具有谐波输出功能的大容量电网扰动发生装置

提出一种适用于大容量电网扰动发生装置的新型电路拓扑,该拓扑具有较强的谐波输出能力。基波逆变器和谐波逆变器采用不同的开关频率和输出滤波器设计,耦合变压器采用合理的变比设计,可有效平衡系统的输出能力和功率损耗,并可保证基波、谐波电压分量的控制精度,满足各类电网故障的模拟。研制了一台690 V/2.5 MVA的经济型移动式电网扰动发生装置,该装置除常规的电网扰动模拟功能外,还可输出2~25次电压谐波,且其电压谐波畸变率可达10%。实验结果证实了该电路拓扑的可行性和有效性。     

基于电网电压全前馈的七电平光伏并网系统

针对传统单相多电平光伏并网逆变器输出电流谐波畸变率高的缺点,提出一种基于电网电压全前馈的七电平光伏并网系统。该七电平逆变器是由boost电路及正激电路组成的DC/DC变换电路、全桥逆变器、辅助回路和电感-电容-电感(LCL)滤波器级联而成。其中,LCL滤波器滤除由脉宽调制(PWM)造成的高次谐波,从而减小并网电流的谐波含量。同时采用电容电流内环来抑制LCL产生的谐振,提高稳定性。此外,为防止由电网电压谐波造成系统振荡,引入电网电压全前馈控制策略。仿真结果证明该系统能有效地提高输出电流质量,消除电网电压对并网电流的影响,并使并网电流始终保持与电网电压同频同相。     

大容量链式电池储能系统及其充放电均衡控制

为实现高母线电压、大容量的城网储能.结合链式DC/AC变流器拓扑及多重化双向DC/DC变流技术,提出一种适合于大容量、多储能模块的电池储能系统结构.该储能系统可以不通过升压变压器直接接入10 kV以上电压等级母线,并可在较低开关频率下达到良好的输出谐波特性;系统中每个串联单元的直流电压可在电池组端电压的基础上进一步提高...     

新型H桥级联型风机并网检测装置研制

在调研风电机组并网检测相关需求的基础上,提出一种能够兼顾低电压穿越(LVRT)和电能质量指标扰动穿越能力检测的实验设备。该装置采用H桥级联型多电平变流器结构,配合载波移相脉宽调制(CPS-PWM)策略和直接矢量控制模式,实现了电压跌落、谐波、电压波动、不平衡等多种扰动电压输出,从而为风电机组并网测试创造条件。在Matlab/Simulink仿真分析的基础上,研制了可移动式35kV/4MVA风电机组并网检测装置,仿真分析和实际装置的现场实验结果验证了装置主电路和控制策略的正确性。除了风电机组并网检测外,该装置还可应用于光伏电站并网检测、静止无功发生器(SVG)出厂性能检测,应用前景广阔,极具推广价值。     

一种多功能多电平变压变频电源研制

为了适应分布式发电系统并网测试研究的需要,提出一种多功能变压变频电源,该变频电源的电压调节控制灵活,可通过单套逆变器生成较大的电压矢量,然后通过两种电压矢量的夹角控制,生成较低的电压,直至零电压,因此该电压源在低电压输出时电压精度高、谐波小;当两种电压矢量的输出电压频率不一致时,则为叠频输出。该变频电源控制系统采用DSP和FPGA,实验结果表明该变压变频电源性能优良,稳定性高。     

新能源并网测试一体化试验装置的设计与应用

针对目前国内新能源发电大规模并网情况,依据多抽头电源的结构及工作原理和国内风电/光伏并网测试技术规定,研制出一套新能源并网测试一体化试验装置。该装置不仅能够完成风电场/光伏电站的频率适应特性、电能质量指标等通用性能指标的现场检测,而且能实现对光伏电站防孤岛保护特性检测。试验装置解决了新能源并网测试中电压等级繁多、测试过程复杂等问题。最后通过在某风电场、光伏电站的实际并网测试应用,表明该套设备能够完成所有预定测试内容。     

大容量多功能电网扰动发生装置的研究

针对我国风电机组在电网适应性测试方面的迫切需求,研究了一种新型的大容量、多功能的移动式电网扰动发生装置。系统包含基波及低次谐波逆变器、高次谐波逆变器,采用耦合变压器耦合的方式,可以较低的成本提升系统容量,并兼顾输出控制准确度。装置实现包含2~25次谐波的各种扰动功能,如电压偏差、频率偏差、谐波、闪变、不平衡及电压跌落等工况。通过升压变压器,还可直接模拟风电场35 k V配电网,用于现场风电机组各项电网适应性项目的检测需求。实验结果表明,该装置能经济地实现上述各项电网扰动发生功能。     

基于谐波频谱的LCL滤波器设计

此处研究了基于谐波频谱的LCL滤波器设计。针对LCL滤波三相并网逆变器,给出采用空间矢量脉宽调制(SVPWM)方法控制的逆变桥桥臂电压输出谐波。依据EMI滤波器设计的方法,研究谐波频谱与谐振频率之间的关系,得出LCL滤波器的谐振频率。在此基础上,设计出满足并网要求且总电感量最小的LCL滤波器。最后通过三相并网逆变器的实验装置给出了LCL滤波器设计方案的实验效果。     

风力发电用大功率并网逆变器研究

在大功率风力发电系统中，并网逆变器是实现电能馈送电网的重要环节，但是由于并网逆变器采用的PWM信号开关频率较低，导致输出电流含有较大的电流谐波。该文为降低开关频率造成的电流谐波，在并网逆变器中引入T型滤波器取代典型的电感滤波器，并针对采用T型滤波器对并网逆变器系统带来的不稳定性，提出了基于桥臂输出电流闭环与电压电流双前馈相结合的间接控制策略。仿真与实验结果证明采用该控制策略可以有效实现并网逆变器稳定运行，同时具有较好的动静态性能。     

三相并网DC/AC变换器控制策略研究

并网变换器拓扑结构和控制方法的选择和设计对并网效率、谐波含量、并网质量等产生重要影响,直接影响并网系统的安全性和可靠性。提出基于前馈解耦的电压电流双闭环三相并网变换器控制策略,使输出电压能够快速跟踪额定输出电压,达到所需要输出电压的标准,提高输出电压响应速度,并实现无静差。通过建立三相并网变换器在dq轴坐标系下的数学模型,引入前馈解耦控制,建立电压控制器和电流控制器的输出解耦数学模型,并分析前馈解耦控制的原理,采用电压、电流双闭环实现系统的控制。电压调节器的输出作为有功电流的给定值,电流调节器用来独立调节系统的有功、无功电流,使系统的有功、无功电流实时跟踪指令电流值。利用MATLAB/Simulink搭建三相并网变换器控制模型,分析开关的脉冲信号、LC滤波前后电压、电流和谐波等,验证了所提控制方式的正确性和有效性。     

基于谐波注入信息传递的海上风电柔直并网故障穿越方法

海上风电柔直送出系统在交流电网发生故障时应该具备故障穿越能力.然而,风电场和柔直系统中的多类型换流设备在没有高速通信的情况下,很难协同控制实现系统低电压穿越过程中的直流电压稳定.因此,提出基于谐波注入信息传递的海上风电柔直送出系统故障穿越协调控制方法.在故障期间,风电场侧换流器检测到直流电压超过阈值后降低风电场交流电压幅值,并向系统注入谐波,使得风电机组换流器根据不同谐波阈值协同限制注入电网的功率,实现无通信条件下系统多换流设备协同的故障穿越.通过与常规的只由风电场侧换流器单独降功率的方法进行比较,在电网的各种故障类型下,所提方法可以更快速地将柔直直流电压限定在允许范围之内,系统可实现安全、可靠的故障穿越.     

基于超级电容储能的大容量直驱风电机组低电压穿越策略

模块化多电平换流器(modular multilevel converter, MMC)可用作大容量风电机组的换流器,其具有良好前景,但需要解决风电机组低电压故障时易脱网运行的问题。鉴于此,提出了一种基于超级电容储能的低电压穿越策略。考虑超级电容的利用效率和变流器的约束条件,通过DC-DC变换器对超级电容的储能模式进行控制,实现故障期间机、网侧的功率平衡,以稳定直流侧母线电压。按照海上风电场规定,确定了故障期间网侧MMC有功无功电流分配原则,向电网提供动态无功以帮助恢复电网电压。仿真结果表明,当并网点发生故障时,所提策略不仅能较好地稳定直流母线电压,保障了MMC功率器件安全运行,还可以补偿无功以改善电网电压,提高了大容量直驱风电机组的故障穿越能力和运行稳定性。     

考虑低电压穿越场景的频率稳定约束风电承载能力量化方法

具备良好低电压穿越能力的风电机组在故障后有功可逐渐恢复,此过程给系统带来的有功扰动并非阶跃形式。若在评估电网对此类风电的承载能力时仍考虑阶跃扰动,则评估结果将较为保守。针对此问题,提出了可用于量化风电低电压穿越过程系统最低点、平均变化率等关键频率特征的系统频率强度指标,并分析了该指标与系统中风电容量占比的关系。结合该指标和电网对最低点等频率特征的约束,建立了可量化评估低电压穿越场景下系统风电承载能力的双层优化模型,实现了低电压穿越场景下风电承载能力的精准评估。此外,为进一步提升风电承载能力,借助频率强度指标量化分析了给定风电占比目标下,风电机组需提供的最小调频能力。最后,通过仿真验证了所提出的风电承载能力量化方法及提升措施的有效性。     

海上风电场与柔性直流输电系统的新型协调控制策略

提出了一种适用于采用双馈机型的海上风电场与柔直输电系统的新型协调控制策略。接入风电场的送端换流站采用基于锁相环的定功率控制,根据风电场的有功参考值控制其有功功率输入,并且在送端换流站的有功功率控制外环中加入有功功率与直流电压平方的下垂特性来加强直流电压暂态稳定性;双馈风电机组采用同步控制,调节海上风电场交流电网的电压幅值和角度。相对于经典协调控制策略,该控制策略可以加强柔直输电系统的直流电压稳定性,对通信延时不敏感,通信成本较低。该控制策略还实现了送端交流电网故障下系统的故障穿越。文中以风电场接入基于多电平的两端柔直输电系统作为仿真研究对象,通过仿真分析验证了该协调控制策略的有效性和优越性。     

基于新型统一电能质量控制器的光伏电站故障穿越技术

近年来,光伏电站低电压穿越技术得到了快速发展,但受限于光伏并网系统电压检测速度影响,光伏电站故障穿越的快速性等问题亟需解决。文中提出一种适用于光伏电站故障穿越的的新型统一电能质量控制器(UPQC)接入结构及控制方法。该型UPQC能够在高电压故障时,通过补偿使光伏电站出口电压稳定在额定值,系统具备高电压穿越的能力,并兼有谐波补偿功能,有助于光伏电站快速响应电网电压波动情况,提升光伏电站故障穿越能力。UPQC可以配合光伏电站在低电压故障时输出无功功率,帮助光伏电站在指定的时间内发出电网需要的无功功率,并且能够在高电压故障时吸收电网无功功率,加速电网电压恢复过程,综合提升光伏电站穿越能力。最后,文中给出100 MW光伏电站运行仿真结果,验证了所提电力电子补偿系统的有效性和可行性。     

新型混合高压直流输电技术在海上风电场并网中的应用

对由双馈风电机组组成的海上风电场采用混合高压直流输电技术并网时风电场内部的电压和频率控制进行了研究。混合高压直流输电系统由双桥十二脉波不控整流换流器(DBC)、模块化多电平换流器和高压直流输电线路组成。首先,通过深入的理论分析阐明当由双馈风电机组组成的海上风电场采用混合高压直流输电技术并网时,风电场内部的电压可以自动维持在一个合适的范围内并随双馈风电机组输出有功功率的变化而变化。在此基础上,设计了双馈风电机组转子侧换流器的控制器以实现对风电场内部交流系统频率的控制,同时实现了双馈风电机组输出有功功率的最大功率点跟踪。为防止岸上公共连接点发生三相接地短路故障时基于DBC的高压直流输电系统发生过电压,设计了故障时双馈风电机组的控制策略。最后,对建立的采用混合高压直流输电技术并网的海上风电场模型进行了数字仿真,仿真结果验证了理论分析的正确性和所提出控制策略的有效性。     

提升海上风电经VSC-MTDC接入的低惯量系统频率稳定综合控制策略

规模化海上风电经多端柔性直流输电(VSC-MTDC)接入的低惯量系统存在同步发电机(SG)占比小、惯量水平低、功率互济能力弱等问题,为此提出一种VSC-MTDC与海上风电协调配合的低惯量系统频率稳定综合控制策略。首先将含原动机-调速环节的SG聚合为单机系统频率响应模型,构建换流站的虚拟系统频率响应(VSFR)控制器,并借助劳斯稳定判据分析经典参数下VSFR闭环控制的稳定性。然后针对海上风电并网系统功率支援能力不足导致的VSC-MTDC电压越限问题,设计适用于多风速场景的双馈风机附加桨距角与转速控制,通过调整海上风电出力对低惯量系统进行支援,提高海上风电并网系统功率互济能力,保障VSC-MTDC安全运行。最后在海上风电经三端柔性直流输电接入的低惯量系统中对所提控制策略进行分析验证。结果表明：所提控制策略的频率响应和功率支援能力强,可提高低惯量系统的频率稳定性。     

孤立系统的风电接入容量及低电压穿越特性的仿真分析

重点研究了孤立系统的风电接入容量及低电压穿越特性.结合国内第1座海上风电站项目,基于电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC,搭建了海上油田平台的直驱永磁风电机组、燃气轮机发电机组、平台负载等的详细动态模型.通过仿真,研究了该孤立系统的最大风电接入容量,以及在此系统配置下,当公共联络点发生短路故障时整个孤立系统的低电压穿越能力.仿真结果表明,该孤立系统风电接入容量最大占负荷的21.6%,这为后续的示范应用提供了参考.     

基于低电压穿越评估的永磁直驱机组风电场无功优化

为了提高永磁直驱机组风电场低电压穿越能力,提出了一种风电场优化无功出力控制方法.首先分析了风电机组无功和并网能力评价指标,提出风电机组低压穿越能力评价方法;然后综合考虑风电机组的运行状况以及无功输出能力,对风电场中的每台机组的低电压穿越能力进行评估,根据评估的结果分配每台机组的无功出力.仿真结果表明了该无功优化方法的可...     

大规模海上风电高电压穿越研究进展与展望

海上风电因其风速高、风力稳定、对环境影响小、发电量大等特点成为可再生能源的发展重心。因海上传输线路产生容性无功，风电场容易面临高电压穿越问题。梳理了当前国内外海上风电机组高电压穿越的发展历程，并以当前主流机型双馈风机系统为研究对象，从风机控制器控制策略、电压源换流器控制策略、增加补偿装置以及增加组合保护电路方面，对目前文献进行了分类和总结。通过对现有高电压穿越方法的综述，指出了大规模海上风电场高电压穿越存在的问题和进一步研究方向。