高压大容量链式STATCOM高效闭环实时仿真

此处提出一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的高压大容量链式静止同步补偿器(STATCOM)高效实时闭环仿真试验系统,STATCOM功率阀组模型由实时数字仿真系统(RTDS)DSP机柜与GTFPGA硬件单元并行处理,STATCOM阀控装置与RTDS系统通过高速光纤接口交互功率阀组模型实时仿真信号.仿真系统运行效率高、占用RTDS硬件资源少,弥补了现有链式STATCOM闭环实时仿真系统方案的不足;实现了与实际功率阀组子模块数量完全一致的链式STATCOM系统、以及包含多套STATCOM区域电网系统的闭环实时仿真.通过与STATCOM实际样机动模试验特性校核,验证了仿真系统的有效性和准确性.仿真试验系统已应用在STATCOM实际工程设计方案校核和控制系统的功能测试及性能验证中.     

STATCOM与SVC提高大型异步机风电场LVRT能力对比研究

研究了STATCOM与SVC提高大型异步机风电场低电压穿越(LVRT)能力的效果。分析了恒速异步风力发电机LVRT能力低的原因以及STATCOM与SVC提高其LVRT能力的作用机理。在PSCAD/EMTDC中分别搭建了STATCOM、SVC控制模型和含异步机风电场的IEEE14节点电网的仿真模型,通过仿真实验验证了这两种无功补偿装置对于提高异步机风电场LVRT能力的重要作用。仿真实验结果表明:STATCOM与SVC均能够帮助风电场在电网故障后快速重建电压,降低电网同步发电机励磁电压峰值和强励时间,抑制发电机转子加速,使异步风力发电机组穿越低电压故障区域。STATCOM比SVC有更好的补偿稳定性,提高异步机风电场LVRT能力更突出。     

同步发电机励磁与STATCOM非线性协调控制

提出同步发电机励磁与静止同步补偿器(Static Synchronous Compensator,STATCOM)非线性协调控制方案。在研究同步发电机励磁与静止同步补偿器协调控制问题的基础上,以系统重要物理量建立多目标控制方程,并运用目标全息反馈法进行非线性协调控制设计。所提出的非线性控制方案充分考虑了同步发电机端电压、有功功率和角速度以及STATCOM接入点电压,并确保它们在非线性反馈中得到惩罚与控制,从而具有良好的动、静态性能。最后,建立系统仿真模型,进一步验证所提出方法的有效性。     

STATCOM在江西电网中的应用仿真研究

针对江西电网暂态电压稳定性能差,无功补偿相对不足的现状,以吉安地区2005年网架结构为背景,将先进的静止同步补偿器STATCOM应用于该区电网,进行了大量仿真分析,并对STATCOM安装在不同地点时其作用效果的差异进行了详细的分析比较。仿真结果表明,将STATCOM应用于江西电网后,可极大地改善系统暂态电压稳定性能。所得结论为STATCOM在江西电网的推广应用提供了理论依据。     

STATCOM在江西电网中的应用仿真研究

针对江西电网暂态电压稳定性能差,无功补偿相对不足的现状,以吉安地区2005年网架结构为背景,将先进的静止同步补偿器STATCOM应用于该区电网,进行了大量仿真分析,并对STATCOM安装在不同地点时其作用效果的差异进行了详细的分析比较.仿真结果表明,将STATCOM应用于江西电网后,可极大地改善系统暂态电压稳定性能.所得结论为STATCOM在江西电网的推广应用提供了理论依据.     

PMSG无功控制和低电压穿越能力的研究

通过对双PMW直驱式永磁同步风力发电机（PMSG）系统的研究,针对电网对无功控制和低电压穿越能力的技术要求,提出了一种改进型功率变换控制方法,该方法通过机侧整流器稳定直流母线电压,网侧逆变器跟踪风力机的转速实现最大风能利用;且在并网口高压端加装静止同步无功补偿器（STATCOM）,以提高风电系统的无功补偿能力,通过STATCOM与网侧逆变器的协调控制,进一步提高PMSG系统的低电压穿越能力。仿真结果表明所提出的方案有效提高了PMSG系统的无功补偿和低电压穿越能力。     

基于Prony辨识的STATCOM附加次同步阻尼控制器设计

静止同步补偿器(STATCOM)具有强大的无功支撑和电压控制能力,利用其附加阻尼控制可以在稳定接入点电压的同时可抑制其接入引起的振荡以及系统中出现的次同步谐振(SSR)。通过对系统时域仿真数据的Prony辨识,得到STATCOM定电压控制系统参考电压到发电机转速偏差的等效传递函数;辨识出系统的振荡模态及其特征信息。在此基础上,采用状态反馈的极点配置技术设计了STATCOM附加次同步阻尼控制器(SSDC)。在IEEE次同步谐振第一标准测试系统上,利用PSCAD/EMTDC进行仿真实验,验证了Prony辨识方法用于STATCOM阻尼控制器设计的可行性和所设计的阻尼控制器的有效性。     

STATCOM在双馈风电场低电压穿越中的应用研究

双馈感应发电机(DFIG)采用转子撬棒(Crowbar)进行低电压穿越保护时,须向电网吸收大量的无功功率,不利于故障过程中电网电压恢复。文中在双馈风电场中加入静止同步补偿器(STATCOM),用以补偿Crowbar动作后DFIG异步运行时对电网的无功需求。通过不同程度电压跌落下风电场动态仿真进行验证,结果表明电网电压跌落严重时STATCOM的无功补偿效果明显,电网故障中DFIG还能向电网提供一定出力,维持电网稳定运行;与只投入Crowbar的情况相比,同时加入STATCOM和Crowbar不会对DFIG各分量产生冲击;电压跌落轻微时DFIG可通过自身的变流器调节实现低电压穿越,投入Crowbar和STATCOM反而会加剧系统的振荡。     

基于转矩面积的STATCOM稳定控制器设计

同步发电机的同步转矩分量及阻尼转矩分量是影响电力系统稳定性最直接的因素,转矩面积则将这2个转矩分量有机结合起来.文中推导出转矩面积的计算方法,再利用最大转矩面积原理对静止同步补偿器(STATCOM)稳定控制器进行优化设计,解决了STATCOM稳定控制器可能会恶化系统同步转矩这一问题.所设计的稳定控制器投入运行后,可以保证同步发电机同时拥有足够大的同步转矩和阻尼转矩,使得系统的稳定水平得以提高.最后给出一个算例进行验证,EMTDC的仿真结果证实了此方法的有效性.     

基于PSCAD的风电场低电压穿越无功支撑仿真研究

首先分析风电场低电压穿越(low voltage ride-through,LVRT)能力,然后介绍以双馈感应发电机(doubly-fed induction generator,DFIG)为主体的风电场模型以及静止同步补偿器(static synchronous compensator,STATCOM)的控制策略。最后将STATCOM和静止无功补偿器(static var compensator,SVC)分别应用到含风电场的无穷大系统中,在电力系统仿真软件PSCAD上搭建模型,并对系统故障状态进行仿真,在此基础上分析STATCOM和SVC的无功补偿特性,并对补偿效果进行比较。仿真结果表明无功补偿装置可以在系统故障后提供无功支撑,提高了风电场的低电压穿越能力,并且STATCOM无功补偿性能较SVC更优。     

基于超级电容器储能的STATCOM对直驱风力机并网性能改善的研究

本文主要研究了采用基于超级电容器的静态同步补偿器(STATCOM)的永磁(PMSG)直驱变速风力机控制策略。基于Matlab/Simpower实现对风力发电机侧整流器最大功率提取、电网侧逆变器和STATCOM的控制策略,采用不同容量超级电容器储能的STATCOM系统在电网出现故障或者受到干扰时提升风力发电系统稳定状态和动态性能。大量仿真结果表明:与传统的STATCOM相比,采用基于超级电容器的STATCOM能有效改善并网过程中出现的电压闪变及波动,减小频率的波动,并能对故障期间的电流进行有效控制,从而较为显著地改善了直驱风力发电系统的有功、无功功率,提升了风电并网系统故障穿越能力和动态性能。     

基于GTO的STATCOM提高风电场暂态电压稳定性的研究

针对永磁直驱风电机组和基于GTO的48脉波+100Mvar STATCOM的数学模型,采用MATLAB中的仿真工具Simulink建立永磁直驱风电机组的模型和静止同步补偿器的模型。得出了基于GTO的静止同步补偿装置对电场暂态电压稳定性的结论:可以从感性到容性平滑的调节无功功率,自动发出GTO通/断控制脉冲,快速投切电容器,实现对供电线路无功功率的跟踪调节。仿真结果表明:STATCOM能够快速平滑地向电网节点注入或吸收无功功率从而在一个周波时间维持节点电压稳定,改善电能质量。     

直驱风机HVRT两种直流侧卸荷方法对比仿真研究

近些年来,国内外学者对风电机组低电压穿越进行了研究,但对于并网风电机组高电压穿越研究较少。为提高直驱风电机组高电压穿越能力,以2.5MW直驱风电机组为研究对象。本文首先对比分析了国外的风电机组高电压穿越标准,然后提出对网侧变流器采用稳态时单位功率因数控制、暂态时提供无功的控制策略。最后,在Matlab/Simulink中分别建立了斩波电路和超级电容储能系统两种直流侧卸荷电路模型,在相同工况下,仿真分析了两种卸荷电路对机组暂态特性的影响。研究结果表明：两种卸荷方式均能实现直驱风电机组高电压穿越,相比斩波电路,超级电容储能系统不仅能够提升风电机组的高电压穿越能力,而且能够改善机组故障穿越结束后机组稳定运行特性。     

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。     

基于储能和序分量控制的直驱永磁风电系统非对称故障穿越研究

为避免电网非对称故障时直驱永磁风电机组发生脱网事故,分析了电网电压不对称跌落时机、网侧能量不平衡引起直流链电容电压骤升的机理,提出了一种并联超级电容储能与序分量协调控制策略。考虑了电网非对称故障时电压的跌落程度、传动系统的储能限度和变流器的约束条件,通过对机、网侧变流器进行双闭环控制,实现快速平衡母线有功功率,同时补偿无功以改善电网电压。根据超级电容器寿命等影响因素选取电容容量,采用DC-DC变换器对超级电容的储能模式进行控制,限制故障阶段直流链支撑电容的电压。仿真结果表明了控制策略的有效性,提高了直驱永磁风电系统非对称故障的穿越能力和运行稳定性。     

直驱永磁同步风力发电机的最佳风能跟踪控制

与双馈交流励磁风力发电系统相比,直驱永磁同步风力发电系统具有结构简单、发电效率及运行可靠性高等优点。文章采用双脉宽调制(pulse-width modulation,PWM)变换器作为直驱永磁同步发电机的并网电路,根据风力机和发电机的运行特性提出了一种基于最佳功率给定的发电机最大风能跟踪控制策略。建立了基于双PWM变换器的直驱永磁同步风力发电实验系统,实验结果验证了所提出控制策略的正确性。该发电系统可实现最大风能跟踪控制、并网有功和无功功率独立控制以及变速恒频发电运行。     

采用飞轮储能的永磁直驱风电机组有功平滑控制策略

风速的不稳定性和间歇性使得采用最大风能捕获控制策略的风电机组输出有功功率会随风速的变化而波动,影响风电机组的输出电能质量,引起电网频率波动,甚至带来电网的稳定性问题.简单分析了永磁直驱风电机组的全功率双脉宽调制(PWM)交-直-交变流器的控制策略,提出了在不改变现有变流器控制策略的前提下,在变流器的直流侧接入飞轮储能系统,用以实现风电机组输出有功功率的平滑控制.设计了飞轮储能系统的能量控制策略,并给出了平滑功率值的计算方法.对1.3 MW永磁直驱风电机组的运行特性进行了仿真研究,仿真结果表明,采用所提出的飞轮储能系统能量控制策略能够有效平滑风电机组输出有功功率,提高了风电机组的输出电能质量.     

永磁同步风电机组的主动支撑控制及其在弱电网下的适应性分析

为了提升风电机组在弱电网下电压与频率支撑能力,介绍了一种适用于永磁同步发电机（PMSG）的主动支撑控制策略。该控制策略将永磁同步发电机网侧变流器等效成1个电压源型的虚拟同步发电机（VSG）,不仅使PMSG直接与电网同步,而且在电力系统功率发生波动时可通过利用风机的转子动能为系统提供惯量支撑。详细分析了弱电网下主动支撑控制的小信号模型,并基于PSCAD/EMTDC仿真验证了所提控制策略的有效性和在弱电网下的适应性。     

永磁直驱风力发电在煤矿蓄水系统中的应用

本文研究一种直驱风力发电在煤矿蓄水系统中的应用,基于背靠背双三电平拓扑结构,分析永磁直驱风力发电系统的运行特性,并给出永磁同步发电机(PMSG)数学模型及其具体的矢量控制策略,分析一种简化的三电平电压空间矢量调制算法。基于MATLAB仿真,验证了系统在风速变化时能够实现追踪最大功率,充分利用风能进行抽水蓄能。     

Application of STATCOM/BESS for wind power smoothening and hydrogen generation

This paper proposes static synchronous compensator (STATCOM) incorporated with battery energy storage system (STATCOM/BESS) to smooth the line power of wind farm consists of fixed-speed wind generators. Constant output power reference is not a good choice because there may be some cases where wind speed is very low and then sufficient power cannot be obtained. In that case, energy storage device can solve the problem but large energy capacity may be needed. This paper proposes exponential moving average (EMA) to generate the reference output power, and thus the energy capacity of BESS unit can be small. Another salient feature of this study is the generation of hydrogen by using wind energy. At the wind farm terminal, two topologies of hydrogen generators are considered to be connected and their merits and demerits are analyzed. Finally, by taking the advantage of STATCOM/BESS, simple hydrogen generator topology composed of rectifier and electrolyzer is proposed. Detailed modeling and control strategy of hydrogen generator and STATCOM/BESS topologies are discussed and a cooperative control is developed. The effectiveness of the proposed system is verified by the simulation analysis using PSCAD/EMTDC.