弱电网中低电压穿越控制策略导致的双馈风机失稳机理分析

弱电网中当远端发生严重电压跌落故障时,低电压穿越(LVRT)控制策略可能会导致双馈风机并网系统出现稳定问题。为此,首先建立了故障期间系统的准稳态模型,基于相平面法揭示了因平衡点不存在导致的系统大干扰失稳机理,并分析了电压跌落程度、线路阻抗幅值和相角以及无功电流控制增益系数等关键影响因素。然后,建立了LVRT期间系统的小信号模型,并分析了LVRT控制策略中转子电流参考值动态对系统小干扰稳定的影响。研究表明,忽略转子电流参考值动态会导致小干扰稳定分析结果偏乐观。     

弱电网下多并网逆变器谐振失稳研究综述

并网逆变器引入的谐振问题将直接影响并网电流质量和系统的稳定运行。该文从并网逆变器系统稳定性分析方法、稳定性影响因素和谐振分析方法三方面进行综述。首先介绍了并网逆变器拓扑和控制方法。其次,对比了状态空间法和阻抗分析法在并网逆变器系统稳定性分析中的应用,研究了并网逆变器输出阻抗建模方法。然后,分析了电网阻抗、逆变器参数、锁相环、逆变器并联数量等因素对并网逆变器系统稳定性的影响。最后,采用传统频域分析法和模态分析法分别分析了多并网逆变器系统的谐振失稳机理,探索了模态分析法在多并网逆变器系统谐振分析中的优势及应用前景。     

弱电网下多逆变器并网系统全局谐振抑制

弱电网条件下,各逆变器之间以及逆变器与电网之间会形成交互耦合,从而影响到系统的稳定运行。针对该问题,提出了一种弱电网下多逆变器并网系统的全局谐振抑制策略。首先,基于并网电流反馈,提出改进的有源阻尼策略形成虚拟阻抗,来增加逆变器自身阻尼,从而抑制多逆变器并联谐振;其次,通过结合电网阻抗测量的改进电网电压前馈策略,抑制电网背景谐波电压通过电网阻抗产生的谐波谐振,从而提高多逆变器并网系统的稳定性。仿真和实验结果均验证了所提谐振抑制策略的有效性和可行性。     

弱电网下单相并网逆变器自同步控制策略

传统电流控制策略中,锁相环(PLL)通过检测公共耦合点(PCC)电压,实现电网电压相位检测,为电流控制器提供相位参考.然而,在弱电网条件下,由于PCC电压随变流器输出功率波动,PLL输出相位会出现偏差,甚至诱发系统振荡.为此,针对单相并网逆变器,提出一种自同步控制策略.传统控制策略中PLL输入变量为电网电压,与之不同,...     

弱电网下LCL并网逆变器控制设计

当分布式发电(DG)单元与弱电网系统互连时,受电网阻抗摄动的影响,并网后DG单元的性能降低,甚至产生不稳定。基于μ方法设计了并网电流反馈控制器,为了对并网的有功电流分量和无功电流分量解耦,建立多输入多输出系统模型。将低频并网电流dq解耦要求与稳态误差、超调量等指标一起转化为闭环系统控制器设计问题,最后基于μ方法设计一种鲁棒的反馈控制器。仿真结果表明,该控制器保证了系统在弱电网电感摄动时的鲁棒稳定性和鲁棒性能,实现了并网电流的d分量和q分量的解耦。     

弱电网下LCL型并网逆变器的自适应控制策略

并网电压电流双环反馈策略能够较好抑制电网的背景谐波,但在弱电网环境下,电网电感会使LCL型并网逆变器系统的相位裕度下降,造成并网电流畸变,导致系统稳定性变差。针对该问题,提出了一种基于电网阻抗检测的自适应控制策略。该策略在双环反馈控制策略的基础上,利用小信号注入法检测电网电感,并根据电网电感的变化调整并网电流前馈函数的参数,从而实现对系统的自适应控制。理论分析结合仿真及实验结果均表明,所提策略能够有效抑制弱电网下LCL型并网逆变器的并网电流谐波,显著提升电流质量,增强并网系统的稳定性。     

基于电流正负反馈环效应的弱电网下并网逆变器稳定性分析

弱电网下直流母线电压外环及电流内环控制给并网逆变器(grid-connected inverters,GCIs)带来的稳定性问题已被广泛关注,然而电压外环和电流内环控制器参数对GCI稳定性影响存在差异性的现象及其机理却尚未得到直观解析。为此,通过构建考虑直流母线电压动态的GCI小信号数学模型,并通过一系列控制框图等效变换,直观揭示了弱电网下电流内环控制器会经过电网阻抗及锁相环在直流母线电压控制环中形成正负反馈环效应的内在机理。同时,基于GCI的阻抗模型以及控制环路中存在的正负反馈环效应,解析了电压外环与电流内环控制器参数变化对GCI稳定性的影响特性。在此分析基础上,指出GCI稳定性对电流内环控制器参数变化更加敏感;而动态调节特性则对电压外环控制器参数变化更加敏感。最后,通过仿真和实验验证了理论分析的正确性。     

弱电网下PLL结构引入的不对称正反馈环路对并网逆变器稳定性的影响分析

弱电网下锁相环(phase-locked loop,PLL)结构引入的不对称正反馈机制会恶化并网逆变器(grid-connected inverter,GCI)系统的稳定性。在相同的主电路参数与控制环参数下,通过分别构建dq域与αβ域下GCI控制环路的小信号模型,αβ域下GCI相较于dq域少引入1条PLL正反馈环路。分析比较αβ域下GCI系统的稳定性强于dq域的原因,并对PLL结构引入的不对称正反馈环路在小信号模型中的位置差异性进行解析,揭示不同位置的不对称正反馈环路对GCI稳定性的影响程度与影响机理。最后,通过仿真与实验验证本文所提分析方法的正确性与有效性。     

弱电网下新能源并网逆变器锁相环参数优化设计方法

并网逆变器常采用锁相环(phase-lockedloop,PLL)实现系统的同步运行。弱电网下,PLL参数设计不当时,易引发并网逆变器的失稳现象,传统PLL参数设计方法未能兼顾多种PLL的适用性。针对这一问题,提出一种广泛适用的PLL参数优化设计方法。首先,通过PLL参数特点建立参数之间的关系;其次,根据系统开环传递函数,通过引入系统相位裕度及谐波抗扰能力限定条件,得到其参数约束区域;最后,结合参数对系统动态性能影响及系统稳定性影响分析确定参数的选取。利用实验测试对所研究的优化设计方法的有效性进行验证,并进一步研究其在3种常见PLL(即,同步坐标系锁相环(synchronous reference frame PLL,SRF-PLL)、基于前置低通滤波器同步坐标系锁相环(low-pass-filter-basedsynchronousreferenceframePLL,LSRF-PLL)和基于双二阶广义积分器的锁相环(double second-order generalized integrator PLL,DSOGI-PLL)中的适用性。     

弱电网下基于矢量控制的并网变换器功率控制稳定性

研究了基于矢量控制的电压源型变换器(VSC)功率控制的稳定性问题。VSC通过控制基于电网电压定向的d轴和q轴电流来调节注入电网的有功和无功功率。VSC注入电网的功率与d轴和q轴电流间的关系特性对功率控制稳定性影响重大。基于VSC经线路阻抗接入无穷大电源的单机无穷大系统,研究了VSC输出有功功率、端电压幅值与注入电网的d轴和q轴电流间的关系特性。发现电网逐渐变弱时,有功功率对d轴电流的灵敏度由正变负,此关系特性制约了VSC弱电网运行时功率控制的稳定性。进一步分析了功率、端电压幅值对d轴和q轴电流的灵敏度特性。基于分析结果,提出了提高VSC弱电网运行时功率控制稳定性的基本思路。     

混合型MMC接入弱交流电网稳定性分析及控制参数优化

针对桥臂由半桥子模块和全桥子模块级联构成的混合型模块化多电平换流器(MMC),首先研究了混合型MMC输电系统小信号建模方法。以一个两端系统为例,基于根轨迹分析,分析了不同控制模式的混合型MMC接入弱交流电网时小干扰稳定性约束下的最大有功功率,并基于参与因子及模式分析得到了不稳定模态的典型参与变量和振荡频率,且进行电磁暂态仿真验证。基于控制参数灵敏度及动态特性影响分析,得到有利于增强小干扰稳定性和提升最大有功传输能力的控制参数优化策略。研究表明:弱电网接入下,混合型MMC逆变运行时失稳主要与q轴控制相关,需减小内环比例控制系数和降低前馈交流电流、电压滤波截止频率;整流运行时失稳主要与d轴控制相关,需增大外环比例控制系数。     

Dynamic Coupling and Cooperative Control for Multi-Paralleled Doubly Fed Induction Generator Wind Farms During Symmetrical Low Voltage Ride-Through in a Weak Grid

In multi-fed grid-connected systems, there are complex dynamic interactions between different pieces of equipment. Particularly in situations of weak-grid faults, the dynamic coupling between equipment becomes more pronounced. This may cause the system to experience small-signal instability during the fault steady-state. In this paper, multi-paralleled doubly fed induction generator (DFIG)-based wind farms (WFs) are taken as an example to study the dynamic coupling within a multi-fed system during fault steady-state of symmetrical low voltage ride-through (LVRT) in a weak grid. The analysis reveals that the dynamic coupling between WFs will introduce a damping shift to each WF. This inevitably affects the system''s dynamic stability and brings the risk of small-signal instability during fault steady-state in LVRT scenarios. Increasing the distance to fault location and fault severity will exacerbate the dynamic coupling between WFs. Because of the dynamic coupling, adjusting the control state of one WF will affect the stability of the remaining WFs in the system. Hence, a cooperative control strategy for multi-paralleled DFIG WFs is proposed to improve dynamic stability during LVRT. The analysis and the effectiveness of the proposed control strategy are verified by modal analysis and simulation.     

弱电网下基于锁相控制并网变换器小扰动同步稳定分析

该文对弱电网下基于锁相控制并网变换器的小扰动同步稳定问题进行研究。首先,以机理化揭示并网变换器同步特性为目标,通过将其和传统同步机的同步动态进行类比等效,建立适用于并网变换器同步稳定分析的类Heffron-Phillips动力学模型。进而借鉴传统电力系统低频振荡分析思路,采用复转矩系统法分析思想,将锁相环主导的同步振荡模式阻尼分为两部分:锁相环自身固有阻尼分量和弱电网下复杂控制耦合引入的附加阻尼分量,进而从阻尼特性的角度揭示弱电网下并网变换器同步稳定机理,并从影响固有或附加阻尼分量的角度,研究电网阻抗、控制器参数等因素对小扰动同步稳定性的影响。该文研究结果清晰揭示了弱电网下并网变换器同步失稳机理,并为后续同步稳定控制指明了思路。     

LCL型并网逆变器的网压滤波前馈控制策略

LCL型并网逆变器的网压比例前馈策略因其实现方式简单、谐波抗扰能力良好而受到广泛应用,但是该策略在弱电网下的适应性较差,并网逆变器的前馈通道与电网阻抗产生交互影响,使得系统稳定性随着电网阻抗的增大而显著下降,恶化了入网电流质量.以改善网压比例前馈策略的适应性为目标,提出了一种基于多二阶滤波器的网压前馈控制策略,即在前馈...     

考虑光伏动态特性的功角电压交互失稳机理分析

在大容量直流和高比例新能源集中接入电网的背景下,研究了考虑光伏动态特性影响的直流大功率扰动引发功角电压交互失稳问题。首先,从理论上推导了两机等值系统发电机转子运动方程和电动机负荷运动方程;然后,分析了直流大功率扰动引发功角和电压交互作用导致系统失稳的物理机理;最后,进一步分析了光伏低电压穿越期间不同有功/无功特性对系统稳定性的影响规律,通过吉泉直流实际系统算例进行了仿真验证。研究结果表明,两侧发电机功角拉开和负荷母线电压跌落(电动机电阻减小)形成恶性循环最终导致系统失稳,不同的光伏低电压穿越有功/无功特性对系统稳定性的影响需要通过理论结合仿真综合分析。     

弱电网下基于加权系数的电网电压前馈控制策略

在含有电网电压背景谐波以及电网阻抗变化情况下,并网逆变器的控制性能会受到影响。直接电网电压比例前馈因其实现方便且可有效抑制电网背景谐波而获得广泛关注,但其在高电网阻抗的弱电网情况下会降低电流控制的相位裕度,影响并网稳定性。基于加权系数的电网电压前馈控制策略存在基波增益下降的问题,但是能够大幅提高并网逆变器的稳定性。首先,对并网逆变器进行数学建模,并结合阻抗稳定性判据全面对比分析了弱电网下基于加权系数的电网电压前馈控制策略和传统直接电网电压前馈控制策略的动、稳态性能,得出了前者在弱电网下具有更好的电网适应性;其次,给出了调整系统闭环增益的方式来提高并网逆变器基波跟踪性能的理论分析;最后,结合Matlab/Simulink仿真和实验,进一步验证了弱电网下基于加权系数的电网电压前馈控制策略的有效性。     

电网电压跌落下无刷双馈发电机低电压穿越控制

电网电压跌落的瞬间,风力发电机定子和转子产生冲击电压和冲击电流,对电网安全造成影响。为实现无刷双馈风力发电机低电压穿越,保证风电机组在电网电压跌落下不间断运行,对电网电压跌落下无刷双馈发电机定子电压和电流进行暂态分析,搭建了无刷双馈发电机在功率绕组静止坐标系下的数学模型,推导并分析了电网电压跌落瞬间其功率绕组磁链、控制绕组电压动态变化过程,并提出一种积分滑模直接功率控制与故障穿越控制相结合的控制策略,完成无刷双馈发电机低电压穿越控制。通过MATLAB/Simulink和半实物仿真试验平台进行验证,仿真和试验结果证明所推导功率绕组磁链和控制绕组电压动态变化过程的正确性及控制策略的有效性,该控制策略有效抑制了定子控制绕组侧电压和电流畸变,提高了无刷双馈发电机的低电压穿越性能。     

用于光伏低电压穿越测试的电压跌落发生器设计与试验

针对光伏低电压穿越测试,提出一种能适应多种电网电压等级的电压跌落发生器通用设计方案。依据国家标准GB/T 19964—2012中规定的低电压穿越曲线要求,阐述了典型阻抗形式电压跌落发生器的工作原理;提出一种该电压跌落发生器中限流电抗器和接地电抗器的拓扑结构及电气参数设计方法;给出一个电压等级为10kV,且可以5%步长实现从0%至100%电网额定电压的全范围20种电压跌落深度的电压跌落发生器设计实例。最后,针对一台500kW光伏并网逆变器,进行了多种深度尤其是零电压穿越的单相和三相跌落试验,试验结果证明了该方案的有效性。