不平衡电网电压下风力发电机网侧变流器控制研究

针对电网电压不平衡下风力发电机网侧变流器的控制问题,提出一种基于比例积分谐振(proportional integrate resonant,PIR)控制器的矢量控制方法。以双馈风力发电机为研究对象,建立了它及其网侧变流器在不平衡电网电压条件下的数学模型,并分析了其工作原理和相关控制关系。介绍了谐振控制器的工作原理,建立数学模型,进行参数设计,并在MATLAB中进行验证。在MATLAB仿真平台中搭建了一台6MW的双馈电机模型,验证了谐振控制器能够准确的控制网侧变流器跟踪电网电压,有助于双馈电机的平稳运行。     

不平衡电网电压下双馈感应发电机转子侧变换器的比例–谐振电流控制策略

为了研究不平衡电网电压条件下双馈感应风力发电机(doubly-fedinduction generator,DFIG)系统增强运行能力的有效控制策略,提出了网侧、转子侧变换器的比例–谐振电流控制方案以及两者之间的协同控制策略。针对电网电压不平衡条件下DFIG转子侧变换器,提出了一种在两相定子静止αβ坐标系中实施的比例–谐振(proportional-resonant,P-R)电流控制方案,以实现对DFIG转子电流无需正、负相序分解的统一调节。采用正序d+轴电网电压定向简化了各种增强运行能力控制目标下的转子正、负序电流指令值算法,设计了相应的DFIG不平衡控制策略。实验研究表明,这种P-R电流控制方案能够实现转子侧变换器选定控制目标,具备优良的动态调节性能,可增强不平衡电网电压故障下DFIG风力发电机系统的不间断运行能力。     

不平衡电压下双馈感应发电机转子侧变流器的灵活功率控制

针对不平衡电压下双馈感应发电机(DFIG)转子侧变流器的控制,分析定子瞬时有功和无功功率与三相定子电压、转子电流的关系,通过引入连续调节系数得到转子三相电流指令值的通用计算式。进一步地,求得指令电流调节系数、转子电流峰值及DFIG定子有功和无功波动的表达式,分析DFIG控制特性随调节系数、电压不平衡度的变化规律;分析不平衡电压跌落下DFIG的可控性,给出电压跌落后定子电压的临界值和转子侧变流器可控的判断条件;以功率波动设定值为目标,计及转子电流峰值限制,建立DFIG单位功率因数和无功功率支持2种模式下的灵活功率控制策略,通过仿真验证所提方法的可行性。     

不对称电网电压下双馈风力发电机的控制方法

分析了不对称电网电压下双馈风力发电机的运行特性,进而提出一种基于多频点比例积分谐振控制器的矢量控制方法,通过定子侧功率的单闭环结构,实现不对称电网电压下的双馈电机控制.相比于传统的正负序双dq域控制,所提方法既不需要负序dq域控制器,也不需要转子电流内环,控制结构简单.同时,该方法只需对一个简单参数(λ∈[0,2])进行调整,即可实现不对称电网电压下双馈风电系统的多种不同控制目标.基于MATLAB/Simulink平台搭建了1.5 MW双馈风电仿真平台,仿真结果验证了所提算法的正确性和有效性.     

不平衡电网电压下双馈感应发电机网侧和转子侧变换器的协同控制

建立了不平衡电网电压下双馈感应发电机(doubly-fed induction generator,DFIG)网侧变换器的数学模型,讨论了交流输入电抗对瞬时有功功率的影响,在此基础上,提出4种可供选择的网侧变换器协同控制目标。为了验证网侧、转子侧变换器协同控制策略的有效性,提出静止αβ坐标系中比例?谐振控制器,使网侧变换器正、负序电流无需分解调节,并构建了DFIG网侧变换器的不平衡控制系统。仿真和实验研究结果表明,所提网侧、转子侧变换器协同控制策略可实现风电机组更为优化的不对称故障穿越(不间断)运行控制;所设计的网侧、转子侧变换器P-R电流控制方案不仅能够在稳态不平衡电网下提供精确的电流调节,而且在瞬态不平衡下体现优良的动态响应特性。     

不对称电网故障下双馈风力发电机的比例-积分-谐振滑模控制器设计

针对不对称电网故障下,双馈风力发电机的控制策略进行了研究。讨论了电网故障时转子侧变流器(RSC)和网侧变流器(GSC)的控制目标,合理安排了电网严重故障时的控制优先级。基于比例-积分-谐振滑模控制原理设计了机侧和网侧变流器协同控制方案。通过MATLAB/Simulink仿真软件搭建了所设计控制方案的仿真模型。仿真结果表明,在电网正常运行的情况下,与传统的矢量控制策略相比,比例-积分-谐振滑模控制策略对输出功率、电流变化的响应更迅速,具有更好的动态性能和抗扰动能力;在电网不对称故障下,能够有效地抑制电磁转矩振荡和直流母线电压波动,提高了双馈式风力发电机的低电压穿越能力。     

电网电压不平衡双馈风力发电机改进控制方法

为了有效地改善电网电压不平衡时双馈发电机(DFIG)的控制效果,提高发电机发出的电能质量,文中提出一种新的控制方法,在发电机转子侧转换器和网侧变换器使用正dq旋转坐标系正反馈的基础上增加了负dq旋转坐标系反馈控制,转子侧负反馈控制目的是降低电压不平衡引起的发电机电磁转矩的振荡,电网侧负反馈的控制目标是抑制发电机输出的不平衡电流。通过PSCAD/EMTDC环境下的仿真研究表明,该控制方法能够有效地改善电网电压不平衡时双馈发电机的性能。     

不对称故障下双馈风力发电机转子变换器控制研究

由于双馈感应发电机(DFIG)的传统控制策略在电网电压不对称跌落下的控制性能较差,提出了一种基于抑制转子侧负序电流的控制策略,以提高DFIG在电网电压发生不对称跌落的控制性能.在不对称跌落下,该控制策略可对DFIG的转子电流的正、负序分量同时进行控制,使用MATLAB/Simulink建立仿真模型,仿真结果表明此控制策...     

电网电压不对称跌落下双馈风力发电机机侧变频器控制策略的研究

根据低电压穿越技术的基本特点,以双馈感应发电机组(DFIG)为研究对象,在电网电压发生不平衡跌落时,对转子侧变流器采用比例-谐振控制,以提高在电网故障时风机不间断运行能力。通过PSIM仿真软件,以1.65 MW风机为模型进行仿真,并在1.65 MW风电机组功率试验台进行试验。仿真结果和试验结果证明在电网电压不平衡跌落时,对转子侧变流器采用的比例-谐振控制能够快速、有效地控制转子电流,提高了整个控制系统和风电机组的不间断运行能力,对DFIG风电机组实际运行中具有相当重要的实际应用价值。     

双馈风力发电机转子绕组故障的试验研究

在实际生产中,双馈风力发电机(DFIG)转子绕组状态监测能有效提高风电机组的运行可靠性。为研究DFIG转子绕组运行故障试验方案,首先介绍试验平台的基本原理、现场试验装置及搭建过程中主要问题的解决方法;然后以变换器网侧电流作为研究对象,分析故障特征信息流经变流器电力电子器件的传播规律,基于电流频谱提取转子绕组发生不平衡故障的诊断依据;最后基于获取的转子绕组三相不对称负载故障运行前后的转子绕组电流频谱图,可分析转子侧电气量故障特征频率。依据试验结果将转子变换器网侧电流频谱中的100 Hz、200 Hz和几个特征频率边频分量作为转子绕组不平衡故障的诊断依据;将3sf和(2±3s) f(s为转差率,f为基频)作为转子三相负载不对称故障的特征频率,具有一定的试验指导性和工程意义。     

基于Crowbar保护的双馈风力发电机低电压控制策略研究

针对双馈风力发电机在电压大幅骤降时投入Crowbar电路后引起直流侧过电压和动态无功补偿的问题,基于反馈线性化理论,提出了对网侧变频器进行非线性控制策略。通过协调控制STATCOM对电网进行动态无功补偿。仿真表明:网侧非线性控制器在电压骤降过程中能很好地抑制直流侧过电压;通过引入STATCOM补偿装置,很好地满足系统无功需求,证实了所提出控制策略的正确性,提高了系统的低电压穿越能力。     

电网不平衡时采用串联网侧变换器的DFIG风电系统协调控制

针对采用串联网侧变换器的双馈感应发电机(doubly fed induction generators, DFIG)风电系统,详细分析电网电压不平衡条件下该系统的运行情况,从抑制不平衡定子电压及维持系统有功功率平衡的角度出发,分别提出电网不平衡时串联网侧变换器和并联网侧变换器的控制策略.与电网不平衡下DFIG系统的传统运行控制方案相比,所提系统协调控制策略无需改变电网不平衡下转子侧变换器的控制策略,简化转子侧变换器的控制并有效提高其运行可靠性;所提方案在实现DFIG系统电磁转矩、直流链电压及系统总输出有功功率无二倍频波动的同时,实现电网不平衡下DFIG定、转子三相电流平衡,进一步提高了DFIG系统运行的稳定性和可靠性.通过对电网不平衡下采用串联网侧变换器的DFIG风电系统和采用传统控制策略的DFIG系统进行了仿真计算和对比分析,验证所提协调控制策略的正确性和有效性.     

电网电压不平衡时MMC基于非线性微分平滑控制方法*

针对电网电压不平衡时,模块化多电平换流器(MMC)系统出现网侧电流不对称问题,提出了非线性微分平滑控制方法。根据MMC系统拓扑,建立暂态数学模型,并分别对正、负序系统进行微分平滑性分析。功率外环采用基于功率前馈的微分平滑控制方法,为电流内环提供参考值;电流内环采用基于Lyapunov稳定理论的微分平滑控制方法,能够快速抑制负序电流,实现系统输出电流三相对称。在Matlab/Simulink平台上进行该控制方法和传统矢量控制方法的仿真对比,验证了非线性微分平滑控制方法具有更好的快速性和稳定性。     

风电场VSC-HVDC并网不平衡运行改善控制策略

风电场柔性高压直流输电(VSC-HVDC)系统交流不平衡运行时,并网输出功率存在二倍电网频率波动,并网电压、电流波形畸变,恶化风电场并网的电能质量。为改善风电柔性高压直流输电系统在交流不平衡状况下的并网性能,针对双馈风电场侧交流不平衡运行状况提出了一种改善控制策略。该改善控制策略在计及相关平波电抗器、变压器等值阻抗影响的基础上,建立了风电场VSC-HVDC系统不平衡运行数学模型,并提出基于正负序双dq解耦轴系下的正负序控制给定电流策略。最后,通过Matlab/Simulink仿真平台对比仿真引入改善控制策略前后的系统运行性能,对比结果表明所提改善控制策略可以有效抑制风电场并网功率波动,改善系统并网电压、电流波形。     

双馈风电机组电网背景谐波运行与谐波抑制策略研究

针对电网背景低次谐波引起的双馈风电机组定子电流畸变、功率及电磁转矩脉动,建立了能够反映电网5、7次谐波电压下双馈发电机的特征谐波模型,揭示了电网背景谐波电压对双馈发电机功率与电磁转矩脉动的影响机理。通过双馈发电机控制目标分析,提出了基于比例-积分-谐振(PIR)调节转子电流内环的双馈发电机双闭环控制策略,有效地消除了双馈风力发电机定子输出电流中的5、7次谐波和电磁转矩脉动。在Matlab/Simulink中建立了1.5 MW双馈风电机组仿真模型,实现了风电机组谐波运行与抑制的全过程仿真。利用电网谐波发生模拟装置,进行了双馈机组谐波运行与抑制现场试验,仿真与现场试验证明了理论分析的正确性与谐波抑制策略的有效性。     

A novel control scheme for DFIG-based wind energy systems under unbalanced grid conditions

This paper presents an analysis and a novel control scheme for a doubly fed induction generator (DFIG) based wind energy generation under unbalanced grid voltage conditions. The control objectives are: (i) to limit the rotor currents, (ii) to suppress ripples in the torque and (iii) to suppress the dc-link voltage fluctuation through converter controls. Negative sequence compensation techniques by one of the converters, namely, the rotor side converter (RSC) or the grid side converter (GSC) in a DFIG are discussed and their limitations are presented. A coordinated control scheme with a concise structure compared to the conventional dual sequence control structure is proposed in this paper. The RSC is controlled to suppress ripples in the torque and the rotor currents while the GSC is controlled to suppress ripples in the dc-link voltage by considering the rotor power effect. The major contributions of the paper include: (i) the presentation of the limitation of negative sequence compensation using one converter; (ii) development of a concise coordination control scheme which is free of low pass filters and uses a reduced number of reference frame transformation. Matlab/Simulink tests for a 2MW DFIG demonstrate the effectiveness of the control scheme.     

LCL滤波的双馈式风电网侧变流器在不平衡电网电压条件下的控制策略

为了提高LCL滤波的双馈式风电网侧变流器在电网电压不平衡情况下的工作性能,通过对变流器在上述条件下的数学模型进行理论分析,提出了基于LCL滤波器的不平衡电流指令算法,并提出了在同步旋转dq坐标系下采用PI和重复控制器并联结构的电流复合控制方案.利用所提控制策略,可有效降低电网电流中的低次谐波含量,实现正负序电流的无差跟...     

A flexible power control strategy for rotor-side converter of DFIG under unbalanced grid voltage sags

Doubly fed induction generator (DFIG) is widely applied in variable-speed wind energy conversion system. The disconnection of a substantial amount of DFIG may arouse the instability problem of power system, thus wind power generators have to remain connected during short-time grid faults. As a result, the voltage sag will lead to overcurrent and overvoltage in the rotor winding of a DFIG, moreover the unbalanced voltage sags will also cause serious fluctuations in its electromagnetic torque and output power. This paper studies the relationship of the stator instantaneous powers with the three-phase stator voltage and rotor current of a DFIG under unbalanced grid voltages. A generalized formula of current reference for the rotor-side converter of DFIG is constructed by introducing continuous adjustment coefficients. Meanwhile, the analytical equations of rotor peak current, stator active and reactive power fluctuations are derived to characterize the operating performance of DFIG. The impacts of adjustment coefficients on DFIG control performance and the feasible region of coefficients restrained by the rotor current constraint are discussed. In consideration of the rotor current limit, the flexible power control strategy for DFIG in unity power factor mode (UPFM) and reactive power supporting mode (RPSM) is presented. The correctness of proposed method is verified by simulation and experiment tests of single-DFIG and multi-DFIG systems.