考虑锁相环的双馈风力发电机组无源控制

为了降低大规模变速风力发电机接入电网的运行风险,需要研究风力发电机组的控制策略,增加风电对系统功率振荡的抑制能力。该文通过锁相环实现dq坐标系定向以及输出参考点频率值,考虑锁相环的动态作用建立风力发电机组和电网频率之间的端口受控耗散哈密尔顿(PCHD)模型,根据系统平衡方程求得双馈风力发电机组(DFIG)各个状态变量的期望平衡点,然后采用互联和阻尼分配无源控制(IDA-PBC)方法获得转子电压反馈控制律,从而得到DFIG机侧换流器控制和附加阻尼控制器,以改善系统的低频振荡特性,最后以单机无穷大系统和IEEE4机2区域系统为例验证本文所提方法的有效性。     

电压不平衡下双馈感应发电机机侧变换器无源控制方法

电网电压不平衡时对双馈感应发电机(DFIG)系统的正常运行有很大损害,传统的控制方法不能完全解决此问题。根据电压不平衡情况下DFIG的工作原理,文中提出了基于端口受控的耗散哈密顿(PCHD)模型的互联和阻尼分配的无源控制(IDA-PBC)方法进行DFIG机侧变换器的控制器设计,详细推导出DFIG机侧变换器分别在正序和负序下基于PCHD模型的IDA-PBC控制器,并计算出了在消除电压不平衡引起的定子输出功率的2次谐波、转子电流的2次谐波以及定子电流的2次谐波等3种不同的控制目标下对应的定子电流和转子电流的给定值。仿真和实验结果表明,所提出的控制方案能有效地抑制电网电压不平衡故障时定子及转子的不平衡电流和降低定子输出功率的波动,且优于传统的比例—积分—微分控制方法。     

基于PCHD模型的柔性直流输电鲁棒控制

基于柔性直流输电系统的数学模型与端口受控耗散哈密尔顿(PCHD)方程建立了换流器三相坐标系下的PCHD模型,并导出了换流器在dq旋转坐标系下的PCHD模型,证明了换流器的严格无源性。通过配置连接矩阵与阻尼矩阵构造期望能量函数,并确立为Lyapunov函数。通过注入阻尼矩阵消除了换流器直流侧等效电阻对系统的影响。由期望平衡点、状态变量及互联和阻尼分配无源性(IDA-PB)控制原理设计了换流器的IDA-PB控制器。在不同的运行条件下用PSCAD/EMTDC软件对控制系统进行了仿真,结果表明所提出的控制策略具有良好的动、静态性能和鲁棒性。     

新型拓扑滤波器的双馈风电网侧变流器阻尼策略

对基于LCL滤波的双馈风力发电机组网侧变流器谐振阻尼策略进行研究。首先对电容串联和并联电阻的无源阻尼方式在滤除高次谐波和阻尼电阻功率损耗方面进行比较研究。其次,为降低无源阻尼方式中电阻的功率损耗,提出一种新型的有源阻尼策略。在对网侧变流器采取电网电流反馈闭环控制的基础上,利用电容电流和比例环节对电网电流闭环极点进行配置,以增大控制系统的阻尼,抑制谐振发生;同时对比例环节参数对电流闭环的影响进行分析,并给出参数的选择原则。最后,通过搭建基于LCL滤波器的双馈风力发电系统网侧变流器仿真模型和实验系统,对理论进行验证。仿真和实验结果都证明了理论的正确性。     

磁悬浮系统的哈密顿建模和无源控制

针对磁悬浮系统非线性特点,采用端口受控哈密顿系统理论与无源性控制原理研究磁悬浮系统的建模和控制。将磁悬浮看作能量变换装置,从能量平衡角度推导出单自由度磁悬浮系统的端口受控哈密顿模型。在哈密顿结构基础上,引入结构互联和阻尼配置,给出闭环系统期望的哈密顿函数,设计了磁悬浮系统的无源控制器。设计中直接采用哈密顿函数作为存贮函数,保证了数学严密性,且使系统在满足无源性的条件下达到要求的性能,具有明确的物理意义。仿真结果表明,系统能够快速响应,并且对负载的变化具有很强的抗干扰性能。     

基于PCHD模型的振荡浮子式波浪发电系统的无源控制

波浪能是最复杂的一种可再生能源,这一特性导致其功率控制算法的实现性差。针对这一问题,文章基于一种全封闭的振荡浮子式波浪发电系统的动力学模型,构建波浪发电系统的端口受控的耗散哈密顿模型(PCHD),并设计无源性控制器,为改善系统动态响应在无源性控制器中注入阻尼。仿真结果表明,在波浪变化条件下,该系统能实现最佳状态的快速跟踪,且有良好的动态特性。通过采用PCHD模型,使控制器设计过程具有结构性的特点,物理意义清晰,设计简单。     

永磁同步电机的哈密顿建模与无源性控制

针对永磁同步电机（PMSM）转速调节问题,采用端口受控哈密顿（PCH）系统和无源性控制原理,研究了PMSM的建模与控制。将PMSM看作是二端口的能量变换装置,基于PCH系统理论建立了PMSM的非线性数学模型。利用能量成型和无源性控制方法。给出了PMSM的速度控制原理,反馈控制问题被归结为一类偏微分方程的求解。通过选择期望的闭环系统哈密顿函数,可将偏微分方程转换成一组普通的方程,从而使求解变得容易。分析了永磁同步电机速度控制系统平衡点的稳定性,并设计了控制器。仿真结果表明所设计的方案具有很好的转速跟踪性能。     

基于虚拟同步发电机和无源性控制的DFIG机侧控制策略

传统的双馈感应发电机(doubly-fed induction generator, DFIG)矢量控制因其惯性与电网频率波动解耦而不能为电网提供额外的有功功率支持,为此在DFIG转子侧变流器控制中引入一种改进的虚拟同步发电机(virtual synchronous generator, VSG)控制策略。针对传统VSG控制存在的频率偏差问题,通过在有功下垂环节中加入一个Washout滤波器,实现了在不需要增加额外2次控制回路情况下就能使频率保持在工频50 Hz附近。同时,为解决传统VSG中电压电流双环控制中内环电流PI控制存在的动态响应有限、鲁棒性不强等问题,首次在内环电流控制中引入了基于端口受控的耗散哈密顿(port controlled Hamiltonian with dissipation, PCHD)模型的无源性控制(passivity-based control, PBC)方法,设计了转子侧变流器的无源性控制器。最后,搭建了DFIG仿真系统进行实验验证,结果表明了本文所提控制策略的有效性和优越性。     

双馈风力发电机网侧变流器的一种新型并网控制策略

对大功率双馈风力发电机网侧变流器并网方式进行研究,充分利用了双馈风力发电机网侧变流器的数学模型及适时的分段加入各控制环方法来实现该控制方案,详细地描述了其并网策略,并且利用PSIM对所提出的策略进行了仿真,并通过实验验证该方案的正确性,仿真和实验结果都表明所提出的策略具有良好的过渡过程和动态性能。     

一种双馈风力电机网侧变流器控制策略的研究

根据双馈风力发电机的运行特点,设计了网侧三相电压型变流器.在分析变流器数学模型的基础上.采用解耦控制,前馈控制和双闭环控制,实现了能量的双向流动.实验结果与理论分析表明,具有双闭环控制的网侧变流器能够有效地稳定直流侧电压,并能很好地控制网侧电流,整个系统具有良好的静态和动态特性.     

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...     

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...     

LCL滤波的风力发电网侧变流器不同控制结构下的性能研究

风力发电系统中LCL滤波器的电网侧电流反馈和变流器侧电流反馈都可用作电流闭环控制,但不同的电流反馈控制结构会对变流器产生不同的影响.分别在理想电网无阻尼电阻、非理想电网无阻尼电阻和理想电网有阻尼电阻3种情况下对风力发电网侧变流器进行了分析.建立了电网电压定向的同步旋转dq坐标系下的风力发电网侧变流器数学控制模型,其中PI控制器被用于补偿被控电流的误差.根据推导出的不同电流控制结构下的闭环传递函数,对其进行了根轨迹分析.通过分析及仿真发现变流器侧电流反馈控制结构相对于电网侧电流反馈控制结构控制算法较复杂,但是系统稳定性好,电网电流的谐波畸变率较低,而电网侧电流反馈控制结构尽管抗电网扰动性较强,但调节器参数受到很大限制,系统动态响应速度较慢,稳态精度较低.     

不平衡电网电压下风力发电机网侧变流器控制研究

针对电网电压不平衡下风力发电机网侧变流器的控制问题,提出一种基于比例积分谐振(proportional integrate resonant,PIR)控制器的矢量控制方法。以双馈风力发电机为研究对象,建立了它及其网侧变流器在不平衡电网电压条件下的数学模型,并分析了其工作原理和相关控制关系。介绍了谐振控制器的工作原理,建立数学模型,进行参数设计,并在MATLAB中进行验证。在MATLAB仿真平台中搭建了一台6MW的双馈电机模型,验证了谐振控制器能够准确的控制网侧变流器跟踪电网电压,有助于双馈电机的平稳运行。     

双馈式风力发电系统的运行控制与建模仿真

建立包含风速、风力机、风力机机械控制部分、双馈发电机及发电机电气控制部分的双馈式风力发电系统模型.基于最佳叶尖速比(即最大风能利用率),给出速度和桨距角控制器的控制策略.采用定子磁链定向的矢量控制技术,对双馈发电机转子进行交流励磁控制,实现发电机有功、无功功牢的解耦控制.对风力发电系统的空载并网及低风速下的发电运行进行仿真,验证了双馈式风力发电系统建模和控制的正确性与有效性.     

A control strategy of Hamilton realization and mechanics Lagrangization in doubly-fed wind power generation system

With the nonlinear characteristic of doubly-fed wind power generation (DFWPG) system, Hamilton realization based on analytical mechanics plays a significant role in the system problems of stability analysis and controller design. Hamilton system expression of grid-side converter (GSC) and machine-side converter (MSC) is obtained and the stability control is designed with Lagrange theory of analytical mechanics in this paper. Firstly, to obtain the differential equations which satisfy satisfies self-adjoint conditions, coordinate transformations of dynamic equations of GSC and MSC are conducted. The system Hamilton function and Hamilton realization expression are determined based on Euler–Lagrange process and generalized force method. On the basis of feedback control theory the controller is designed, which can make the system tend to be asymptotically stable in the neighborhood of the equilibrium point. With Hessian matrix positive-definite the Hamilton system is determined to be stable. Additionally, within Matlab/Simulink environment, the transient simulation of DFWPG system is carried out and the effectiveness of controller derived in this paper is verified, by comparisons of response effects with PI control and regulation performances under different wind speeds. The rapid response of the dc bus voltage control, grid-side unit power factor control, a maximum capture of wind energy can be realized, using control design process of Hamilton realization. The system analysis and control design process of Hamilton realization have broad prospects of applications and developments.     

LCL滤波的风电网侧变流器有源阻尼策略

为提高基于LCL滤波器拓扑的风电变流器系统稳定性,对变流器的谐振阻尼策略进行了研究。通过对LCL滤波的变流器电流闭环特性分析,提出了一种新型的有源阻尼策略。利用电容电流和比例环节对电网电流闭环极点进行配置,以增大电网电流闭环控制系统的阻尼,抑制谐振发生。为降低采样环节对系统稳定性的影响,提出了利用相位超前滤波器对延迟进行补偿的措施。通过搭建基于LCL滤波器的风力发电系统网侧变流器仿真模型和实验系统,对理论进行了验证。仿真和实验结果证明所提出的控制方案是正确可行的。     

基于氢储能的双馈风力发电系统功率控制策略

提出一种氢储能装置融入双馈风机直流侧的并网功率控制策略。为弥补氢能动态响应慢的特点,设置控制信号的优先级:超级电容器>氢储能系统。利用信号转换模块选择工作模式,降低超级电容器的退运概率,保证电解槽恒功率运行。系统各单元通过功率控制策略和DC/DC变流器控制,平衡直流母线上的功率波动,利用DC/AC并网逆变器汇入低压交流网络。在电网冲击、负载波动及风速出力不均的情况下,满足负载要求,实现柔性并网,同时有效解决风机弃风问题。通过仿真证明了模型及其控制策略的有效性。     

故障时双馈风力发电系统的控制策略研究

基于变速恒频双馈风力发电系统的有功、无功的解耦控制,提出了电网故障时双馈电机的紧急控制策略,在Mtalab/Simulink里建立了模型,并验证了故障控制策略的正确性.在常规情况下,双馈电机转子侧的有功采用最大功率点跟踪控制,无功采用额定功率因数控制,可以获得最大的风能利用效率和较好的功率因数;但若电网故障时仍采用此常规控制策略,电网不但获取不到最大的风能利用效率和较好的功率因数,而且电网的频率和电压波动影响较大.所以在故障期间把最大功率点追踪控制和额定功率因数控制切换到频率控制和电压控制策略,通过控制有功电流分量和无功电流分量来减小或者增加有功和无功的输出,减小电网频率和电压的波动.建立了故障控制的模型,针对系统单相接地故障和两相短路故障这两种短路故障类型进行了仿真,仿真结果验证了故障控制策略的正确性,提高了风力发电系统在故障时的稳定性.     

基于SVPWM三电平变换器的变速恒频风力发电系统

分析了基于空间电压矢量脉宽调制(SVPWM)的三电平变换器,提出将其引入变速恒频双馈风力发电系统。整体分析了基于三电平的变速恒频双馈风力发电系统模型,并分别详细分析了基于三电平SVPWM网侧变换器的数学模型和控制结构,机侧空载并网的数学建模和控制结构。仿真结果表明,该三电平变换器有效降低了开关损耗;减小了纹波电流;输出电平增多,减小了电压变化;波形质量得到了很好的改善。仿真结果还表明,该三电平变换器能有效地实现风力发电系统的变速恒频控制,适用于变速恒频双馈风力发电系统。