分布式虚拟同步发电机改进低电压穿越控制技术

传统分布式虚拟同步发电机不具备低电压穿越能力,在分析电网短路故障时传统虚拟同步发电机的运行特性基础上,提出保留功率环的改进分布式虚拟同步发电机低电压穿越控制技术。改进控制技术给出了电网短路故障时功率指令值的计算方法,同时在无功功率控制环中引入PI调节器,并在同步旋转坐标下对输出电流进行分序控制,实现不对称故障时输出电流的三相平衡,最后通过引入虚拟阻抗对瞬时故障电流进行抑制。改进后的分布式虚拟同步发电机低电压穿越控制技术,保留功率控制环,不改变虚拟同步发电机机理,在故障发生和清除时,只需对功率指令值进行重新设定,无需切换控制策略,实现分布式虚拟同步发电机的低电压穿越。仿真及试验结果验证所提控制策略的正确性及有效性。     

对称和不对称故障下的并网光伏逆变器低电压穿越研究

从改变控制策略上,成功实现电网故障下光伏逆变器的低电压穿越。分别提出了抑制对称故障的直接功率控制策略和抑制不对称故障的基于正序、负序电流的双闭环矢量控制策略。在对称故障时,采用限功率运行的方法改变输入功率指令,减少光伏电池对电网的输出功率,实现电网对称故障下的成功穿越。在不对称故障时,提取出电网中的正序和负序分量,采用正序和负序电流双闭环矢量控制,有效地抑制了瞬时电流冲击。仿真结果表明,两种不同故障工况下控制策略的合理性和有效性。     

电压跌落下虚拟同步发电机故障穿越控制

针对虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator, VSG)传统平衡电流控制在电压发生跌落时无法实现穿越问题,提出一种满足VSG平衡电流控制的低电压穿越(Low Voltage Ride-Through, LVRT)控制策略。分析了VSG传统平衡电流控制基本原理以及在电压跌落时无法实现穿越的原因。在此基础上,提出一种限功率给定的控制方案。按照传统LVRT电流指令计算出功率给定值,在维持VSG机械惯性属性不变的前提下,通过减小无功环惯性系数和维持有功功率差额以改善系统对称故障时无功输出速率和有功调节时间,引入相位调节控制消除了故障解除瞬间系统功率失稳问题。仿真结果验证了该控制策略的正确性和有效性。     

电网对称故障时双馈感应发电机低电压穿越控制

分析电网对称故障时,双馈感应风力发电机定子磁链变化过程、导致定转子过电流的原因、电网故障发生具体时刻及故障程度对双馈感应发电机定转子的影响,提出一种双馈感应风力发电机转子侧变换器低电压穿越控制策略,改善了双馈感应发电机在电网故障时定、转子过电流的情况,实现了双馈感应发电机在电网对称故障时的低电压穿越.在理论分析基础上,建立双馈感应发电机转子侧变换器低电压穿越控制模型和3 kW双馈感应发电机励磁变换器低电压穿越控制实验系统.实验结果表明,所提出的双馈感应发电机低电压穿越控制策略动态响应快、方法行之有效.     

无刷双馈发电机的高电压穿越控制策略研究

针对电网电压对称骤升故障对电机定、转子电压电流造成冲击的问题,提出一种无刷双馈发电机高电压穿越的控制策略。对无刷双馈电机(BDFIG)控制绕组电流表达式进行推导,分析得出抑制控制绕组过电流并非BDFIG高电压穿越需要解决的关键问题。研究了BDFIG网侧与机侧变流器协同控制的无功电流的分配原则,给出一种网侧变流器高电压穿越期间调节母线电压和向电网提供动态无功支撑的高电压穿越方案。提出一种机侧变流器高电压故障穿越的控制策略,通过在机侧吸收一定量的感性无功功率保持高电压故障期间BDFIG控制绕组磁链幅值不变,降低了BDFIG故障穿越时有功功率的波动。仿真和实验结果证明了所提控制策略的有效性。     

双馈风力发电低电压故障穿越控制策略研究

研究了一种双馈风力发电低电压故障穿越控制策略。分析了电网故障时风力发电机的暂态电磁关系和转子的过电流原因。在不改变系统硬件结构情况下,通过对双馈电机转子的励磁控制策略来实现低电压故障穿越控制。建立了双馈风力发电低电压故障穿越控制的数学模型,在电网对称故障和非对称故障条件下,对双馈风力发电低电压故障穿越进行了仿真研究,介绍了仿真结果。     

基于SMES风电不对称故障穿越控制策略研究

并网电网不对称故障会在网侧电压电流中产生2倍工频的正序和负序分量,2倍工频分量会导致并网电流畸变,甚至损坏并网变流器,影响直流母线电压稳定运行。针对风电不对称故障引起的电压波动,提出一种基于超导磁储能(SMES)的不对称故障穿越改进控制策略,分析不对称故障时并网变流器的功率模型特点,在传统不对称故障电流闭环控制中引入零序电流控制环,消除并网负序电流和有功功率波动;考虑电网故障会在直流侧堆积有功功率,造成直流母线电压波动,改进传统斩波器电压电流环,引入功率校正环节,及时消纳故障期间直流侧有功功率堆积,降低直流母线电压波动,最后构建仿真和实验平台验证所提方法的有效性。     

适应多类型电网故障的储能系统预测电流控制与LVRT策略

为了实现储能装置的功率转换系统(Power Conversion System,PCS)在电网发生对称和不对称故障时的低电压穿越LVRT(Low Voltage Ride Through,LVRT)控制,考虑到目前PCS控制方面的不足之处,通过分析预测电流控制原理,推导α-β坐标系中PCS瞬时功率方程,设计了一种电网故障情况下PCS的LVRT控制策略。建立基于PSCAD的84 kW储能电池PCS系统,针对电网多类型故障进行仿真;在已有控制策略经过仿真验证之后,又将该策略移植到硬件设施中进行实验。仿真结果表明,该控制策略可以有效实现储能系统的低电压穿越功能。     

直驱风电机组低电压穿越改进控制方法仿真研究

采用改进的瞬时对称分量法对电网电压瞬时值进行对称分量分解,提出了电网电压不对称跌落时D-PMSG的低电压穿越控制策略,按照电网电压正序分量和额定电压的比值减小发电机功率,并在解耦控制中分别控制正序和负序分量,正序通道完成能量的传输,负序通道产生和电网负序电压相等的负序电压,从而保证网侧逆变器电流中无负序分量,避免了逆变器非全相过负荷,充分利用其容量。仿真结果研究表明,提出的改进控制策略实现了不对称故障下的低电压穿越,并且保持了逆变器三相电流对称。     

直驱永磁风力发电系统低电压穿越改进控制策略研究

采用改进的瞬时对称分量法对电网电压瞬时值进行对称分量分解,提出了电网电压不对称跌落时D-PMSG的低电压穿越控制策略。按照电网电压正序分量和额定电压的比值减小发电机功率,并在解耦控制中分别控制正序和负序分量,正序通道完成能量的传输,负序通道产生和电网负序电压相等的负序电压,从而保证网侧逆变器电流中无负序分量,避免了逆变器非全相过负荷,充分利用其容量。仿真结果研究表明,提出的改进控制策略实现了不对称故障下的低电压穿越,并且保持了逆变器三相电流对称。     

三相电压不对称跌落光伏并网逆变器控制方法

为了满足光伏并网逆变器在三相电网电压不对称跌落情况下的低电压穿越能力的要求,提出了一种电流正负序同步旋转坐标独立控制的方法,以抑制负序电流和并网电流谐波,使得光伏并网逆变器在三相电网电压不平衡跌落过程中能够正常运行,且不影响电网电能质量。特别地,对电网电压正负序分量的检测进行了详细研究,分析了两种不同的电网正负序分量检测方法的优缺点,优选一种方法进行了实验验证。所提出的低电压穿越控制方法通过了国家电网的零电压穿越认证,证明了该技术方案的有效性。     

微网逆变器低电压穿越控制策略

微网逆变器一般采用下垂控制或虚拟同步机控制,其低电压穿越方式及特性与基于PQ控制的逆变器不同。下垂控制或虚拟同步机控制的逆变器低电压穿越的主要问题是在故障期间逆变器电压与电网电压之间不断产生相位的偏移,该相位偏移会严重影响并网电流恢复的速度。针对上述问题,提出一种在故障期间对功角等变量进行记忆保持的策略,使变量在故障前后基本保持一致,以实现故障后系统的快速恢复。针对故障期间产生的负序分量,采用在双同步旋转坐标系下对正、负序电流进行独立控制并引入电网电压前馈的方法。仿真和实验均验证了控制策略的正确性和有效性。     

直流微网低电压穿越控制策略研究

针对直流微网低电压穿越问题,基于光伏直流微网在综合考虑低电压穿越控制要求以及故障期间光伏出力、负荷随机波动性大对系统运行造成影响的基础上,分析了系统在不同运行工况下的能量流动特性,提出一种光储荷协调控制以及有功无功协调控制的系统整体控制方法。在低电压期间,通过光储荷协调配合控制稳定直流母线电压,同时平衡系统能量;网侧变流器根据电网电压幅值,实现有功无功协调限流控制,提供无功功率支撑网侧电压恢复,同时避免网侧变流器输出过流。最后,在Matlab/Simulink平台搭建仿真实例,仿真结果表明所提控制策略能够实现系统能量最优利用,满足系统低电压穿越要求,保障系统可靠运营,从而验证了该LVRT控制方案的有效性。     

基于干扰抑制的双馈风机低电压穿越控制策略

低电压穿越要求风力发电系统在电网电压突降下保持连续运行并为电网提供无功功率支撑。为提升双馈风力发电系统的低电压穿越能力,提出基于状态相关Riccati方程技术的干扰抑制控制方法。所提干扰抑制控制目标为：确保转子侧换流器在暂态期间为系统提供所需的无功功率支撑;控制网侧换流器以维持直流母线电压恒定。基于上述控制目标构建相应的干扰抑制控制问题,并采用状态相关Riccati方程技术获得反馈控制律。在设计权重矩阵时,充分考虑了控制目标、控制效果与控制成本的影响。为了保证转子电流和直流母线电压在低电压穿越过程中处于安全范围,设计转子电流抑制机制,并采用串联动态电阻保护电路。最后,与传统比例-积分（PI）控制、基于粒子群优化的PI控制、滑模控制以及精确线性化控制的仿真结果进行对比,结果表明所提出的控制策略具有更好的暂态性能,能够有效地提升双馈风力发电系统的低电压穿越能力。     

动态调整转子撬棒阻值的双馈风电机组低电压穿越方法

双馈感应发电机(DFIG)等大型电力电子发电设备接入电网,改变了电力系统源端的暂态特性。在系统故障下,为保证DFIG不脱网运行,常采用转子撬棒保护电路完成低电压穿越(LVRT)。DFIG的暂态特性与故障发生时刻和故障程度有关,传统固定阻值的撬棒电路很难保证不同故障下的LVRT。从时域角度推导了撬棒投入后的暂态转子电流表达式,并提出了基于动态调整转子撬棒阻值的DFIG的LVRT方案,制定了转子撬棒自适应控制策略及阻值整定方法。仿真分析了不同电压跌落深度下所提方案的LVRT特性。结果表明,所提方法不仅能够满足不同电压跌落深度下的转子电流和直流母线电压,而且降低了撬棒投入次数及时间。     

Control Design of a Dynamic Voltage Restorer for Wind-Driven Induction Generators during a Low Voltage Fault at Grid Bus

To reduce the parallel transient and resume the power balance immediately after fault clearing, many countries have included the low voltage ride through (LVRT) requirements in the grid codes for grid-connected wind turbines (WTs). Although the removal of the WT from the power grid in the conventional approach is beneficial to alleviate severe mechanical stress incurred by the low voltage fault, remaining the WT to be connected to the grid during the low voltage fault becomes obligate to reduce the risk of voltage collapse for the power system associated with the ever-increasing WT installation. This article presents a control strategy to which the LVRT capability enhancement of a wind-driven squirrel cage induction generator (IG) by the use of a dynamic voltage restorer (DVR). The DVR, with the flexibility of changing output voltage polarity in series with the power source, can sustain the excitation of IG subjected to the low voltage fault and the random change in load and wind speed. A DC voltage regulator is employed to support the DC-link voltage of the DVR for generating appropriate AC voltage level required for the IG. The AC output voltage of the DVR is controlled by an AC voltage regulator according to the IG terminal voltage deviation from the desired value. To achieve voltage and current decoupling control between distinct coordinate axes in the stationary reference frame, a proportional-resonant (PR) controller is adopted. The DVR output voltage can be instantaneously tracked by the PR controller according to the sinusoidal command comes from the DC and AC regulators. To fully utilize the compensation capacity for the DVR, the dynamic estimation of grid voltage lower limit for recasting the AC voltage command (ACC) of the DVR in response to the low voltage fault is proposed to prevent DVR from malfunction due to controller saturation. The experimental results confirm the effectiveness of the proposed strategy.     

基于欠励磁状态运行的虚拟同步发电机低电压穿越控制策略

虚拟同步发电机(VSG)技术可模拟同步发电机(SG)运行特征,有助于并网系统和传统电源在电网中的协调运行。但其电压源特性增加了低电压穿越(LVRT)的运行难度,难以限制电流并提供适当无功支撑。为此,将传统SG并网无功调节原理应用于LVRT控制中,提出一种基于欠励磁状态运行的VSG的LVRT控制新方法。不改变原有VSG控制结构,对下垂特性、无功环和有功环分别进行改进设计,抑制电网故障对VSG的暂态冲击,加速励磁状态的转变过程。并在保持原有VSG特性的基础上改进附加电流环,应用新的定向方法,辅助系统欠励磁状态运行,实现故障穿越。所提方法无需切换控制算法,也无需加入状态平滑切换策略,且能同时应对LVRT和电网不对称跌落问题,简化控制策略,拓展VSG运行优势的适用范围。最后,通过仿真验证了所提方法的正确性和有效性。     

适用于并网系统低电压穿越的电压检测算法

随着新能源并网发电系统大规模的接入,电网从运行安全的角度制定了严格的并网标准。其中,低电压穿越标准要求新能源发电系统具备低电压穿越能力,从而能够在电网故障情况下对其提供支撑。提出了一种适用于新能源并网发电系统低电压穿越的快速电压检测方法,该方法由基于同步参考系锁相环与2个并列运行的检测模块组成,快速检测模块根据追踪的电压最大值点与过零点可在短时间内快速检测出电网电压跌落,准确检测模块则可以在复杂电网情况下得出精确的电压跌落幅度,为并网系统准确、快速响应电网需求提供了有力支撑。仿真与实验结果验证了该方法的有效性与准确性。     

储能型双馈风电场联合STATCOM的无功协调控制

针对传统双馈风电机组(DFIG)低电压穿越(LVRT)能力不足问题,提出了储能型双馈风电场联合STATCOM的无功协调控制。该控制是在网侧变流器（GSC）原有的模型上将超级电容经隔离型DC/DC变换器并联到风机直流侧,以此吸收故障期间直流侧产生的不平衡功率;在发生低电压故障时,根据超级电容投入情况,对两侧变流器和并联在风机出口母线上的STATCOM进行无功协调控制来支撑电网电压;同时超级电容储能装置采用电压电流双闭环控制,满足了系统稳定性和经济性的要求。仿真结果表明：该方法应用在风电并网系统中可以使DFIG的LVRT能力得到极大的提升。     

基于模式切换的永磁同步风力发电机组低电压穿越控制策略

随着风电机组安装容量的不断上升,风电系统在电网故障情况下的稳定运行尤为重要,电网导则要求风电机组在电网电压瞬间跌落一定范围内不脱网运行,具备低电压穿越能力(low-voltage ride-through,LVRT)。对于永磁同步风力发电机(permanent magnet synchronous generator,PMSG)机组,快速控制直流电容电压是实现低电压穿越的关键。文章采用一种基于模式切换的PMSG机组低电压穿越控制策略,该策略在电网电压正常和故障时进行控制模式切换,选择网侧变流器或机侧变流器来控制直流电容电压。另外,为加快直流母线控制速度,提出了一种改进前馈方法,加快了控制速度,降低了直流母线电压的峰值。仿真结果验证了所提控制策略的有效性。