直驱永磁同步风电机组不对称故障穿越的研究

分析电网发生不对称故障对直驱永磁风力发电机组(D-PMSG)的影响,研究其控制策略,以提高其不对称故障穿越的能力。把电网电压实时引入机侧整流器参考功率的计算中,提出了按照电网正序电压和其额定电压的比减小发电机输出功率的控制策略。建立了经背靠背双PWM变流器并网的D-PMSG仿真模型。机侧整流器控制内环采用电流前馈控制,外环采用功率环控制发电机输出功率。网侧逆变器控制内环采用电流前馈控制,并控制负序电流为零,外环采用电压环稳定直流电压。仿真结果表明,在不对称故障时,这种策略保持了发电机功率平衡和变流器功率平衡,限制了直流电压的升高,保持了逆变器三相电流对称,实现了机组不对称故障穿越。     

永磁直驱风力发电系统的低电压穿越控制策略

针对永磁直驱风力发电机组的低电压穿越运行问题,对传统的控制策略进行改进,机侧增加功率前馈控制,根据机侧与网侧的功率差快速调节机侧有功电流的给定值从而控制发电机的转矩,实现对发电机输出有功功率的控制。网侧变流器对电网电压进行跟踪,根据跌落程度向电网输出一定的无功能量来支持电网电压的恢复。经仿真表明,所改进的控制策略能够快速稳定直流母线电压,实现风电机组低电压穿越运行。     

一种双馈风力发电系统低电压穿越控制策略

电网电压对称跌落时,通过对机侧变流器和网侧变流器的控制,使得风电机组不仅能够不脱网运行还能对电网提供无功,帮助电网电压恢复,实现双馈风力发电系统的低电压穿越。其中,机侧变流器的控制目标是实现最大风能跟踪以及控制无功功率,网侧变流器的控制目标是保证直流母线电压的稳定以及对输入电流无功分量进行控制。采用撬棒保护电路使流过转子侧的电流和直流母线电压在安全的范围之内。本文在原有的双馈风力发电机功率给定方法的基础上,增加了转速闭环,提升了转速与功率实时匹配的动态性能,增强了系统抗冲击能力,提高了系统稳定性。实验结果表明,提出的改进变换器控制策略和硬件保护相结合的低电压穿越控制方法动态响应快、方法行之有效。     

双馈风电系统网侧变流器控制策略的改进

在传统的矢量控制策略下,当电网电压发生三相对称短路故障时双馈感应发电机(DFIG)变流器直流母线电压会产生剧烈波动,从而影响整个风电系统的稳定运行。为此,需要对DFIG网侧变流器控制策略进行改进。分析了电网电压三相对称跌落时引起直流母线电压波动的原因,并在此基础上提出了新型的前馈控制方法。当电网电压跌落时对网侧变流器电流参考值做必要修正,从而达到减小直流母线电压波动的目的。为了验证该控制方法的有效性,在PSCAD/EMTDC软件环境下建立了容量为2MW的DFIG风电系统模型,并在此模型下进行系统仿真。仿真结果显示,提出的前馈控制策略能够有效的减小直流母线电压的波动。     

双馈风电机组在不对称电网故障下的稳定性控制研究

为避免电网电压不对称跌落导致双馈风电机组(DFIG)脱网运行,分析了电网不对称故障时双馈风力发电机组直流母线电压波动机理,直流侧过电压这一现象主要由定子侧直流分量和电网电压负序分量引起.通过参考系坐标变换导出在正负序坐标系中双馈感应发电机的电压和电流方程,建立了正、负序坐标系下DFIG数学模型,利用机、网变流器协调控制方法,在不对称电网故障期间,机侧变流器转子电流的负序分量控制为零,网侧变流器采用双闭环正、负序电流控制抑制网侧负序分量,结合功率计算模块,有效抑制了机组电磁转矩与电流的2倍频波动,以及直流母线电压与电流负序分量的波动,改善了DFIG在不对称电网故障下的动态性能.仿真结果表明了该控制策略的可行性.     

一种新型直驱式风力发电系统控制策略

对双PWM变换器的永磁直驱风力发电系统,建立了机侧变流器控制直流母线电压稳定、网侧变流器控制跟踪最大功率的控制系统。在此系统中提出了一种单位功率因数的机侧变流器控制策略,减小了系统的运行容量。在MATLAB/Simulink中搭建了系统的仿真模型,仿真结果表明该控制系统能实现发电机的单位功率因数运行和最大功率跟踪。     

直驱式永磁风力发电机组并网控制

为了省去直驱式永磁同步风力发电机组D-PMSG(direct-drive permanent magnet synchronous generatorswind turbine)串接的交-直-交变流器,减少初期投资费用,文中设计了D-PMSG并网控制策略.通过对交-直-交变流器的控制,使发电机定子电压与低频母线电压满足...     

基于SMES-SFCL直驱永磁风电并网故障穿越能力

为提高永磁直驱同步风力发电机组功率输出的稳定性和低电压穿越能力,提出了采用超导磁储能-超导故障限流系统来平滑风电机组的有功输出,改善故障穿越能力。当电网故障时,电阻型超导限流器限制故障电流对网侧变流器的冲击,提高网侧变流器的无功输出能力;当电网电压正常时,超导磁储能系统通过吸收和释放功率来平滑风电机组的有功输出,抑制功率波动;当电网电压跌落时,超导磁储能系统吸收直流母线上的多余功率,抑制直流母线电压上升;同时通过控制网侧变流器输出无功功率以支撑电网电压。仿真结果表明了该方法的有效性。     

基于背靠背双PWM变流器的飞轮储能系统并网控制方法研究

采用带LCL滤波器的背靠背双PWM变流器作为飞轮电机与电网进行能量交换的接口,提出一种飞轮储能系统并网控制方法。该方法由电网侧变流器控制和电机侧变流器控制两部分组成,并经过充电、预并网和并网运行三个阶段。在充电和预并网阶段,电网侧变流器采用不控整流方式,电机侧变流器先后采用速度外环和电压外环控制方式;在并网运行阶段,电网侧变流器控制采用基于电网侧电流外环、变流器侧电流内环的直接功率控制策略,控制并网有功功率的大小及流向;电机侧变流器控制采用直流母线电压外环、电流内环的双闭环控制策略,维持直流母线电压恒定。采用零极点对消降阶法及对称优化函数等效法分别设计电机侧内外环控制器参数。进行了飞轮储能系统的充电、预并网和并网运行实验。实验结果验证了所提飞轮储能系统并网控制方法的可行性。     

直驱风力发电系统并网电压控制仿真研究

直驱风力发电系统的电压与发电机发出的有功和无功有关,一般进行电压控制过程是对无功功率进行控制。为了研究风速扰动下维持变流器网侧电压稳定,运用Matlab/Simulink建立了一种风电系统电压模型。该建模方法简化了电机侧变流器的控制环节,并忽略变流器的有功功率损耗,而发电机运行于最佳功率曲线。在电网侧的变流器提出一种电压控制策略可有效地实现电压的调节作用,并能提高风电系统暂态稳定性与有效抑制电压波动。     

小功率水电站变速恒频控制系统研究

针对传统小水电站并网系统控制复杂、低流量下效率低等问题,提出一种基于电压空间矢量脉宽调制的永磁直驱水电并网控制系统。该系统采用背靠背的双PWM变流器将水轮发电机组和电网分离,通过电压空间矢量脉宽调制法实现能量的双向流动。机侧变流器采用单位功率因素控制,以发电机转速为控制对象,将水流冲击产生的有功电能输送到直流母线上,同时实时跟踪水轮机最佳转速点,实现水轮机组最大功率输出。网侧变流器采用基于电网电压矢量定向的有功、无功分解控制,以直流母线电压为控制对象,往电网传输有功电能,同时进行无功补偿。最后仿真及实验验证了该控制系统的有效性。     

永磁直驱风电机组低电压穿越时的有功和无功协调控制

为提高基于全功率变流器并网的永磁直驱风电机组低电压穿越能力,在深入研究该风电机组运行特性和控制策略的基础上,分析了电网电压跌落过程中引起全功率变流器直流侧电压波动的原因,提出了一种采用机侧变流器控制直流电压稳定,网侧变流器实现最大功率跟踪和有功无功协调的新型控制策略。在低电压穿越过程中,该控制策略根据变流器直流侧电压的变化,通过机侧变流器调节风力发电机的电磁功率,使电网故障期间风电机组的功率波动由发电机转子承担,消除全功率变流器两端的功率不平衡,稳定直流侧电压。并根据电网电压幅值,通过网侧变流器实现对风电机组输出有功和无功的协调控制,抑制电网电压扰动。仿真结果表明本文所提控制策略在电网电压扰动时能有效抑制直流侧电压波动,使永磁直驱风电机组的低电压穿越能力得到显著提高,并能有效实现对电网电压的支持。     

定子Crowbar电路模式切换的双馈风力发电机组低电压穿越控制策略

针对转子Crowbar电路的双馈风力发电机组低电压穿越需要闭锁变流器控制脉冲、直流母线电压波动无法较好地抑制,提出了一种定子Crowbar电路模式切换的双馈风电机组低电压穿越控制方案。电网发生故障时,定子Crowbar电路接入系统,双馈风电机组切换至感应发电机组模式下,转子侧变流器采用转子功率外环控制,网侧变流器采用功率协调控制方案,将机侧功率当作前馈量引入到网侧变流器控制策略中并向电网注入无功功率。仿真分析表明,所提控制方案在确保实现双馈风电机组低电压穿越的同时,能够有效地降低转子暂态电流、稳定直流母线电压,并向电网提供无功功率。     

基于超级电容器的DFIG低电压穿越研究

为避免电网电压跌落时双馈异步风力发电机组脱网运行,分析了双馈异步风力发电系统双PWM变流器控制策略,提出了将超级电容器耦合于风电机组机侧变流器和网侧变流器之间的直流侧母线上的方法,从而借助超级电容器的功率快速吞吐能力实现网侧故障时机侧变流器与网侧变流器之间的功率平衡,有效地稳定了直流侧母线电压。基于MATLAB/SIMULINK仿真了双馈异步风力发电系统发生电压跌落故障,仿真结果表明超级电容器模块可以有效地减少故障期间的直流侧电压的干扰,能够在故障清除之后迅速且平稳地恢复有功功率。     

基于反馈线性化的永磁直驱风电机组低电压穿越控制

电网对并网风电机组有明确的低电压穿越(LVRT)要求,而永磁直驱风电机组实现LVRT功能一般需要增加额外的制动设备,增加了系统成本。针对这个问题,提出一种基于反馈线性化的永磁直驱风电机组LVRT控制技术。该控制策略不同于传统的变流器机侧控制功率、网侧控制直流母线电压的控制方案,而是根据发电机转速和直流母线电压之间的非线性关系,采用反馈线性化理论设计了变流器机侧的直流母线电压控制器,同时在变流器网侧实现了最大功率点跟踪控制。为了验证控制方法的有效性,搭建了永磁直驱风电机组原理样机试验平台,进行了试验研究,试验结果表明在电网三相对称跌落70%时,最大直流电压波动控制在了7%以内。因此,在这种新型的控制策略作用下,永磁直驱风电机组能够很好地实现LVRT功能,同时避免了使用额外的制动单元。     

一种改进型的直驱风电系统变流器控制方法

以背靠背双PWM全功率变换器控制的直驱永磁风力发电系统为研究对象,在传统控制策略的基础上,提出了一种改进型变流器控制策略:机侧变流器采用转子磁链定向控制直流母线电压,网侧变流器通过电网电压定向控制流向电网的功率。由于改进型控制策略中的功率环调节在网侧,其能量转换的效率较传统控制策略高,系统的响应速度加快,动态特性很好,稳态后各项参数的性能也很优越。然后,在Matlab/Simulink环境下对这种控制策略进行了仿真分析,并进一步通过实验验证了该控制策略的有效性和可行性。     

直驱永磁风力发电系统双PWM变流器控制技术

在风力发电系统中,变流器是实现能量高效、稳定转换的关键。研究了直驱永磁风力发电系统的控制原理,建立了双PWM变流器机侧和网侧的数学模型。机侧变流器采用转子磁场定向矢量控制方式,网侧变流器采用电网电压定向矢量控制方式,实现有功和无功功率的完全独立解耦控制。仿真和试验结果表明:该控制策略可有效地实现最大风能捕获,维持直流母线电压稳定,实现发电机组的平滑并网,具有良好的动态响应。     

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。     

基于SMES风电不对称故障穿越控制策略研究

并网电网不对称故障会在网侧电压电流中产生2倍工频的正序和负序分量,2倍工频分量会导致并网电流畸变,甚至损坏并网变流器,影响直流母线电压稳定运行。针对风电不对称故障引起的电压波动,提出一种基于超导磁储能(SMES)的不对称故障穿越改进控制策略,分析不对称故障时并网变流器的功率模型特点,在传统不对称故障电流闭环控制中引入零序电流控制环,消除并网负序电流和有功功率波动;考虑电网故障会在直流侧堆积有功功率,造成直流母线电压波动,改进传统斩波器电压电流环,引入功率校正环节,及时消纳故障期间直流侧有功功率堆积,降低直流母线电压波动,最后构建仿真和实验平台验证所提方法的有效性。     

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。