直驱式变速恒频风力发电系统变流器拓扑结构对比分析

直驱式变速恒频风力发电系统由于其采用低速永磁同步发电机结构,系统无需齿轮箱,具有机械损耗小,运行效率高,维护成本低等优点而受到了越来越多的关注。针对直驱式变速恒频风力发电系统变流器拓扑结构进行研究,对比分析了晶闸管变流器,电压源型逆变器,电流源型逆变器等各种变流器结构,指出了各自的优缺点。     

直驱风电系统变流器控制技术综述

电力电子变流器作为风力发电与电网的接口,即对风力发电机电机控制,又要输出优质电能。因此对电子变流器的控制策略非常重要。对网侧变流器控制策略、机侧变流器策略和低电压穿越控制策略进行了分析。最后展望了变流器控制技术发展趋势。     

直驱式永磁同步风力发电系统的并网控制

本文针对新疆金风公司1.5MW直驱式永磁同步风力发电系统,采用多变流器并联的方式,应用基于电网电压定向的电压、电流双闭环矢量控制策略,实现并网逆变控制。仿真实验结果表明,采用该控制策略实现了独立调节系统输出的有功功率和无功功率,注入电网的电流为正弦波,馈入电网的谐波畸变率很小,且系统具有良好的动静态性能。     

永磁直驱风电变流器控制策略及仿真研究

根据矢量控制原理提出了机侧和网侧PWM变流器的控制策略,分析了永磁直驱风电系统双PWM变流器的电路结构及其工作原理,建立了永磁直驱风电系统中包括风力机、传动系统、永磁同步发电机、双PWM变流器等各部分的数学模型;在MATLAB/SIMULINK仿真环境中建立了永磁直驱风电系统的仿真模型并进行了动态仿真。仿真结果表明:采用双PWM变流器的永磁直驱风电系统具有优良的动、静态性能,可以良好的控制永磁同步发电机,最终输入电网的电压、电流波形接近正弦且谐波含量小。验证了系统仿真模型的正确性和所提出双PWM变流器控制策略的有效性。     

直驱永磁同步风力发电机侧系统建模及仿真

为深入研究直驱永磁同步风力发电机组的高性能控制,研究了直驱永磁同步发电机侧系统构成、原理及建模方法,分析了风力机与永磁同步发电机、电压空间矢量(SVPWM)整流原理及其建模,基于双闭环PI控制搭建了机侧系统仿真模型。通过仿真与分析,证明了双闭环PI控制策略在4种不同风速下实现最大功率追踪的可行性。该系统模型的建立为机组高性能控制的研究打下基础,对于深入理解直驱永磁同步风力发电系统运行原理及推广应用具有重要意义。     

2MW直驱式风电机组的建模与仿真

一台2 MW直驱式风电机组是一个包含复杂的非线性、强耦合以及不确定性的机电系统,主要由风力机、永磁同步电机以及全功率变频器组成。从风力机的空气动力学分析、永磁同步电机的等效电路以及全功率变频器能量守恒定律入手,建立了风电机组的数学模型;并基于该模型,分别给出了它在Matlab下的开环与闭环仿真结果,仿真结果表明了模型的正确性。     

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。     

永磁直驱式风电变流器整流侧过电压抑制方法

永磁直驱式风电变流器在风电系统中扮演着重要角色,但整流侧过电压问题一直是影响其安全稳定运行的关键因素,因此提出了一种针对永磁直驱式风电变流器整流侧过电压的抑制方法。首先,分析了整流侧过电压的产生机理,包括电网电压波动、风力变化等因素对整流侧电压的影响。然后,设计了一种基于负荷能量泄放回路和储能单元的过电压抑制策略,当检测到直流母线电压过高时自动投入负荷泄放回路,消耗掉富余能量,抑制直流侧过电压,同时通过在直流母线上设计专用储能单元,将富余能量转移到储能系统中存储,故障恢复后或按需要将所存储的能量馈入电网。此外,还探讨了如何通过电力电子双向变换设备将储能单元接口到变流器的直流母线,以实现能量的高效利用和电压的稳定控制。     

直驱永磁风力发电系统并网特性研究

随着大规模风电机组的并网运行,风电机组或电网故障导致风机脱网的情况时有发生,这主要是由于对风电系统的并网运行特性没有深入的研究,而针对电网故障情况下的运行特性研究则更加薄弱。对使用背靠背全功率变流器的直驱永磁风电系统的综合控制策略进行了研究,并针对风速变化以及不同电网电压跌落情况下的响应情况进行分析。根据仿真结果可以看出,机组有着较好的动态响应,在风速大范围连续波动状态下有相对稳定的输出,且在系统发生故障后亦能够较快地恢复稳定,从而实现低电压穿越,保证风机的稳定并网运行。     

适合直接驱动型风力发电系统的飞跨电容型变流器

直接驱动型风力发电系统需要全功率变流器作为与电网的接口,飞跨电容型多电平变流器是首选方案。在大功率电力电子变流装置的实现上,一个重要的问题是大功率器件的工作频率较低,无法应用PWM技术等优秀的调制技术。因为载波相移正弦波脉宽调制技术(CPS-SPWM)的等效开关频率高,采用该技术后可以引入各种先进的控制策略,优化系统的性能指标,同时改善输出波形,减小了滤波器容量。仿真和实验验证了上述结论的正确性。     

适合直接驱动型风力发电系统的DRC混合箝位变流器研究

针对直接驱动型风力发电系统中需要的全功率变流器,提出了一种基于箝位二极管、电阻、电容DRC(Diode Resistor Capacitor)混合箝位的三电平变流器,并采用载波相移正弦脉宽调制CPS-SPWM(Carrierplaase shifted SPWM)技术产生控制脉冲.仿真结果表明,该变流器输出波形正确,等效开关频率提高了1倍,最低次载波谐波移至载波频率2倍的位置,并具有自动平衡电容电压,电容充放电电流呈周期性变化且无电流尖峰冲击等优点.     

永磁直驱风电系统低电压穿越能力仿真

为了提高采用双PWM变流器的永磁直驱风电系统的低电压穿越能力,提出了增加直流侧卸荷负载以及电网侧采用静止同步无功补偿器的方法,在MATLAB/SIMULINK仿真环境中建立了系统的仿真模型并针对系统的跌落特性进行了动态仿真.仿真结果表明:系统能够实现最大功率点追踪以及向电网输出接近正弦的优良交流电能;在电网电压跌落时,卸荷负载能够消耗掉多余的能量并且能良好地限制直流侧电压上升,STATCOM能够快速为电网提供无功功率支持.     

直驱式波浪发电系统的经济模型预测控制

对于随机海浪环境下的最大功率捕获,现有控制方法没有考虑系统模型的非线性、损耗及物理约束等条件,基于经济模型预测控制,提出一种波浪发电系统功率优化方案.采用普罗尼线谱估计方法拟合海浪辐射力,基于水动力方程和电机状态方程建立波浪发电系统数学模型.在考虑电机功率损耗条件下,以最大波能捕获为经济指标,求解符合系统约束的最优电磁...     

直接驱动型风力发电系统低电压穿越控制策略

提出了直接驱动型永磁同步风力发电系统在电网故障前后的控制策略。采用基于二阶广义积分闭环电网电压跌落检测方法,可精确得出电网电压故障信号、正序分量幅值、相位角。电网电压故障信号送给变桨距执行机构,最大限度地调节桨距角,屏蔽部分输入功率,提高系统低电压穿越能力;探索直驱风电系统在电网电压跌落发生后的控制策略,并实现与正常运行模式的快速平滑切换。故障前,网侧变流器运行在单位功率因数状态,保持直流侧电压恒定;故障后运行在STATCOM模式,依据检测环节所提供的电网电压正序分量幅值和相位角来决定变流器所发无功电流的量值,为电网提供动态无功支持。基于超级电容器的双向DC/DC变换器作为直流侧保护电路,来快速维持直流侧电压稳定。     

构网型直驱风电机组间控制相互作用研究

构网型风电控制技术具有很好的弱电网适应性,可以有效避免风电并网次超同步振荡问题。但是虚拟同步控制引入固有的低频特征模式,接入强电网时会发生低频振荡,同时多台构网型风电机组并联运行时存在控制器相互作用。针对此问题,采用特征模式分析方法,研究了基于虚拟同步控制方法的构网型直驱风电机组并联运行时的控制相互作用及主导低频特征模式稳定性。揭示了虚拟惯量控制参数及系统运行方式对构网型风电机组并联运行低频振荡特性的影响。通过详细时域仿真验证了分析结果的正确性。     

电网故障下直驱风电系统网侧变流器控制

在直驱风力发电系统控制中,网侧变流器采用电网电压定向矢量控制策略,因此快速而准确地检测电网基波电压的大小和相位在网侧变流器同步化设计中是很关键的。介绍基于对称分量法的同步坐标系锁相方法和双同步坐标系解耦锁相方法;研究在不平衡电网电压下变流器中使用的2种不同电流控制器的性能,这2种控制器是基于正参考坐标系和负序分量前馈控制(VCCF)的电流控制器和基于正负序参考坐标系(DVCC)的双电流控制器。仿真和实验结果表明:在电网电压出现不平衡时,精确地检测电网电压基波的正、负序分量并且使用正负序旋转坐标系下双电流控制策略,在网侧变流器控制中起到了一个很关键的作用。     

基于H-MMC的直驱式永磁同步风力发电系统的运行与控制

提出了一种基于六边形模块化多电平交交变流器(H-MMC)的直驱式永磁同步风力发电系统,可以将三相风力发电机通过一级交交变换后直接并入三相交流电网,具有功率损耗低、变流器电容电压纹波小、无升压变压器并网的优点。详细分析了该系统的功率特性及变流器子模块电容电压波动的情况,提出了基于环流控制的电容电压平衡控制和基于双比例谐振控制器的电流跟踪控制,最终实现了风力发电机最大功率点跟踪下系统的稳定运行。MATLAB/Simulink仿真和RT-LAB硬件在环实验结果验证了基于H-MMC的风电系统具有良好的稳态运行特性和动态响应特性。     

永磁直驱风电系统变流器拓扑分析

永磁直驱风电系统变流器为永磁同步发电机和电网的接口,对其常用的拓扑进行了详细的分析和说明,包括不控整流 逆变器、不控整流 DC/DC变换 逆变器、背靠背双PWM变换器等拓扑,对其工作原理、应用和优缺点进行了介绍和对比,并针对风电机组对大功率变流器的需求,对大功率拓扑结构的特性和应用进行了详细的介绍。不控整流 Boost变换 并网逆变器和背靠背双PWM变换器2种拓扑是目前的优选方案,多电平变换器因其优良的性能将具有良好的发展前景。