基于双二阶广义积分锁频环的光伏并网发电系统仿真研究

电网不对称故障时,光伏发电系统中的负序分量和谐波分量会影响并网逆变器中的锁相环及控制算法。文章提出一种具有自适应滤波的双二阶广义积分锁频环技术,用于电网电压和并网电流正负序分量的提取以及电网电压同步信号的检测,并将该技术引入到正负序双电流环控制策略,通过优化不平衡控制策略中锁相环的方法,提升光伏并网逆变器整个控制系统应对电网不对称故障的能力。通过Matlab/Simulink软件平台搭建基于DSOGI-FLL锁频环的光伏并网发电系统模型并进行了仿真研究,结果表明,文章控制策略在电网不对称故障时有助于消除有功功率的2倍频波动以及抑制并网电流中的谐波分量。     

基于虚拟磁链的光伏并网逆变器同步方法

在电网发生不平衡故障情况下,光伏并网逆变器会因电网负序分量导致PWM正弦调制失真,电网同步跟踪精度差等问题,为此提出一种基于虚拟磁链(virtual flux,VF)的频率自适应同步方法。该方法结合VF无需电压传感器和二阶广义积分器(second order generalizd integrator,SOGI)无需进行正负序坐标运算双重优点。虚拟磁链可准确观测光伏逆变器定向电压矢量,利用SOGI的谐振特性避免正负序分量计算延时。锁频环(frequency lockedloop,FLL)为VF提供快速准确电网正序频率。仿真和实验结果表明所提虚拟磁链观测方法能够提高自适应同步跟踪的快速性和精确性。     

适于三相三线光伏并网逆变器的锁相环新方法（英文）

针对相位、幅值和频率是光伏并网逆变系统的关键信息,鉴于传统的锁相环方法难以适应低电压穿越的性能要求,本文提出一种新的三相锁相环方法,其主要由三部分组成:1线电压幅值和相位的测量;2正交信号发生器的选择(OSG);3线电压和相电压之间的转换。研究结果表明,当电网电压发生偏移和跌落时,该三相锁相环的方法可以准确地检测出故障信号。因此,该方法可为光伏并网逆变系统实现低电压穿越提供技术支持。     

基于负序电压前馈的非对称故障下低电压穿越控制方法研究

以电网发生非对称故障期间的双级式光伏并网发电系统为研究对象,首先利用LES(least error squares)滤波器提取电网电压基波分量,并采用二阶广义积分器锁相环分离电压负序分量。提出基于负序电压前馈的非对称故障下低电压穿越控制方法,以抑制电网电压负序分量造成的并网功率二倍频畸变,提高光伏发电系统的低电压穿越性能。仿真及实验结果均证明所提方法的正确性和有效性。     

一种新型离散域数字化并网同步方法研究

由于实际电网电压存在各种非理想情况,电网电压中的不平衡、谐波、直流分量等非理想因素将会并网同步产生负面影响,造成并网同步误差。为了解决该问题,提出一种新型数字化离散域并网同步方法,建立新型同步方法的数学模型,并对系统特性和系统参数进行分析和设计。与传统连续域方法相比,提出的方法直接数字实现,无需连续域到离散域的转换过程,而且可快速准确地提取出基波电压正序和负序同步信号。最后通过仿真和TMS320F2812 DSP硬件平台实验验证所提方法的有效性。     

三电平光伏并网逆变器低电压穿越的控制策略

为满足光伏逆变器并网要求,针对电网电压在对称跌落和不对称跌落情况,分别采用不同的低电压穿越控制策略。当发生对称跌落时,封锁电压外环,电流内环给定指定值;当发生不对称跌落时,采用电压前馈算法有效抑制跌落瞬间的电流冲击;快速的正负序分量提取和精确的电网电压同步信号,保证控制信号提取的实时性;抑制负序电流分量,保持三相电流平衡并动态调节无功电流输出,满足无功支撑要求;有源阻尼控制将保证系统的稳定运行。基于10 k W三电平光伏并网逆变器,进行Matlab/Simulink仿真和现场实验。结果表明,控制策略能有效抑制并网电流的瞬间冲击并具有较高的正弦度,从而保证在电网发生跌落期间的安全穿越。     

含超级电容器储能的永磁直驱风电系统低电压运行与控制

为实现电网不平衡条件下直驱风电系统低电压穿越,通过研究含超级电容器储能单元的系统运行特性,建立超级电容器储能单元小信号模型,实现精准的充放电控制,确保系统安全稳定运行。提出风电系统中储能容量的确定方法,研究适合于该系统的低电压运行的控制策略,包括限制机侧变流器有功输出以及调整网侧变流器有功无功分配,为电网提供无功支撑。提出新的频率自适应正序电压分量检测法,为变流器运行提供精准快速的响应信号,提高系统鲁棒性。通过仿真验证含超级电容器储能的直驱风机系统及其控制策略的可行性。     

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。     

电网畸变下两相静止坐标系的改进同步信号检测方法

新能源并网发电过程中逆变器需要获得同步的正弦信号,在电网电压不对称、畸变和频率变化等复杂工况下,电网电压含有正序、负序及谐波分量,对电网同步正弦信号的检测造成很大的干扰。基于此,提出在两相静止坐标系下,首先,将Hilbert变换与Clark变换相结合,利用简单的数学运算消除负序分量,从而分离出正序电压信号;其次,为了从分离的正序信号中提取出同步信号,将两相静止坐标系下的正序分量作为正弦幅值积分器(sinusoidal amplitude integrator,SAI)的输入信号,通过设计的复合正弦幅值积分器消除正序中的谐波分量;最后,分析频率变化对所提取同步信号的影响,构造正序分量频率自适应算法,使得同步信号的提取更加准确。仿真与实验结果表明,所提算法在复杂工况下可提取精确的电网同步正弦信号,具有良好的频率自适应特性。     

具有低压穿越功能的微型燃机发电系统的并网控制策略

针对电网发生短时故障时,要求在电网可恢复期间,微网能够不脱网运行。重点研究了三相电网电压发生短时对称跌落故障下,如何实现微型燃机发电系统（MTGS）的低压穿越技术（LVRT）。解决了该故障下造成的直流母线电压泵升问题、无功补偿问题以及如何快速准确地检测故障点电压问题。最终提出了一种MTGS在电网无故障下恒功率并网与电网故障下通过低压穿越维持并网的综合控制策略。仿真结果验证了该控制策略的有效性和可行性。     

Multi-pole permanent magnet synchronous generator wind turbines' grid support capability in uninterrupted operation during grid faults

Emphasis in this paper is on the fault ride-through and grid support capabilities of multi-pole permanent magnet synchronous generator (PMSG) wind turbines with a full-scale frequency converter. These wind turbines are announced to be very attractive, especially for large offshore wind farms. A control strategy is presented, which enhances the fault ride-through and voltage support capability of such wind turbines during grid faults. Its design has special focus on power converters' protection and voltage control aspects. The performance of the presented control strategy is assessed and discussed by means of simulations with the use of a transmission power system generic model developed and delivered by the Danish Transmission System Operator Energinet.dk. The simulation results show how a PMSG wind farm equipped with an additional voltage control can help a nearby active stall wind farm to ride through a grid fault, without implementation of any additional ride-through control strategy in the active stall wind farm.     

并网永磁直驱风电机组故障穿越能力仿真研究

随着电力电子器件成本下降,拥有全功率变换器的永磁直驱风机成为各国关注热点。风电场容量不断增大,要求风电机组具有故障穿越能力。本文以直驱同步风电发电机组为研究对象,利用matlab/simulink搭建了直驱同步风电机组的动态数学模型,对直驱同步风电机组故障穿越能力进行仿真研究,试验结果表明：在风电场接入点发生故障时,直驱同步风电机组具有故障穿越功能。尤其在电网发生电压跌落时,直驱风机能为系统提供一定的无功支撑。有效防止系统电压过多降落。提高了系统故障运行的稳定性。     

Control of a doubly fed induction generator in a wind turbine during grid fault ride-through

This paper analyzes the ability of a doubly fed induction generator (DFIG) in a wind turbine to ride through a grid fault and the limitations to its performance. The fundamental difficulty for the DFIG in ride-through is the electromotive force (EMF) induced in the machine rotor during the fault, which depends on the dc and negative sequence components in the stator-flux linkage and the rotor speed. The investigation develops a control method to increase the probability of successful grid fault ride-through, given the current and voltage capabilities of the rotor-side converter. A time-domain computer simulation model is developed and laboratory experiments are conducted to verify the model and a control method is proposed. Case studies are then performed on a representatively sized system to define the feasibility regions of successful ride-through for different types of grid faults.     

Rating requirements of the unified power quality conditioner to integrate the fixedspeed induction generator-type wind generation to the grid

The ability of wind generation to remain connected to the grid in the event of system faults and dynamic reactive power compensation are two aspects of grid integration, which have received particular attention. The wind driven, fixed-speed induction generator (FSIG) on its own fails to fulfil these requirements of grid integration. The application of a unified power quality conditioner (UPQC) to overcome the grid integration problems of the FSIG is investigated. The role of the UPQC in enhancing the fault ride-through capability of the generator is also investigated under both full and partial terminal voltage restoration. A realistic estimation of the rating requirements of UPQC for this type of application is carried out. A general principle is presented to choose the most practical and economical rating of the UPQC. The performance comparison of a UPQC and a static synchronous compensator to aid fault ride-through capability of a 2 MW FSIG under Irish grid code requirements has been carried out and the UPQC is found to be more economical in relation to device rating.     

短路故障清除时刻直驱风电机组机端暂态过电压研究

大规模风电汇集地区的配套火电机组少,属于交流弱电网,故障后暂态过电压问题严重。2011年至今,中国西北、东北、华北等多个区域电网已经发生了数十起风电暂态过电压脱网事件,且事故中,故障恢复过电压引发脱网的风力机占比很高,其过电压程度直接影响风电场的开机容量。针对该问题,该文基于典型低电压穿越策略建立永磁直驱风电机组（PMSG）并网模型,研究弱电网条件下送出线路短路故障清除时刻PMSG机端暂态过电压的影响因素。结果表明,PMSG暂态过电压与风电机组容量、电压跌落程度及锁相环动态特性等因素有关,根据某实际直驱风场搭建仿真系统模型验证了该结论。     

应用撬棒电路的双馈型风力发电机低电压穿越分析

风电场规模已经变得越来越大,风电机组的解列会严重影响系统的稳定性,这就要求风电机组具有低电压穿越能力以应对电网电压跌落。由于DFIG的定子侧直接与电网相联,在电网电压突然跌落时,定转子中会出现很大的电压和电流,需采用Crowbar电路（撬棒电路）来旁路转子侧变流器。文中分析了Crowbar电路的控制原理,然后在理论分析的基础上进行了仿真,仿真结果验证了Crowbar电路能够帮助DFIG在故障期间实现低电压穿越,最后进一步分析了Crowbar电路投切时间的选取。     

一种转子串联可变电阻与卸荷电路配合的低电压穿越方法

针对双馈感应发电机(DFIG)转子串联固定电阻在低电压穿越(LVRT)时,应对故障时的灵活性较低,且低穿效果过于依赖制动电阻的问题,文章提出了转子串联可变电阻与直流侧卸荷电路配合的改进方案。该方案根据转子故障电流的时域表达式对串联阻值进行整定并形成策略表。基于PSCAD/EMTDC仿真不同电压跌落情况下,改进方案的低电压穿越特性。结果表明,文章所提出的方案改善了风电机组的暂态稳定性,有效降低无功损耗,总体上低电压穿越效果较好。     

基于DSVPWM的PMSG并联型GS-NSC研究

为提高九开关变换器直流侧电压利用率,减少开关损耗,采用一种不连续空间矢量脉宽调制（DSVPWM）,同时将九开关变换器用于直驱式永磁同步风力发电机（PMSG）网侧构成并联型网侧九开关变换器（GS-NSC）。在对并联型GS-NSC控制策略、故障穿越方案进行理论分析的基础上,建立PMSG并联型GS-NSC仿真模型,设计多种电网电压故障工况对其进行仿真研究。结果表明,在电网电压正常工况下,并联型GS-NSC可维持电网电流的正弦波特性。在电网电压跌落工况下,并联型GS-NSC可向电网注入无功电流辅助电网电压的恢复,并通过提升并网电流幅值减少卸荷电路的功率损耗,降低PMSG散热负担。在电网电压骤升工况下,并联型GS-NSC可动态分配直流母线电压,避免因直流侧过压而导致PMSG退出运行。     

超导储能对并网型风电场运行性能影响的仿真分析

采用超导储能(SMES)可以改善风电场并网运行的稳定性,针对风电系统中出现的联络线短路故障和风电场的风速扰动,提出利用超导储能安装点的电压偏差信号作为超导储能有功控制器的控制策略。为了验证这种策略的有效性,建立了风电机组和超导储能装置的数学模型,并利用MATLAB/Simulink软件搭建了风电场接入电网后的仿真模型。仿真结果表明,采用该控制策略不仅可以在网络故障后有效地提高风电场的稳定性,而且能够在快速的风速扰动下平滑风电场的功率输出,降低风电场对电网的冲击。     

Voltage dip generator for wind energy systems up to 5 MW

The increase in installed wind power has brought a number of Grid Code areas into focus. The area of fault ride-through capability is one with serious implications for system security and thus has an impact on the allowed wind energy penetration in the network. There are several wind turbine models that can be used to study the effects of voltage dips and the corresponding wind turbine responses but these models need to be validated by comparing their results with the data obtained during field tests. This paper presents the design of a voltage dip generator that can be used to test wind turbines up to 5 MW and 20 kV. This system is able to adjust voltage dip depth and duration to the standards defined in different countries and also the fault impedance seen by the grid in order not to disturb its operation during the tests. Simulation results are validated using experimental data obtained at a laboratory-scale prototype (400 V, 90 kW). Finally, the actual 5 MW system and the results obtained during field tests are presented.