电网电压对称跌落时双馈风力发电系统的暂态分析与控制

通过对电网对称跌落时双馈电机内部电磁过渡过程的分析,推导出了双馈电机在电网故障情况下定子磁链、转子电压的数学表达式。提出了一种分段控制策略,把故障分为2个阶段,第1阶段采用主动Crow bar保护,使定子磁链和转子电压快速衰减;第2阶段恢复变换器的励磁控制,注入退磁电流和无功电流,有效地实现了双馈电机的故障穿越。分段控制策略缩短了Crowbar保护时间,有助于电网的快速恢复。仿真结果证实了所提出控制策略的有效性与正确性。     

对称电网电压骤升下双馈电机暂态分析

风电场的电网电压骤升故障会造成双馈风力发电机定子绕组中产生定子磁链的暂态直流分量,甚至引起比电网电压跌落更强的双馈电机定、转子电流和电磁转矩的冲击。为研究双馈风力发电机的高电压穿越(HVRT)特性,首先分析了电网电压骤升的产生机理和电网电压骤升及恢复过程中双馈电机电磁过渡过程,讨论了撬棒电阻对HVRT的影响,并与低电压穿越(LVRT)情况做了对比。     

双馈电机电压跌落暂态过程分析

为了便于研究并网双馈风力发电机组低电压穿越运行的控制策略,有必要对电压跌落时双馈风电机组的暂态特性进行分析.本文利用双馈发电机定转子磁链的暂态变化机理,推导并提出了双馈风电机组在电网电压骤降时的定子暂态电流和电磁转矩的解析表达式.在此基础上,通过对表达式的分析得到影响电压跌落电磁过渡过程的本质因素.在理论分析基础上,为了验证所提电磁过渡过程的正确性,建立了1.5MW双馈电机低电压穿越控制模型,仿真结果表明:电网电压跌落时,双馈电机定子侧电流和电磁转矩与理论分析基本一致,因而可以说明本文电压跌落的分析方法能够正确地反映电压跌落过程中的电磁现象,可以为双馈电机LVRT控制策略的研究提供足够的理论依据.     

电网电压不对称时双馈电机鲁棒控制器设计方法

介绍了一种基于H∞鲁棒控制理论的双馈电机(DFIG)电流控制器设计方法,可用于提高双馈风力发电机在电网电压不对称条件下的运行性能。首先从减小电流畸变或者抑制功率二倍工频脉动的角度出发,根据正负序分解理论得到了转子负序电流补偿控制策略;然后给出了双馈电机H∞电流控制器的设计过程,并详细分析了控制器性能的限制条件与相应权函数的选择方法。通过μ分析发现,与通常使用的PIR控制相比,本文所提H∞控制器具有受系统参数和运行状态变化影响小、鲁棒稳定性高的优点,并且能够更加有效地抑制定子固有振荡模态,减弱不对称电压跌落时的过渡过程。最后通过仿真验证了本文所提方法的有效性。     

电网电压不对称跌落时DFIG的控制策略研究

相比于对称故障,不对称故障时双馈风力发电机(Doubly Fed Induction Generators, DFIG)的电磁暂态过程更为复杂,对DFIG造成的危害也越大。从电网电压不对称跌落时DFIG的电磁暂态过程入手,分析了DFIG各电磁量产生二倍频波动和过电流的直接原因。在此基础上,提出了一种电网电压不对称跌落时转子侧变换器(Rotor Side Converter, RSC)的转子电压补偿控制策略,通过控制RSC交流侧的输出电压,对转子暂态电动势和负序电动势进行补偿。该控制策略可在电网轻度不对称故障时有效消除转子电流二倍频波动;在电网严重不对称故障时最大限度地减小转子电流冲击,增强DFIG的低电压穿越能力。此外,根据转子侧变换器的电压容量,对补偿控制策略的完全补偿范围进行了分析。仿真结果验证了所提出控制策略的有效性。     

电网电压深度不对称跌落时的双馈风电变流器控制技术

针对电网电压不对称跌落故障,提出一种用于双馈风机的变流器控制策略,以满足低电压穿越标准的要求。策略使用转子侧变流器控制转子正序电流以保证风机的有功和无功输出,网侧变流器保持额定电流输出能量,同时使用斩波器稳定直流母线电压。针对1.5MW双馈风电机组进行了仿真模型和实际测试验证,结果表明该策略有效保证了双馈风机系统低电压穿越的实现。     

电网电压不对称跌落下双馈风电机组转子电压分析

在实现低电压穿越的过程中,双馈感应发电机(DFIG)定子始终与电网相连,电机在电网电压跌落和恢复作用下的磁链动态响应会引起转子过电压,威胁转子变流器的安全,导致低电压穿越失败。文中基于DFIG动态模型,针对电网电压三相不对称跌落,提出了根据正序和负序电网电压分别求解电机定子磁链和转子电压动态响应的方法,采用电机定子磁链和转子电压矢量轨迹图直观地描述了电机动态响应过程,并给出了转子电压在不对称跌落期间的稳态值、不同跌落和恢复时刻下的最大值和最小值。相应的DFIG仿真结果验证了所述理论分析的正确性。最后,提出了一种转子有源Crowbar电阻的设计方法。     

电网对称故障时双馈电机虚拟电阻控制技术

为拓展电网电压对称故障时双馈感应发电机的不间断运行范围,提高双馈感应发电机的运行可靠性。以双馈感应发电机数学模型为基础,通过分析双馈感应发电机的磁链阻尼特性,研究发现电网电压故障会引起双馈感应发电机磁链的剧烈振荡并产生较长时间的过渡过程。进而给出了一种基于比例反馈校正的虚拟电阻控制技术,以有效抑制双馈感应发电机定子磁链的自由振荡,改善电网电压故障时双馈感应发电机过渡过程,并在此基础上对虚拟电阻阻值进行整定与优化设计。最后,通过所搭建的双馈感应发电机实验平台,对虚拟电阻整定原则的合理性与改进控制策略的有效性进行了实验验证。     

电网电压不平衡条件下双馈电机转子侧功率控制

本文提出了一种新型的补偿控制策略,能够提高电网不平衡下双馈电机的动态性能,有效减小有功功率和无功功率的波动。论文对转子侧变换器(Rotor-side converter—RSC)正序旋转坐标系下d轴电压迚行定向,因不需要双矢量控制,所以提出的控制方法简单、可靠。这种方法具体实施在RSC中,在电网工作在不同功率情况下,提高了RSC运行能力,同时减弱对电机的损伤。本文最后通过Matlab/Simulink仿真和4k W双馈异步电机实验平台对所提出的控制策略迚行验证。仿真和实验结果吻合,都能够达到所需要求。     

电网电压波动时双馈电机的无功补偿特性分析

双馈电机网侧变换器可以吸收或发出无功功率。电网电压波动将影响双馈风机输出特性,系统需吸收或发出无功功率来维持电网稳定。通常,双馈电机都会在并网点安装就地无功补偿装置。本文研究了双馈电机无功特性,当电网电压波动时,由电机本身来补偿电网因电压波动引起的无功需求。通过改变网侧变换器无功参考值,来调节网侧的输出无功功率。结合理论以及仿真验证分析得出该方案的可行性,在电网电压波动时,双馈电机能有效提供所需无功,对电网电压起到稳定性作用。     

应对电网电压骤降的双馈感应风力发电机Crowbar控制策略

双馈感应发电机(doubly fed induction generator,DFIG)具有有功、无功功率独立调节的能力及励磁变频器所需容量小等优点,在风力发电系统中得到了广泛应用,但由于励磁变频器的容量较小,使其在电网故障下的控制能力受到限制。为保护励磁变频器,需要采用Crowbar装置在电压骤降时为转子浪涌电流提供通路,并限制转子电流增大。文章提出了一种Crowbar控制策略,能有效抑制转子过电流、直流母线过电压以及电磁转矩的振荡,并可向电网注入无功电流以帮助电网电压的恢复。仿真结果验证了这种控制方式能使DFIG在大幅电压骤降故障下实现不间断运行,有效提高了DFIG风电机组运行的可靠性。     

DFIG高电压穿越暂态特性分析及控制策略改进

针对双馈感应发电机(DFIG)高电压穿越问题,本文详细分析了DFIG在电网电压骤升至恢复期间的磁链变化.在此基础上,从转子侧和电网侧分析了电压突升故障期间DFIG的瞬态特性;提出将前馈补偿分量添加到转子侧换流器功率外环来改进转子侧换流器的控制策略;为了抑制直流母线电压波动,对网侧换流器进行控制策略改进.仿真结果表明,改进控制策略显著降低了转子电流和直流母线电压的冲击幅度,大大提高了DFIG的瞬态响应.     

电网不对称故障下双馈风力发电机组的LVRT研究

本文在研究了电网电压不对称对双馈风力发电机(DFIG)的影响以及DFIG正、负序数学模型的基础上,分析了电网电压不对称条件下对系统输出有功、无功的构成,提出在转子侧和网侧采用正、负序分量分离控制与传统Crowbar电路结合的控制策略,并对Crowbar阻值和投切时间进行分析。最后通过Matlab对系统进行验证,仿真结果表明在电网不对称故障时,这种控制策略可以消除负序电流对定子侧有功功率、无功功率、电磁转矩和直流侧电压的影响,实现不对称故障穿越。     

双馈风力发电低电压故障穿越控制策略研究

研究了一种双馈风力发电低电压故障穿越控制策略。分析了电网故障时风力发电机的暂态电磁关系和转子的过电流原因。在不改变系统硬件结构情况下,通过对双馈电机转子的励磁控制策略来实现低电压故障穿越控制。建立了双馈风力发电低电压故障穿越控制的数学模型,在电网对称故障和非对称故障条件下,对双馈风力发电低电压故障穿越进行了仿真研究,介绍了仿真结果。     

电网电压对称跌落下的双馈感应风力发电机磁链有源衰减控制

双馈感应发电机定子与电网直接相连,容易受到电网扰动的影响甚至造成故障停机。电机参数决定了系统具有欠阻尼特性,在电网电压扰动下的磁链暂态振荡时间较长,不利于低电压穿越期间实现快速无功补偿。本文基于双馈感应发电机定转子磁链4阶状态方程,通过求解系统特征根的方法重点分析了定子暂态磁链的衰减速率及其影响因素,提出了一种转子侧变流器磁链有源衰减的改进控制策略,合理控制转子电流加快暂态磁链衰减并消除磁链振荡。仿真和实验结果说明改进控制策略对暂态磁链衰减和降低转子过电压和过电流的良好效果,验证了理论分析的正确性和改进控制策略的有效性。     

双馈风力发电系统优化控制

本文双馈风力发电系统,提出了一种基于滑模理论的非线性控制方法,选择风力机转速和最优转速的差值为滑模面,设计滑模控制器。此外,采用定子磁链定向的矢量控制技术,实现有功功率、无功功率的解耦控制。最后,根据风力机最优功率运行曲线,对6k W的双馈风力发电系统进行最大风能追踪控制研究。仿真结果表明,在给定随机风速情况下,风力机能基本保持最佳叶尖速比和最大风能利用系数,最大限度的输出功率,实现最大风能追踪控制,减小机械载荷。     

双馈风力发电系统的低压穿越运行与控制

根据紧急电网规程要求,风电场须具备外部电压故障下不间断运行能力,即电网故障时风电机组应能保持与电网连接并向系统不间断供电。由于双馈感应发电机（DFIG）励磁变换器容量有限,电网故障时会产生转子过电流和变换器直流环节过电压,须实行保护和控制。讨论了外部电压骤降下DFIG风电系统的低压穿越控制策略和保护方案,并对一台1．5Mw商用DFIG风电系统进行了仿真研究。结果表明快速短接保护装置（Crowbar）的切除时刻和所用串联电阻大小对故障电网恢复和变换器保护有较大影响。配合Crowbar而采用串联电阻及改进网侧变换器控制策略的方式,可以实现DFIG成功穿越定子剩余电压为15％的电网骤降故障,且无需吸收大量无功功率,有利于电网的恢复。     

SWITSC的双馈发电机暂态特性及高电压穿越控制策略研究

目前,常规双馈感应风力发电机(DFIG)的低电压穿越问题受到了广泛关注,但DFIG的高电压穿越(HVRT)问题研究甚少;且在发生定子绕组匝间短路(SWITSC)故障时,DFIG机组的HVRT问题鲜有研究.在分析SWITSC故障下的电磁特性和HVRT时的暂态特性基础上,提出一种撬棒电路和直流斩波电路相结合的HVRT控制策...