用于海上风电场直流输电的新型变换器

针对永磁直驱风力发电机变流技术的特点,并根据柔性直流输电系统的电压和功率控制要求,提出了一种新型的直流变换器。该变流器采用三电平拓扑结构、内环电流峰值控制,以及适用于三电平Boost变换器电流峰值控制的双梯形波补偿控制方法,经Matlab／Simulink仿真,研究结果证明该变流器具有功率开关电压应力小、电抗器电流脉动小,以及运行可靠、动态响应性能好等优点,适用于海上风电柔性直流输电等大功率、高电压场合。     

海上风电柔性直流输电变流器研究

简要分析海上风电柔性直流输电技术应用及变流器关键技术特点,设计基于柔性高压直流（HVDC）输电的风力发电机集中控制并网变流器主电路拓扑结构,基于电流峰值控制的三电平直流升压变换器双梯形波补偿方法,并利用滞环宽度可调的滞环比较器进行电流跟踪控制。仿真研究表明,该方法具有变流器功率管开关频率固定、减少开关应力及开关损耗、提高传输效率的特点,有助于减少开关器件电压应力和电抗器电流脉动值,提高系统运行的稳定性和可靠性。     

适用于福建省的大规模海上风电汇集外送输电方式研究

福建省海上风电资源丰富,近海和远海单座海上风电场区规划装机从100 MW到超过7 000 MW。该文综合海上风电规模、输送距离、海缆输送能力、经济性、实际工程经验等因素,分析海上风电的外送输电方式,重点研究柔性直流技术的适用条件;提出海上风电柔性直流换流站的并网方式、电压等级、进出线规模、电气主接线等关键方面,以及直流海缆选型;结合福建省海上风电发展规划,提出适用于福建省的大规模海上风电汇集外送的输电方式。     

基于模块化多电平变流器的柔性直流输电技术

介绍了基于模块化多电平变流器的柔性直流输电技术的基本原理,推导了系统主电路的电压电流关系,并给出了仿真验证;介绍了模块化多电平变流器的控制方式,给出了一种MMC的控制结构;介绍了世界范围内柔性直流输电工程的应用情况,以及上海南汇柔性直流输电示范工程的工程概况、系统运行方式及控制策略,并讨论了用于南汇工程的直接电流控制的原理图和控制系统结构。     

采用VSC-HVDC的海上风电场柔性直流输电系统控制策略研究

以实际应用于海上风电输电工程中的三相两电平电压源换流器为研究对象,通过对换流器主电路拓扑结构进行坐标变换,建立了便于解析的两相旋转dq坐标系下的数学模型;换流器控制系统采用了双闭环PI控制方法,并引入电流解耦控制,实现了一侧定有功、一侧定直流电压控制,提高了系统的动态性能和抗干扰能力;采用了SVPWM调制方式进行调制,有效地降低了谐波含量和开关损耗;采用Matlab/Simulink仿真,并搭建了3.5 kW试验验证平台。结果表明该方案控制效果良好,电压、电流波形稳定、谐波含量少且响应速度较快。因此,适用于海上风电场柔性直流输电系统。     

大规模海上风电并网方式的研究

在风力发电等可再生能源技术高速发展的潮流下,对比分析了适用于海上风电场的高压交流、常规高压直流和柔性直流输电3种并网方式。简要介绍了柔性直流输电的工作原理,详细说明了柔性直流输电技术在风电并网上的应用情况,并着重探讨柔性直流输电并网的经济性,认为柔性直流输电技术在海上风电传输领域有广阔应用前景。这对于满足我国清洁高效的能源利用有着显著的意义。     

一种风电场经柔性直流输电并网控制方法改进探讨

基于PSCAD仿真工具对通过柔性直流输电进行大型风电并网的问题进行了研究。建立了采用永磁同步电机的风电场等效聚合模型,分析了柔性直流输电的结构及控制改进方法,研究了在交流大电网互联和大型风电并网两种情况下的柔性直流输电系统响应。当风电场接入柔性直流输电系统时,输电系统对风电场产生一定的影响,使得风电场的输出波动通过电流内环的电压补偿项经过二次反馈给风电场,从而导致输出有功功率和无功功率的波动。为了解决风电场并网输出波动的问题,对柔性直流输电控制方案进行了改进。仿真结果显示在保持了系统优异故障穿越能力的同时,该改进方案能够有效地减小风电场的输出波动,增强了系统的稳定性     

VSC-HVDC在海上风电输电系统的应用研究

海上风电须进行远距离传输,大规模风电场采用直流输电技术的运营费用比交流输电技术低。为保证风能质量和电网稳定性,提出了应用VSC-HVDC直流输电技术,重点研究该直流输电系统的控制技术特点。在VSC-HVDC稳态数学模型的基础上,提出了用于该系统的闭环PI控制器,并辅以PSCAD/EMTDC建模仿真。仿真结果表明,该控制器简便有效,能够满足稳定运行的需求。     

考虑不同控制模式的柔直换流站频率控制方法对比研究

随着电力电子设备在电力系统中的不断渗透,基于电压源型变流器的柔性直流输电技术得到了广泛应用。目前柔性直流输电系统中换流站大多采用跟网型控制,与弱电网连接时可能导致频率稳定性问题。在跟网型控制的基础上提出了组网型虚拟同步机控制,该控制策略可以改善换流站在弱电网条件下的动态性能和频率支撑能力,提高系统稳定性。最后,在PSCAD/EMTDC仿真平台搭建了三端柔性直流输电系统的仿真模型,对比分析了两种控制策略的控制特点和性能。     

海上风电场输电方式研究

  [目的]  随着海上风电场规模的扩大,新型输电技术广泛应用于海上风电场的电能传输,海上风电正面临着不同于陆地电网成熟模式的新挑战,需要进一步明确不同输电方式的技术特点与发展前景。  [方法]  概述了海上风电场四种输电方式即高压交流海底电缆、柔性直流输电技术、高压气体绝缘管道母线(GIL)和混合直流输电方式的技术特点和发展前景,并对各种输电方式进行了详细的成本构成分析及计算,对不同输电距离不同输送容量下的输电方式做出经济性比较。  [结果]  研究表明:我国现行海上风电输电方式中高压交流和柔性直流输电技术较为成熟,输电方式的选取受输电距离的影响,以输电距离约52 km为临界点。输电距离低于52 km时,交流输电具有经济优势;输电距离等于52 km时,柔性直流输电与交流输电两种方式成本相等;输电距离超过52 km后,直流输电方式的经济成本将低于交流输电方式,输电容量大小对输电方式的选择不会有太大影响。  [结论]  在不同输送容量下,近海风电输送方式仍然建议采用交流输电,远海风电输送方式建议采用柔性直流输电。     

直驱型风力发电变流器低压穿越控制策略研究

研究了直驱型风力发电变流器系统低压穿越控制策略。首先提出了一种对三相电量进行快速准确的正负序分离软件锁相环。在此基础上,为消除直流电压的二次谐波,采用正、负序双电流内环控制不对称运行控制策略。正负序分离软件锁相环采用了正负序级联延时信号消除法,能够实现对三相电压电流基波正负序分量在同步旋转坐标下的快速提取,并且通过选择不同的参数,可以滤除任何次数谐波的干扰。该方法无需采用滤波器,从而同时具备了稳态精确性和动态快速性。现场实验结果表明,该软件锁相环为三相并网型风力发电变流器在电网发生跌落及谐波畸变时提供了良好运行控制提供保障,正负序双电流内环不对称运行的控制策略保证了在电网电压不对称跌落时的正负序分离控制,消除了直流电压的二次谐波。     

基于风能和太阳能互补的微电网建模与仿真分析

根据光伏电池的数学模型在MATLAB上建立了仿真模块,同时利用MATLAB里已有的异步风力发电机模型及蓄电池模型构建了风光互补的微电网系统。采用直流微电网与交流微电网混合的方式对直流负荷和交流负荷供电,在交流侧,仅采用一个独立的公共DC/AC变换器,在满足了负荷需求的同时节约了变换器资源。针对微电网的并网运行模式,建立了PQ控制模型;针对微电网的孤岛运行模式,采用了V/f控制方法,在电感电流内环电压外环的基础上,加入了负载扰动前馈补偿,同时,对逆变器连续状态空间表达式进行离散化,建立了控制模型。最后,通过对微电网并网运行和孤岛运行时的实例仿真,验证了控制方法的可行性及有效性。     

Low power wind energy conversion system based on variable speed permanent magnet synchronous generators

This paper presents a low power wind energy conversion system (WECS) based on a permanent magnet synchronous generator and a high power factor (PF) rectifier. To achieve a high PF at the generator side, a power processing scheme based on a diode rectifier and a boost DC–DC converter working in discontinuous conduction mode is proposed. The proposed generator control structure is based on three cascaded control loops that regulate the generator current, the turbine speed and the amount of power that is extracted from the wind, respectively, following the turbine aerodynamics and the actual wind speed. The analysis and design of both the current and the speed loops have been carried out taking into consideration the electrical and mechanical characteristics of the WECS, as well as the turbine aerodynamics. The power loop is not a linear one, but a maximum power point tracking algorithm, based on the Perturb and Observe technique, from which is obtained the reference signal for the speed loop. Finally, to avoid the need of mechanical sensors, a linear Kalman Filter has been chosen to estimate the generator speed. Simulation and experimental results on a 2‐kW prototype are shown to validate the concept. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.     

风/柴/储能风力发电系统储能装置控制与仿真

采用电压外环和电流内环的控制方法,设计了风/柴/储能发电系统储能装置控制器电路,该控制器适用于连接在系统直流母线上蓄电池等储能装置的控制。在Matlab环境下,对该控制器进行了仿真,结果表明,该控制器能确保储能装置稳定运行,满足风/柴/储能风力发电系统对电压稳定的要求。     

基于模糊控制的双馈发电机并网控制策略分析

针对风力发电传统并网方式的缺陷,提出了模糊PI控制器与电压环、电流环和矢量控制相结合的新型控制策略,通过Matlab/simulink平台搭建并网控制仿真模型,发现双馈风力发电机定子电压的频率、幅值、相位比传统并网方式更接近电网电压,实现了无冲击并网的目的,并验证该控制策略的正确性和优越性。     

A utility interactive wind energy conversion scheme with anasynchronous DC link using a supplementary control loop

The paper presents modelling, simulation and experimental verification of a utility interactive wind energy conversion scheme with an asynchronous link comprised of a diode bridge rectifier and a line commutated inverter. The control objective is to track and extract maximum power from the wind energy system and transfer this power to the electric utility. This is achieved by controlling the firing delay angle of the inverter. Since the diode bridge rectifier has no control on the DC link voltage, a supplementary control loop is used to limit the voltage within a preset voltage threshold. The proposed scheme for regulating the flow of power through the DC link ensures reduced reactive power burden on the self-excitation capacitor banks and better utilisation of available wind energy, while limiting the DC link voltage within a preset voltage threshold. The simulated results are experimentally verified and found to give good power tracking performance     

新能源分布式发电系统的控制策略

针对新能源分布式发电系统提出了一种新的能量控制策略。基于飞轮储能系统里矢量控制的感应电机,建立了系统的数学模型。在系统里,采用模糊控制算法实现直流总线电压的自动调整,达到稳定系统的直流总线电压的目的。实验结果证明,在风力发电和飞轮储能联合系统的能量控制过程中使用模糊控制算法,实现了能量的快速存储和释放,起到了稳定系统电压的作用,取得了满意的控制效果。     

Analysis of reactive power strategies in HVDC‐connected wind power plant clusters

Offshore wind power plants (WPPs) built near each other but far from shore usually connect to the main grid by a common high‐voltage DC (HVDC) transmission system. In the resulting decoupled offshore grid, the wind turbine converters and the high‐voltage DC voltage‐source converter share the ability to inject or absorb reactive power. The overall reactive power control dispatch influences the power flows in the grid and hence the associated power losses. This paper evaluates the respective power losses in HVDC‐connected WPP clusters when applying 5 different reactive power control strategies. The case study is made for a 1.2‐GW–rated cluster comprising 3 WPP and is implemented in a combined load flow and converter loss model. A large set of feasible operating points for the system is analyzed for each strategy. The results show that a selection of simulations with equal wind speeds is sufficient for the annual energy production comparison. It is found that the continuous operation of the WPPs with unity power factor has a superior performance with low communication requirements compared with the other conventional strategies. The optimization‐based strategy, which is developed in this article, allows a further reduction of losses mainly because of the higher offshore grid voltage level imposed by the high‐voltage DC voltage‐source converter. Reactive power control in HVDC‐connected WPP clusters change significantly the overall power losses of the system, which depend rather on the total sum of the injected active power than on the variance of wind speeds inside the cluster.