双馈风电机组低电压穿越非线性变结构控制策略研究

提出一种基于精确线性化变结构控制的双馈感应风力发电机(DFIG)的低电压穿越控制器设计方法。建立了DFIG在同步旋转dq坐标系下的非线性数学模型,在此模型基础上,采用精确线性化将原非线性系统模型转化为线性系统模型。应用变结构控制原理设计DFIG的发电机转子侧及电网侧变流器的控制器,同时通过PI控制以稳定直流侧电容电压。最后,利用MATLAB仿真软件搭建了6×1.5 MW的DFIG系统仿真模型,仿真结果表明,所设计的控制器能够在电压跌落后抑制转子过电流以及直流母线过电压现象,实现了DFIG的低电压穿越。     

双馈风电机组低电压穿越实验平台设计

随着风电机组大规模地接入电网,给电网安全带来了极大挑战.因此,为了保障电网运行安全,新的电网导则要求接入电网的风电机组必须具有低电压穿越(LVRT)能力.在此为了研究和验证实现双馈机组LVRT能力,保证风机不间断并网运行,主要阐述了双馈风电机组LVRT实验平台的设计和工作原理.最后基于设计的实验平台验证了双馈机组利用撬...     

双馈风电机组低电压穿越控制策略的研究

阐述了双馈式风电机组输入输出反馈线性化的控制原理和动态数学模型(包含变换器),用输入输出反馈线性化的非线性控制方法设计出新型的低电压穿越控制策略,并利用修改的WSCC-9节点系统对所设计的控制策略进行了仿真实验.实验结果表明,所设计的控制策略明显优于传统的矢量控制策略,增强了风电机组的低电压穿越能力,提高了风机并网点电...     

双馈感应风力发电机低电压穿越综合分析

在过去10年中发电和电网的稳定性已成为关键问题。大容量风力发电并入电网的快速发展引起了对电力系统动态行为的高度关切和对风能合理利用所需电网规范的迫切需求。在电网故障时双馈风力发电机的低电压穿越能力是其中一个核心问题。该文全面研究与电网连接的双馈风力发电机的低电压穿越问题,通过仿真对低电压穿越原则和并网风力发电机的控制进行详细的理论研究,介绍在电网故障期间风力发电机的瞬态特性和复杂的动态行为,并对并网操作中最具挑战性的问题进行调研。     

非对称电网故障下的双馈风电机组低电压穿越暂态控制策略

传统基于Crowbar的低电压穿越(LVRT)解决方案不仅没有充分利用变流器对双馈感应发电机(DFIG)的控制灵活性,而且也难以较好地适应当今不断提升的并网要求。而当前非对称电网故障下的暂态补偿控制策略也缺乏相应的实验验证。鉴于此,文中对电网电压发生跌落故障时定、转子电磁暂态过程进行了深入分析和讨论,并针对非对称故障时转子端过电压主要由定子磁链直流分量和负序分量引起这一现象,研究了一种有效的LVRT控制策略。该策略通过在DFIG转子侧适时准确地分别注入与磁链直流分量和负序分量相对应的暂态补偿量,最大限度地减小暂态转子电压冲击,提高DFIG的暂态可控性,拓展可穿越的电压故障范围,进而改善双馈风电机组的LVRT性能。11kW模拟机组的实验验证了所述分析和设计。     

基于Crowbar的双馈风力发电低电压穿越研究

随着风力发电机容量和风电规模的增加,要求双馈感应发电机(DFIG)能够实现低电压穿越(LVRT)能力。在电网电压跌落的对称故障下,针对原有LVRT技术的不足,提出一种采用主动式Crowbar电路的控制策略。在电压跌落后,转子电流突升时,触发Crowbar电路,旁路转子侧变换器;在电流恢复到一定程度时,断开Crowbar电路,使转子侧变换器投入工作。通过有、无Crowbar电路仿真对比表明,该方法可较好地控制转子过电流、母线过电压及电磁转矩的振荡,同时在故障期间向系统输送无功,达到LVRT的要求。     

电网故障下双馈风电机组暂态电流评估及分析

为了便于分析并网双馈风力发电机组低电压穿越(LVRT)运行的承受能力,有必要对电网故障下双馈风电机组的暂态电流进行评估.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机端短路故障和电网电压不同跌落程度时的定、转子暂态电流评估的解析表达式,并通过考虑风力机传动链柔性的机组暂态仿真结果验证了推导表达式的正确性.在此基础上,应用推导的表达式对双馈风电机组在不同初始输出有功功率、无功功率以及电网电压不同跌落程度时的定、转子暂态电流最大值进行了计算,并得到了不同运行工况对机组暂态性能的影响规律.     

基于定子电流正弦化的双馈风电系统低电压穿越强励控制

基于Crowbar电路的低电压穿越实现了双馈风电机组的系统保护和不脱网运行。Crowbar电路的应用使得网压跌落时转子变流器闭锁,转子电流处于暂态过程。针对采用Crowbar电路实现低电压穿越过程中,双馈风电机组系统对电网产生暂态电流冲击而存在的不足,文中提出一种基于转子电流源控制的低电压穿越强励控制策略,通过强励实现低电压穿越过程定子暂态直流磁链分量的补偿,以实现低电压穿越过程中定子电流的正弦化。由于在静止坐标系中引入直流磁链补偿,在转子dq旋转坐标系控制方程中引入了工频交流分量,因此文中提出了一种基于多分量增益的比例谐振(PR)并联调节器,并通过该并联调节器的闭环传递函数分析对调节器参数进行整定,实现了控制带宽范围内直流电流分量与工频交流电流分量的无静差控制。仿真及实验结果验证了理论分析的正确性,为双馈风电系统的低电压穿越控制提供了一种高性能的控制策略。     

双馈异步风电系统的建模仿真

当电网电压跌落时,风电机组须维持一定时间与电网连接而不解列,并且能提供无功以支持电网电压的恢复,即具有低电压穿越能力,而双馈风电机组低电压穿越能力最弱。分析建立了双馈风力发电机组的模型,通过使用MATLAB/SIMULINK仿真,来研究它的LVRT性能,及影响它LVRT性能的因素,探讨它的改进方案。     

具有不同转子匝数的新型双馈风力发电机低电压穿越能力的瞬态性能分析

分析了转子绕组匝数可变的双馈风力发电机在电网电压跌落时的瞬态性能。该电机通过转子绕组的匝数变化,来抑制转子电流上升,实现低电压穿越。本文建立了基于Matlab/Simulink的仿真模型,分别对全电压跌落和部分电压跌落两种情况下的低电压穿越能力进行分析,并讨论匝数变化的参数n取值对于瞬态性能的影响。分析得出了不同电压跌落情况下,绕组匝数对电机性能影响均有所不同。最后,本文给出了7.5kW样机的测试结果,验证了该新型结构双馈风力发电机能够有效实现低电压穿越。     

基于干扰抑制的双馈风机低电压穿越控制策略

低电压穿越要求风力发电系统在电网电压突降下保持连续运行并为电网提供无功功率支撑。为提升双馈风力发电系统的低电压穿越能力,提出基于状态相关Riccati方程技术的干扰抑制控制方法。所提干扰抑制控制目标为：确保转子侧换流器在暂态期间为系统提供所需的无功功率支撑;控制网侧换流器以维持直流母线电压恒定。基于上述控制目标构建相应的干扰抑制控制问题,并采用状态相关Riccati方程技术获得反馈控制律。在设计权重矩阵时,充分考虑了控制目标、控制效果与控制成本的影响。为了保证转子电流和直流母线电压在低电压穿越过程中处于安全范围,设计转子电流抑制机制,并采用串联动态电阻保护电路。最后,与传统比例-积分（PI）控制、基于粒子群优化的PI控制、滑模控制以及精确线性化控制的仿真结果进行对比,结果表明所提出的控制策略具有更好的暂态性能,能够有效地提升双馈风力发电系统的低电压穿越能力。     

双馈风电场柔性高压直流输电系统的故障穿越运行控制

为了实现风电场柔性高压直流(VSC-HVDC)接入结构下的故障穿越(FRT)运行,以双馈风电场为例,构建了双馈风电场通过VSC-HVDC接入电网的数学模型,并分析了电网故障下的系统脱网机理。针对风电场设计了基于电网故障下风电场侧电压源换流器功率变化特性的故障越权控制模块,使得风电场在电网故障情况下快速减载,实现系统直流母线电压的稳定;针对电网侧电压源换流器,分别设计了直流电压外环和电流内环的故障越权控制模块,以期分别实现对故障电网提供无功支持和减少换流器的故障电流冲击。通过这些电网故障越权控制模块的配合,有效地实现了通过VSC-HVDC输电系统接入电网的双馈风电场的FRT运行能力。最后,在MATLAB/Simulink仿真平台上分别对不同的电网电压跌落故障和不对称故障情况进行仿真验证,仿真结果和对比分析都表明所提控制策略的正确性和有效性。     

动态调整转子撬棒阻值的双馈风电机组低电压穿越方法

双馈感应发电机(DFIG)等大型电力电子发电设备接入电网,改变了电力系统源端的暂态特性。在系统故障下,为保证DFIG不脱网运行,常采用转子撬棒保护电路完成低电压穿越(LVRT)。DFIG的暂态特性与故障发生时刻和故障程度有关,传统固定阻值的撬棒电路很难保证不同故障下的LVRT。从时域角度推导了撬棒投入后的暂态转子电流表达式,并提出了基于动态调整转子撬棒阻值的DFIG的LVRT方案,制定了转子撬棒自适应控制策略及阻值整定方法。仿真分析了不同电压跌落深度下所提方案的LVRT特性。结果表明,所提方法不仅能够满足不同电压跌落深度下的转子电流和直流母线电压,而且降低了撬棒投入次数及时间。     

基于转子动能控制的双馈风电机组频率控制改进方案

针对传统转子动能控制的转速恢复过程对频率响应的不利影响,提出了一种基于转子动能控制的双馈风电机组频率控制改进方案。该方案通过引入恒定附加功率,使双馈风电机组在释放转子动能后稳定运行在较低转速,待系统频率恢复稳定后再进行转速恢复,从而达到改善频率响应特性的目的。基于MATLAB/Simulink搭建了含双馈风电机组的四机两区域仿真模型,并对所提方案进行了仿真验证。仿真结果表明,相比于传统的转子动能控制方法,所提出的改进方案能有效改善转速恢复对频率响应的不利影响,提升风电机组参与系统调频的效果。     

基于模糊控制虚拟电阻的双馈风力发电机低电压穿越励磁控制

为拓宽双馈风力发电机的低电压穿越范围,本文在传统虚拟电阻的基础上引入模糊控制方法来调节虚拟电阻阻值,使其在故障期间可跟随系统的动态变化,能在限制转子电流峰值的同时保证转子电压不超出允许值,且对于较深程度的电压跌落也具有较好的控制效果。在Matlab/Simulink平台搭建仿真模型,仿真结果验证了该控制策略的有效性。     

含无刷DFIG的风电系统低电压穿越极限控制能力分析

无刷双馈感应发电机(BDFIG)由于其良好的维护特性,在风力发电中具有良好的应用前景。作为大功率并网发电装置,基于BDFIG的风电系统需要满足电网的低电压穿越(LVRT)并网导则。双馈型风电系统机侧变流器的极限控制能力决定了系统LVRT的控制方案与控制成本,具有重要的实际意义。文中详细分析了BDFIG在电网故障时的瞬态模型,通过引入庞特里亚金极小值算法分析基于BDFIG的风电系统的机侧变流器控制端电压最优值,得到整个系统LVRT极限控制范围,并进一步与普通双馈感应发电机进行了比较。结果表明,BDFIG具有更加优异的LVRT能力。     

不同电网故障情况下DFIG运行特性比较

现代风力发电的发展,对风电生产提出了新的需求,即在电网电压跌落处于一定范围内时风力发电机装置必须保持和电网相连,其中双馈式风力发电机(DFIG)的电压跌落渡过能力是目前风电研究的一个热点。为确保DFIG的低压过渡能力,通过仿真1.5 MW的双馈风力发电机,研究了对称电网电压跌落时,DFIG的定转子的电压电流、电磁转矩、转速、直流侧电压、有功、无功等量的动态响应情况;比较了不同电网电压跌落情况下,各动态响应的剧烈程度;分析了响应产生的原因并介绍了几种可行的双馈风力发电机电压跌落渡过策略。仿真结果说明DFIG在电网电压跌落对称故障下的动态响应由电网电压跌落的程度及系统控制结构决定。     

电网故障时双馈风电机组定子电压特性及影响分析

随着以双馈风力发电机为主的风力发电的大规模并网,电网故障期间并网双馈风电机组对电网的影响不断显现,使电网安全稳定运行面临着严峻挑战。为了有效评估双馈风电机组的暂态过程及其对电网的影响,需要掌握电网故障期间双馈发电机机端电压的大小及变化规律。基于双馈发电机的暂态过程,推导了稳态运行以及外部电网三相短路下双馈发电机定子电压的表达式。在此基础上,对双馈发电机定子电压的暂态特性进行了研究,明确了定子电压的影响因素,分析了电网故障时双馈风电机组对电网暂态电压分布的影响。最后通过仿真进一步分析了定子电压的变化规律并验证了推导的正确性。