风力发电系统中的变流器模型简化方法

针对风电场仿真运行慢、占用内存大的缺点,分别对双馈异步风力发电机(DFIG)的机侧和网侧变流器进行分析。基于稳态条件下SPWM模型简化的思想,利用开关函数将DFIG中的机侧和网侧变流器模型简化为两个由直流电容相连理论模块,并将模块的输出结果输入到DFIG转子和电网电路中形成闭环。最后在PSCAD仿真平台下进行仿真,验证文中提出的简化模型的有效性。     

基于多新息随机梯度算法的网侧变流器参数辨识方法研究

永磁直驱风力发电机(D-PMSG)通过双PWM全功率变流器实现和电网的连接,但在其运行过程中,网侧变流器的参数变化会对其控制性能造成影响,精确辨识网侧变流器参数对于提升发电系统控制性能具有重要意义。文章基于网侧变流器在d-q轴的动态方程,构建了网侧变流器的回归模型,设计了网侧变流器电气参数的带收敛因子的多新息遗忘随机梯度辨识算法,实现网侧变流器的电气参数辨识,并通过仿真实验验证了算法的有效性。     

双馈异步风电机组机侧转速控制器的设计与仿真研究

双馈异步风力发电机组(DFIG)机侧(即转子侧)变流器作为其电控系统的核心控制部件,主要负责双馈感应电机的转速控制和发电机无功调节任务,但由于其具有非线性、强耦合等复杂特性,导致变流器的控制器设计十分困难。针对上述情况,提供一种DFIG转子侧变流器控制策略设计方法和控制参数优化方法,可通过调节转子侧电流大小实现双馈感应电机转速、无功的无静差调节;并以1.5 MW DFIG实际参数为模型,利用Simulink仿真软件对该控制策略进行仿真验证。研究结果表明：利用PI控制器可实现DFIG转速-转矩控制,发电机转子侧电流理论上可实现无静差跟踪。     

用于提高发电机-变流器组出口电压的新型风电变流器及其特性分析北大核心CSCD

文章提出一种新型中低压混合拓扑的风电变流器,该变流器机侧采用两电平变流器级联,网侧采用三电平变流器,提高了网侧变流器电压等级,减少了电缆的数量。首先对新型风电变流器的电压特性进行Simulink仿真验证,表明新拓扑结构不需要提升发电机绝缘要求;然后,对网侧变流器中点电位平衡进行了分析,并提出了一种改进的虚拟空间矢量调制策略,该策略能够在较高调制度下实现中点电位平衡,并通过RTLAB硬件在环实验验证了其中点电位平衡能力;最后,对新型风电变流器的效率与成本进行了分析,指出同功率等级下,新型风电变流器较低压并联型风电变流器有显著的效率与成本优势。     

1MW直驱风力发电系统建模与仿真研究

建立了1 MW直驱风力发电系统电磁暂态仿真模型,在PSCAD/EMTDC环境下采用电压空间矢量脉冲宽度调制技术(SVPWM)真实地反映变流器的动态开关过程和谐波特性,实现了直驱风力发电系统的机侧最大风能跟踪以及永磁发电机定子电流的解耦控制和网侧直流母线电压稳定的控制。文章还对网侧变流器的软件锁相环(SPLL)进行了优化设计,使之能够快速、准确地跟踪电网基波正序电压,有助于改善网侧变流器在电网不对称故障期间的动态控制性能。     

电力系统传动转矩控制器低频振荡控制方法研究

转矩控制器时常发生的低频振荡问题,不仅影响电力系统正常运行、对相关系统设备具有较大危害,而且电力系统参数的过快变化,也在一定程度上提升了低频振荡的控制难度,为此,面向电力系统中的转矩控制器,提出一种低频振荡控制方法。根据网压信号构建系统的状态空间模型方程,经初始化与重采样处理粒子集,依据粒子最优状态估计去除信号噪声,基于dq轴模型与网压网流得到信号序列,识别出低频振荡模式;采用网侧电压、电流基波分量以及输入电压,架构dq坐标下变流器模型,通过选取控制器状态变量,设计灵敏度检验策略,制定加权函数提取条件,得到低频振荡控制器。仿真实验阶段,通过发电机网压波形、变流器交流侧电压及电流波形、中间直流回路电压波形,验证所提方法能够较好地控制低频振荡现象,且有效抑制了发电机数量多少的影响。     

基于VSG的风电机组虚拟惯量控制策略

针对永磁同步风电机组通过全功率变流器并网导致机组功率和电力系统频率解耦,机组不具备惯量响应特性的问题,综合考虑风轮、发电机、变流器特性构建"原动机-直流发电机-网侧变流器"的新型永磁同步风电系统控制模型,提出一种基于虚拟同步发电(VSG)的风电机组功率控制策略以实现机组惯量响应,提高机组电网频率支撑能力。网侧变流器基于VSG模拟传统同步发电机惯量响应特性,将系统频率变化转化为直流母线电压变化,机侧变流器利用机组风轮惯性通过发电机转矩控制实现直流母线电压的稳定。在PSCAD中基于1.5 MW永磁同步风电机组的仿真结果表明,基于VSG虚拟惯量控制策略能有效抑制电力系统频率变化,从而有效提高大规模风电场接入后系统的频率稳定性。     

双馈风力发电机网侧变流器新型拓扑控制研究

文章对大功率双馈风力发电机网侧变流器并网时,电压不平衡问题提出一种有效网侧控制拓扑结构,该结构采用3个单相变流器代替原有的三相变流器,通过补偿电压达到限制故障电流同时稳定直流电压的目的。本方法减小了变流器容量,增强了可控性和适应性,同时还可在电压跌落或波动情况下保持同步到电网。最后在MATLAB/SIMULINK环境下,验证了文章所提控制方案的有效性。     

大容量永磁同步风电机组系统谐振分析与试验研究

风机变流器是变速恒频风电机组的核心部件,变流器电网侧LC/LCL滤波器在保证良好并网特性同时也带来了谐振问题。针对该问题,文章基于风机变流器网侧滤波器动态特性分析,揭示了风电机组谐振机理,分析了系统阻尼对谐振的影响。在Matlab/Simulink中建立了2.0 MW直驱型永磁同步发电机组系统仿真模型,实现了风电机组谐振的全过程仿真。首次在2.0MW永磁直驱风电机组上进行了机组谐振现场试验,仿真与现场试验证明了理论分析的正确性。在此基础上,提出了风电机组谐振消除与抑制方法,对实际运行风电机组谐振改造和变流器设计具有现实的指导意义。     

双PWM全功率变流器机侧控制策略研究

双脉宽调制(PWM)全功率变流器机侧的开关频率低,其电流谐波含量高,且同步电机反电动势中产生了大量谐波.为了降低发电机的铜铁损耗,降低系统成本,弱化网侧滤波器设计的难度,抑制机侧谐波具有重要意义.传统比例积分(PI)调节器难以抑制直驱永磁同步发电系统机侧谐波,针对这一现象,提出将PI与准比例谐振(PR)调节器联合,形成新型的调节器,并在转子定向的旋转坐标系下对定子电流特定次谐波进行了抑制.运用PSCAD/EMTDC软件进行了仿真验证,结果表明:采用经典PI控制时,机侧电流谐波含量为17.28%;采用新型调节器时,机侧电流谐波含量为5.86%.同时,通过分析实验结果验证了该机侧控制策略的可行性,可有效地抑制机侧谐波.     

储能双向变流器主电路参数设计及控制策略研究

设计了一种适用于电化学储能系统的双向变流器,采用一级变换主电路拓扑结构,交流侧采用LCL滤波器,减少注入电网的谐波,直流侧采用CL滤波器,降低电池侧纹波;介绍了储能双向变流器的工作原理,给出了交流侧LCL滤波器与直流侧CL滤波器设计原则,推导出基于LCL滤波器主电路数学模型,并设计了闭环控制系统。通过仿真和试验表明,该双向变流器主电路参数设计合理,电流谐波小,直流侧纹波小,可满足大容量储能系统的工作要求。     

大功率双馈发电机"孤岛"并网方式

基于双馈发电机的特性并结合矢量控制的方式,提出了一种新型的大功率双馈发电机并网方式：“孤岛”并网方式。详细地介绍了“孤岛”并网方式的工作思路和原理,并分别给出了电机侧变流器和网侧变流器的具体控制方案。最后利用Matlab／simulink对所提出的方案进行了仿真,仿真结果充分证明了该方案的可行性。     

电网电压连锁故障下双馈式风力发电机鲁棒增强控制策略

针对双馈式风力发电机的传统控制策略存在鲁棒性能较差,过渡过程持续时间较长,母线电压过调制等问题,提出一种改进的电压连锁故障穿越控制方案。通过对转子侧变流器采用鲁棒控制策略,网侧变流器采用改进无功电流控制策略,可同时改善双馈式风力发电机的低电压穿越(LVRT)和高电压穿越(HVRT)能力。同时以双馈式风力发电机的定子动态磁链为分析基础,推导其在电压骤降和骤升故障期间的过渡过程特性。仿真表明:所提出的双馈式风力发电机的鲁棒增强控制策略,可有效提高风力机在电网电压连锁故障情况下的穿越性能。     

电网故障下直驱永磁风力发电机组机侧变流器改进控制策略

文章对电网电压跌落时的直驱永磁同步风力发电机组的低电压穿越过程进行深入研究,在电网电压跌落时,通过分析发电机机侧变流器最大风能跟踪控制策略,提出一种补偿q轴电流参考值抑制直流母线电压的新方法,并加入弱磁控制,使发电机输出功率迅速有效降低,进而维持机侧与网侧变流器的功率平衡及母线电压稳定。电网持续故障且超出规定时间时,为风电机组增加了卸荷电路,保证机组安全退出运行。分析结果验证了所提方案的正确性和有效性。     

DFIG三相四开关网侧变流器预测功率控制策略

针对双馈感应发电机（DFIG）网侧变流器（GSC）采用三相四开关拓扑时的运行控制问题,设计了一种新型预测功率控制器。新型控制方案中采用了三个电压矢量来确保GSC开关频率保持恒定,同时使GSC有功和无功功率纹波最小化。同时,控制器可计算出补偿功率以消除直流侧中点电位波动,无需使用低通滤波器。利用DFIG测试平台开展了实验,结果表明新型预测控制能有效抑制直流母线电压失衡,并具有快速动态响应特性,且GSC电流总谐波失真较低。     

电网电压不平衡时风电变流器网侧控制策略研究

近年来,风力发电对电网的适应性问题变得越来越尖锐,电网电压不平衡就是其中之一。文章提出一种电网电压不平衡时的网侧变流器控制方法。在常规变流器控制算法中,加入了负序电流抑制算法,在不影响常规风电变流器控制的前提下,达到了适应电网电压不平衡的目的,具有较强的现实意义。     

双馈风机网侧自抗扰PD控制器性能研究

为了提高双馈风机网侧变流器的整流性能,改进了一种带自抗扰结构的非线性PD控制方法。建立双馈风机网侧的变流器模型,利用离散型PID控制器作为电流调节器在一定程度上抑制了网侧直流电压的振荡。在非线性扩张观测器的基础上,结合一种PD形式的非线性组合控制器,得到了基于自抗扰结构的网侧变流器。仿真结果显示,所用方法可在电网单相电压跌落情况下降低网侧直流电压中的纹波电压,提高双馈风机网侧的直流稳压能力;缩短整流的调节时间,提升双馈风机网侧的响应速度。这种自抗扰PD控制器的合理性和有效性得到了验证并适用于工程应用中。     

双馈抽水蓄能机组用三电平变流器器件损耗分析及其改进调制策略

提出一种降低NPC三电平变流器发热严重功率器件损耗的改进调制策略。首先,基于双馈抽水蓄能机组机侧变流器单相桥臂功率模块,研究不同运行工况下功率器件开关动作和电流通路,理论分析器件损耗分布不均现象及发热严重功率器件;其次,在传统调制策略的基础上,对不同合成电压矢量工作区域通过降低发热严重功率器件作用时间,获得改进调制策略;最后,对双馈抽水蓄能机组在发电和电动工况下机侧变流器热性能进行仿真分析。仿真获得发热严重功率器件,且与传统空间矢量调制策略相比,该调制策略能有效降低NPC三电平变流器发热严重功率器件的损耗和结温。     

基于VSG的永磁直驱风电机组惯量支撑控制策略

风电并网容量比重不断加大,减弱了系统的调频能力与惯量支撑能力,电网失稳日益严重。针对这些问题提出了基于虚拟同步机（VSG）的永磁直驱风电机组的控制方案。模仿同步机的功频控制特点,使系统具有惯量响应能力。风电机组经PWM变流器并网,在机侧变流器利用直流电压外环和电流内环控制,维持直流母线电压稳定,VSG从网侧变流器接入,通过设计有功频率和无功电压控制方案,对系统进行调频、调压。使用Matlab软件搭建模型,调整仿真参数,仿真结果表明,该控制方案使系统可以模拟同步发电机的惯量响应特性,能够有效地解决由于风速或者电网负荷改变引起的频率震荡问题。     

双馈风机低电压穿越的改进技术

为提高电压跌落条件下双馈风电机组的运行稳定性,介绍了crowbar与chopper共同配合作用的低电压穿越技术,并从提高crowbar阻值整定上限这一角度通过理论分析与仿真验证说明了crowbar与chopper配合作用的优势。提出低电压穿越过程中机侧变流器的无扰切换控制方法,通过仿真验证了这种方法可以大大减少crowbar投切次数与低穿过渡时间,且控制简单可行。