并联并网变流器的容错不平衡控制

应用于低压电网的大容量并网变流器需要进行并联扩容.为提高装置可靠性,通常希望在并联功率模块发生故障的情况下,变流器仍然能够带故障容错运行.这就要求控制环能够克服输出滤波电路不对称带来的影响,保证三相输出电流平衡.针对基于LCL滤波器的两模块并联并网变流器,利用重复控制能够对交流信号进行高精度控制的特性,采用重复控制外环结合滞后一拍控制内环的双环控制在三相ABC静止坐标系下进行输出电流的平衡控制.理论分析表明,该控制方法在输出滤波器参数发生变化的情况下,仍然能够保持较大的稳定裕度,具有较好的鲁棒性;在稳态精度方面,虽然由于增益的损失性能有轻微下降,但仍然能够满足工程实践要求.实验结果说明,在故障运行情况下,三相输出电流具有较好的平衡度,证明了所提出方案的有效性.     

并联并网变流器的容错不平衡控制

应用于低压电网的大容量并网变流器需要进行并联扩容。为提高装置可靠性,通常希望在并联功率模块发生故障的情况下,变流器仍然能够带故障容错运行。这就要求控制环能够克服输出滤波电路不对称带来的影响,保证三相输出电流平衡。针对基于LCL滤波器的两模块并联并网变流器,利用重复控制能够对交流信号进行高精度控制的特性,采用重复控制外环结合滞后一拍控制内环的双环控制在三相ABC静止坐标系下进行输出电流的平衡控制。理论分析表明,该控制方法在输出滤波器参数发生变化的情况下,仍然能够保持较大的稳定裕度,具有较好的鲁棒性;在稳态精度方面,虽然由于增益的损失性能有轻微下降,但仍然能够满足工程实践要求。实验结果说明,在故障运行情况下,三相输出电流具有较好的平衡度,证明了所提出方案的有效性。     

电网不平衡故障下风电并网变流器的控制综述

在电网电压发生不平衡故障情况下,由于引入了负序分量,导致了直流母线电压以及并网变流器输出功率产生二倍频的波动,交流输入电流产生谐波畸变。为了保证风电系统在电网不平衡故障下正常运行并提高风电并网变流器的并网电流质量,研究电网不平衡故障下的风电并网变流器控制策略已成为了迫切需求。在电网不平衡故障下,针对正负序分量的分离、控制目标的选取、电流参考值的计算、电流内环/功率内环的控制以及谐波控制等并网变流器控制的关键技术方面,对现有文献的控制策略进行综述。     

基于超级电容蓄能的永磁同步海上风电低电压穿越研究

为避免电网电压跌落导致海上风电机组脱网运行,分析了直驱永磁同步海上风电系统的双PWM全功率变流器控制策略,提出了一种基于超级电容器蓄能的海上风电机组并网运行低电压穿越方案。在双向变流器的直流侧并联超级电容蓄能系统,利用超级电容来维持电网故障时的功率平衡,稳定直流侧母线电压。利用网侧变流器静止无功补偿运行模式控制无功电流输出,向电网提供无功功率支持。仿真结果表明了该方案在电网故障时,能有效抑制直流侧过电压,向电网提供无功功率,有利于电网故障恢复,提高了直驱永磁海上风电系统的低电压穿越能力。     

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。     

电网不对称故障下H桥并联型逆变器的控制

针对H桥并联型并网逆变器在电网不对称故障下出现的负序电流和并网输出功率波动问题,采用一种切换控制算法,在电网电压正常时采用P-Q控制并网逆变器向电网输出稳定的功率,在电网不对称故障时对正、负序电流分别控制以消除负序电流的影响。仿真和实验结果验证了所采用切换控制算法的可行性。     

多变流器并联时谐振特性及最优虚拟阻尼方法

LCL型变流器多模块并联并网运行时系统网络阻抗及谐振特性会发生变化,这将无法保证变流器输出电流的控制特性。对输出电流谐振问题进行定量分析及谐振抑制方法研究非常关键。通过建立多变流器并联并网系统的诺顿等效电路模型,对谐振峰分布进行定量分析,进而在简化模型的基础上,得到了谐振频率的数学表达式。基于电容器并联虚拟电阻的阻尼方法,研究虚拟电阻取值对输出电流的影响,提出了虚拟电阻最优值的计算方法。该方法可保证多变流器并联并网系统输出电流对指令值的跟踪特性。仿真和实验结果证明了定量分析结果的准确性及虚拟电阻取值方法的有效性,实现了对输出电流的有效控制。     

电网不对称故障时全功率变流器风电机组控制策略

电网导则要求并网风电机组在电网电压在一定范围内瞬间跌落时不脱网运行.为满足这一要求,研究了全功率变流器风电机组在电网故障时的运行特性.建立了不对称电网故障下网侧变流器的数学模型,分析了正、负序双电流控制策略存在问题的原因,提出了一种直流侧采样电压带变频陷波函数的双电流控制策略,并针对电网频率波动的情况加入锁相环对陷波器...     

双馈风机网侧变流器SVG运行状态研究

电网发生电压跌落故障后,双馈风机网侧变流器运行在静止无功发生器状态下的无功出力研究,对于提高机组并网运行能力和电力系统电压稳定性,以及减少风电并网时无功补偿设备的投资具有重要意义。分析了双馈风机网侧变流器的无功调节能力,并参照德国E.0N公司对电压跌落故障时无功电流补偿的标准,仿真并分析了双馈风机在连续不同程度的故障情况下,通过控制网侧变流器故障后的运行方式,改变其所产生的无功功率,并与只有定子侧产生无功的情况进行了对比分析,结果表明,在风机并网系统发生电压跌落故障时,网侧变流器运行在SVG工作方式下,能够向系统注入一定的无功功率,并能一定程度上提高并网系统的稳定性,有效减少无功补偿设备的投资。     

并联型风电变流器机侧外管开路故障的容错控制

海上风电相比于陆上风电,自然环境恶劣,且交通不便,运维可及性差,要求变流器具有高可靠性。采用容错控制则能有效提升系统可靠性。针对并联型三电平变流器外管开路故障,提出了一种无功环流注入的容错控制策略。通过对故障变流器注入无功环流,使得变流器运行在单位功率因数,从而使故障相电流绕开故障外管,有效容错运行。相比于d轴电流注入的容错方式,无功环流注入能有效降低发电机铜耗,并且不改变整个系统的功率因数。通过仿真验证了无功环流注入的容错控制的有效性和可行性。     

The parallel operation control of a modular AC to DC converter via serial communication bus

This paper presents the parallel operation control of a modular AC to DC converter via a serial communication bus. In the proposed system, multiple AC to DC converters are parallel‐connected at the output end for load current sharing. Each module of the AC to DC converter is controlled by its individual microcontroller. The microcontroller of each module is employed for the voltage control loop and communicates with the microcontrollers of the other converter modules. The RS485 serial communication is used to transmit information among the controllers, which checks the number of the converter module for calculating the input inductor current command of each converter module. Moreover, the clock signal is used for synchronization to prevent data collision on the serial communication bus. The proposed parallel operation control provides fast response when the converter module connects or disconnects according to the required power. The performance evaluation of the proposed system is conducted by simulation and experimental verification on two parallel isolated CUK converters. © 2012 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

并联背靠背PWM变流器在直驱型风力发电系统的应用

直驱型风力发电系统需要全功率变流器,在现有器件功率水平以及开关频率等诸多因素制约下,变流器直接并联的方式具备结构简单、模块化设计、易扩展的优点。文中通过有效的控制,使并联运行达到了大电流输入的要求,并将基于载波相移技术的背靠背脉宽调制(PWM)变流器应用在直驱型风力发电系统中,开关频率仅为1 kHz。实验表明,在提高等效开关频率、改善输出电流波形的同时不会带来环流问题,这在风电系统的全功率变流器中具有重要意义。     

电网电压不平衡下双馈型风电场可控运行区域及其控制策略

电网电压不平衡条件下,双馈感应发电机(DFIG)风电机组实现电磁转矩无脉动等不同传统控制目标时所需要的负序电流幅值不同。结合电网电压不平衡条件下电网侧变换器(GSC)与转子侧变换器(RSC)实现各传统控制目标时所需的负序电流幅值,通过详细分析等值DFIG风电场GSC与RSC的输出负序电流能力,得到基于不同电网电压不平衡度和系统有功出力的DFIG风电场可控运行区域。以该可控运行区域为基础,提出电网电压不平衡条件下DFIG风电场的多目标协调控制策略,即根据电网电压不平衡度及系统有功出力选择或切换系统最优控制目标,进而改善不平衡电压下DFIG风电场的运行能力及所并电网的电能质量。仿真与实验结果验证了所提方案的可行性。     

基于多相风力发电系统的容错控制策略研究

多相电机具有转矩大、转矩脉动低以及容错性高的特点,尤为适用于风力发电系统这种低速大功率的应用场合。提出一种基于多相直驱永磁同步发电机的风力发电系统,多相风机经三相桥式不控整流器、隔离型DC/DC和模块化多电平变流器并入高压直流电网。首先,采用基于转速外环的MPPT控制得到三相桥式不控整流器的平均电流参考值;然后,根据变流器工作状态对各套三相桥式不控整流器的电流参考值进行重构,实现正常相输出功率平衡,确保故障相不会出现过流,达到系统的容错控制,提高可靠性;最后,通过模块化多电平变流器单桥臂接入直流电网,降低了变流器复杂度。以18相风力发电机为例,搭建了Matlab/Simulink仿真模型,验证了所提拓扑结构及容错控制策略的有效性。     

基于多相风力发电系统的容错控制策略研究

多相电机具有转矩大、转矩脉动低以及容错性高的特点,尤为适用于风力发电系统这种低速大功率的应用场合。提出一种基于多相直驱永磁同步发电机的风力发电系统,多相风机经三相桥式不控整流器、隔离型DC/DC和模块化多电平变流器并入高压直流电网。首先,采用基于转速外环的MPPT控制得到三相桥式不控整流器的平均电流参考值;然后,根据变流器工作状态对各套三相桥式不控整流器的电流参考值进行重构,实现正常相输出功率平衡,确保故障相不会出现过流,达到系统的容错控制,提高可靠性;最后,通过模块化多电平变流器单桥臂接入直流电网,降低了变流器复杂度。以18相风力发电机为例,搭建了Matlab/Simulink仿真模型,验证了所提拓扑结构及容错控制策略的有效性。     

电网故障下直驱风电系统网侧变流器的电网同步化技术

为了能够在电网故障下对直驱风电系统传递给电网的功率进行持续控制,避免变流器保护跌落和提高瞬态故障穿越能力,对故障电压基波正负序分量进行快速而准确的检测是必要的。提出了一种不平衡和畸变电压运行条件下风电系统网侧变流器的新型电网同步化技术,即双二阶通用积分器-锁频环(DSOGI-FLL)。这个新的检测器包括正交信号发生器、正负序分量计算器和锁频环3个基本函数模块。对DSOGI-FLL进行的仿真和试验结果表明这种新型软件锁相环便于数字实现,能对不对称和畸变电网电压进行快速、准确检测和稳定跟踪;DSOGI-FLL是直驱风电系统网侧变流器在电网电压不平衡和畸变条件下的一个合适的电网同步化方法。     

变流器开路故障下永磁直驱风电系统运行分析

变流器是永磁直驱风电系统中故障率最高的器件,文中针对变流器故障后系统运行特性的变化,在变流器数学模型的基础上,深入分析变流器中一个开关管发生开路故障后的工作情况。研究表明:一个开关管发生开路故障后系统可持续运行,但会影响该变流器的正常工作,引起对应侧电流波形畸变。在MATLAB/Simulink环境下建立永磁直驱风电系统模型,并搭建永磁直驱风力发电实验平台,分别在3种不同的开路故障下进行仿真和实验,围绕机侧和网侧电流、直流母线电压、有功输出比例、总谐波畸变率,评估故障对系统运行特性的影响。根据仿真和实验结果得出变流器开路故障特征:一个变流器的开路故障对另一侧的正常运行影响较小,但故障器件对应侧的相电流出现波形畸变。     

多电平变换器补偿不平衡负载的应用分析

为了准确分析级联H桥星型接法变换器、级联H桥角型接法变换器和模块化多电平变换器在电网故障情况补偿不平衡负载的能力,根据功率平衡原理分别建立了这三种多电平变换器的数学模型进行对比分析,并得出结论:基于级联H桥星型接法的STATCOM不适合补偿不平衡负载。基于级联H桥角型接法变换器的STATCOM在电网电压正常时能很好地补偿不平衡负载,但是当电网电压发生故障时补偿不平衡负载的性能迅速降低。基于模块化多电平变换器的STATCOM无论是在电网电压正常还是故障不对称的情况下都能很好地补偿无功电流和负序电流。最后,基于Matlab/Simulink仿真结果表明了理论分析的正确性和有效性。     

A multi-terminal HVDC transmission system for offshore wind farms with induction generators

Voltage source converter, multi-terminal HVDC transmission (MTDC) for the connection of large offshore wind farms to the terrestrial grid is investigated. Induction generators without the need of wind turbine converters are installed in the wind farms due to the supports from the voltage source converters of the HVDC. A control system is designed which incorporates the voltage–current characteristics of the voltage source converters and the power reduction from the wind turbines during a fault. During normal operation, grid side converters control the DC voltage and coordinate the power sharing to the terrestrial grids. During abnormal operation, wind farm side converters take over the DC voltage control and coordinate the power reduction between wind farms. The control system removes the requirement for fast communication between the converters and achieves automatic coordination. The dynamic performance of a MTDC with the control system is tested through simulations using PSCAD/EMTDC.     

基于载波移相并联的直驱风力发电并网变流器控制策略

直驱风力发电变流器需要全功率变流器,其网侧变流器设计要求低谐波输出、宽电压工作范围、高可靠性及快速的动态响应能力。受现有功率器件及其开关频率、发热等条件制约,采用单模块的变流器难以满足系统要求,因此采用载波移相并联作为并网变流器,使系统冗余性增强、输出电流控制的等效开关频率和采样频率都得到了提高,输出滤波电感的压降减小,提高了系统动态响应能力。针对载波移相并联变流器的环流问题,通过对载波移相并联系统环流数学模型的分析,提出了一种可以有效抑制环流同时改善系统动态性能的总电流输出外环加环流控制环的控制策略。仿真和实验结果验证了所提控制方案的可行性和有效性。