有功功率的快速降低。同时,为了在故障时限制永磁直驱风机直流链电压的增长,在风机中引入直流电压偏差控制。仿真结果表明:主网发生对称和不对称故障时,MMC直流电压和永磁同步风机直流链电压均可维持稳定,系统可以实现故障穿越。     

不平衡电网电压下永磁直驱风电机组的运行与控制

针对电网电压不平衡故障,分析了永磁直驱风电机组的运行特性,提出了一种在正序旋转坐标系下网侧变换器控制策略。该控制策略针对不同的控制目标得到dq轴电流的给定值,并采用比例积分谐振控制器实现dq轴电流的控制,可实现在不平衡电网电压下抑制有功功率二倍频波动、抑制无功功率二倍频波动以及同时抑制网侧有功功率和无功功率二倍频波动。Matlab仿真结果表明,本文所提控制策略能够有效地实现各种控制目标。     

并网逆变器电压支撑的参考电流值

为了使新能源并网逆变器在电网故障时,安然度过电压暂降,并通过注入无功功率以支撑电网电压,提出了实现三相电压均衡、提升或消除有功功率波动为控制目标的并网参考电流值的设置方案。首先分析了电网电压不平衡下,αβ静止坐标系中电压正负序分量、电网电流与功率的关系,引入参数k控制无功电流中正序与负序分量间的关系,推导出电网参考电流的表达式,以及消除有功功率振荡的k取值范围。再对最大并网电流进行了限制,以穿越电网故障,使并网逆变器不脱网。最后通过采用αβ静止坐标系中比例谐振电流环控制,三相并网逆变器在不同参考电流下实现了电网电压提升、均衡或者抑制有功功率振荡的功能。     

永磁直驱风机低电压穿越协调控制策略

已有的平衡控制策略无法同时兼顾直流侧电压稳定和并网有功无2倍工频波动,为此提出一种适用于永磁直驱风机的改进低电压穿越协调控制策略。该策略基于功率平衡思想,电网电压不对称故障期间,利用机侧变流器追踪并网输出有功,确保直流侧两端的功率流动基本平衡;通过在直流侧增加前馈控制环节,在消除并网有功2倍工频波动分量的同时,可维持直流侧端电压稳定;通过修正网侧变流器的参考电流指令,可使网侧电流维持在额定值附近。基于Matlab/Simulink搭建了永磁直驱风电仿真系统,验证了其有效性。在电网单相、两相短路故障时,该策略均可在抑制直流侧电压和并网有功波动的同时,有效地限制网侧电流幅值,更好地支持系统低电压穿越。     

并网型直驱式永磁同步风力发电系统暂态特性仿真分析

为了研究并网的大容量直驱式永磁风力发电系统的暂态特性,基于Matlab建立了风速、风轮机、直驱式永磁同步发电机的模型;研究了直驱式风力发电系统全功率双脉宽调制变流器的控制策略及桨距角控制系统。以含风电场的简化电网为例研究了风电场接入电网后,电网电压降落及风电场附近母线发生单相短路、三相短路接地故障时,直驱式永磁风力发电系统的暂态特性;仿真结果表明电网故障时,直驱式永磁风力发电系统可以进行无功功率控制,对电网电压的恢复有积极作用,不向短路点提供短路电流,确保风电系统连续运行,提高了电力系统的安全稳定性。     

不平衡电网电压下光伏并网逆变器滑模直接电压/功率控制策略

不平衡电网电压下,光伏并网逆变器的输出功率和输出电流都将产生波动,给电力系统的稳定运行造成不利影响。根据光伏并网系统的数学模型,提出了光伏并网逆变器基于滑模控制的直接电压/功率控制策略。该控制策略可在电网电压不平衡时有效抑制并网逆变器输出有功功率和无功功率的波动。根据光伏并网逆变器输出功率和正、负序电流的关系,提出了以消除负序电流为控制目标的改进控制策略。此外,为提高系统的运行性能,提出了功率电流协调控制策略。最后,对所提出的控制策略进行了仿真分析,仿真结果验证了所提出控制策略的有效性。     

电网电压不平衡时对风电并网变流器的控制研究

针对电网电压不平衡时,永磁同步风力发电机组并网变流器直流侧电压存在2倍频的波动,进而造成网侧交流输入电流产生3次谐波,输出功率波动等问题,分别提出了以抑制输出有功功率、无功功率的2倍频波动和负序电流分量为控制目标的控制策略。系统采用双闭环控制策略,外环采用径向基(RBF)神经网络自整定PI控制器,内环采用准比例谐振电流调节器(PR)。在电网电压不平衡时通过对永磁同步风力发电系统网侧变流器的仿真和对比分析,验证了所提新型控制策略的正确性及有效性。     

不平衡电网电压下虚拟同步发电机模型预测控制

虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator, VSG)控制算法,可为电网提供惯性并参与电压及频率调节,但在电网电压出现不平衡时会导致并网电流不平衡及有功、无功功率波动的问题,严重影响了并网电能质量。针对此问题,提出了一种不平衡电网下VSG模型预测控制策略,通过基于快速电压矢量选择的模型预测控制策略来控制所重构的正序及负序电流分量,达到有功功率恒定、无功功率恒定及电流平衡的控制目标。此外还引入负序电流调节系数,进而实现这三个目标的协调控制。     

不平衡电网电压下基于FPNSC算法的逆变器并网输出电流峰值控制策略

针对电网电压不平衡下电压负序引起的逆变器输出功率波动、电流峰值上升、谐波增大等问题,提出了一种基于灵活正负序控制(FPNSC)算法的逆变器并网输出电流峰值控制策略,在降低了并网电流畸变率的同时,将输出电流约束在允许范围内,保障了有功传输与动态无功支撑。通过引入正负序控制因子,FPNSC算法使输出正负序有功与无功的控制更加灵活。文中给出了不同控制目标下正、负序控制因子的选取及参考电流的计算方法;根据不平衡电网电压下逆变器控制目标,提出了基于FPNSC算法的电流峰值限制方法。仿真与实验验证了所提方法的正确性与有效性,该方法可推广应用于分布式并网发电系统中。     

不平衡电网下并网逆变器的模型预测电流限幅灵活控制

针对不平衡电网电压下,并网逆变器出现的功率波动和过电流问题,提出了一种并网逆变器不平衡及电流限幅模型预测控制方法。该方法以平衡电流、抑制有功和无功功率振荡为目标来设计电流参考发生器,然后通过功率参考发生器获取功率参考设定值与输出电流峰值阈值的定量关系,用于指导不平衡电网电压下的功率参考设定。在此基础上,利用空间矢量调制原理给出了基于参考电压建立代价函数法的并网模型预测电流控制策略,实现对参考电流的准确跟踪。仿真和实验结果表明,所提方法可以灵活地实现电网电压不平衡条件下的输出电流平衡、有功恒定或无功恒定的控制目标,且能有效限制平衡电流模式、恒定有功模式以及恒定无功模式下的电流峰值。     

直驱风力发电故障穿越控制方法综述

首先根据电网故障特征,分析了直驱风力发电机组在故障运行条件下的功率关系,根据分析结果将电网故障情况下机组实现故障穿越所面临的问题总结为由电网电压正序分量有效值下降带来的“有功不平衡”和电网电压负序分量带来的“功率波动”2类问题.在此基础上,对目前直驱风力发电机组的故障穿越方法进行了总结和分类,将“有功不平衡”控制策略分为减小发电机的输出功率来减小换流器的输入功率、在直流母线处消除不平衡功率、增大网侧换流器输出功率能力3种方法;将“功率波动”控制策略分为消除并网电流负序分量和消除直流母线电压纹波2种方法,并分析了不同方法的优缺点.根据现有方法的优缺点对直驱风力发电机组故障穿越控制方法的研究方向进行了展望.     

基于模型预测控制的并网逆变器不平衡控制

电网电压发生不平衡故障时,大功率并网逆变器有效的调节控制可以提高其并网运行的能力。主要研究在α,β坐标系中三相并网逆变器的模型预测控制(MPC)策略。在电网电压不平衡的故障下,大功率并网逆变器充分利用MPC在低开关频率条件下的高动态性能和稳定性能,直接对正负序电流进行控制,避免了电流的正负序分解,通过控制电网负序电流为零、抑制有功功率或无功功率二倍频脉动,以满足电网电压不平衡时逆变器的并网电流要求。在一台2 kW的L型并网逆变器实验平台上进行了实验验证,依次实现了3种控制目标。实验结果表明了该方法的有效性及正确性。