一种双馈风电机组网侧变流器抑制低次谐波的多环控制

针对电网电压低次谐波对双馈风电机组网侧变流器并网电流和直流母线电压造成的不良影响,提出了一种双馈风电机组网侧变流器抑制低次谐波的多环控制。该多环控制在双馈风电机组网侧变流器的电网电压定向矢量控制的电压、电流双闭环基础上增加了一个重复控制环路,抑制了网侧变流器并网电流和直流母线电压的低次谐波。通过MATLAB/Simulink仿真研究验证了所提双馈风电机组网侧变流器抑制低次谐波多环控制的有效性。     

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。     

抑制负序和谐波电流的永磁直驱风电系统并网控制策略

在详细分析永磁直驱风力发电系统并网电流负序分量及谐波分量产生机理的基础上,从改善永磁直驱风电系统输出电能质量的角度出发,提出了一种采用准比例谐振(quasi-proportional-resonant,quasi-PR)控制器抑制并网负序电流分量及谐波电流分量的控制策略。该控制策略不仅可有效抑制由电网电压不平衡引起的并网电流负序分量,而且能抑制由电网电压或发电系统引入的低次谐波电流分量。仿真验证了上述控制策略的正确性和可行性。     

不平衡电网电压下永磁直驱风力发电系统网侧变流器控制策略

建立了电网电压不平衡环境下永磁直驱风力发电机电网侧变流器的数学模型,分析了直流侧电压2倍频分量产生机理,讨论了并网电抗器上的功率波动对网侧变流器双电流控制策略的影响。为抑制不平衡电网电压下直流侧电压2倍频分量,在计及并网电抗器上功率波动的基础上,提出了一种基于正负序电压分别定向的双电流控制策略,并引入了并网电抗器上功率波动修正量对控制算法中的参考电流进行修正。仿真结果表明所提控制策略不仅能有效地控制正负序电流、抑制直流侧电压的2倍频分量,还能减少并网电流的谐波含量。     

结合有源阻尼的风电变流器改进线性自抗扰控制

为提高风电变流器网侧的稳定性,解决负载波动时变流器并网接口的谐波和谐振问题。提出了一种改进的有源阻尼线性自抗扰控制(ADLADRC)策略。首先建立LCL型变流器数学模型,分析传统三阶自抗扰控制器原理。在此基础上,为提高传统观测器的观测能力,设计了在观测器总扰动通道上串联滤波器的改进自抗扰控制,并引入有源阻尼与其结合完成改进ADLADRC控制策略设计。然后通过频域分析法对改进ADLADRC下变流器系统进行频率特性分析可知,改进ADLADRC控制具有更好的并网稳定性和谐波谐振抑制力。最后,通过仿真对比所提控制策略与传统LADRC、传统PI控制下的并网点电流波形。仿真结果显示稳态条件改进ADLADRC满载谐波率相比PI的2.89%降为0.39%和半载谐波率相比PI的7.64%降为0.60%,表明所提控制策略不仅有更好的并网稳定性,还有在负载波动时快速的动态响应和谐波抑制力。     

基于直接电流控制的永磁同步发电机控制研究

针对永磁同步发电机(PMSG)系统交流器控制稳定性问题,提出一种改进的直接电流控制策略,通过引入自适应调节后的电流再加上前馈补偿项,从而得到精确的变流器电压控制信号。搭建了改进控制策略的仿真模型,分析验证了改进策略的可行性。在此基础上采用DSP+FPGA实现了所提出的控制策略,并进行了相关的实验,结果证明,该控制策略下的直驱风电变流器并网冲击小、谐波含量低、电流平衡度高。     

电网不平衡时电流限制的风电并网变流器功率/电流灵活控制

在不平衡电网电压下,针对并网变流器输出功率波动、电流畸变以及过电流的问题,提出一种考虑限流的功率/电流灵活控制方案。首先分析了瞬时功率控制及电流平衡控制在同时兼顾功率及电流方面的局限性,并通过计算这两种控制策略下的并网电流值,设计了峰值电流控制方案。同时,基于瞬时功率控制及电流平衡控制下电流参考值间的本质联系,根据引入的权重系数来调节并网电流中的低次谐波含量,进而实现了并网功率及电流灵活控制。该控制方案无需检测谐波分量,控制结构简单,易于实现。仿真结果验证了控制方案不仅可以保证电流在安全的运行范围内,还能实现功率及电流的灵活控制。     

载波交替层叠调制下三电平变流器中点自平衡能力分析与改进拓扑

针对三电平并网变流器中点电位不平衡导致并网电流低次谐波增加等问题,在定量分析基于载波交替层叠调制的三电平并网变流器谐波分布特性的基础上,得出传统拓扑并网电流和滤波电流中各次分量对中点电位的影响,给出中点自平衡能力的主要影响因素。针对传统自平衡时间较长的问题,提出改进中点自平衡拓扑,详细分析了自平衡机理、参数取值原则以及自平衡时间的影响因素。最后,仿真和实验结果表明改进拓扑在保证并网电流电能质量的同时,能够实现各种工况下中点电位的快速自平衡,与传统中点电位控制速度相当,可省去中点电位控制算法和传感器,易于实现,具有较好的经济性以及可靠性。     

直驱型风电系统网侧变流器LVRT控制策略研究

针对直驱型风机变流器的控制,提出了采用一种基于正负序并网电流解耦控制网侧变流器矢量控制策略,实现了当电网平衡或不平衡时全功率风力发电系统的稳定运行。根据风电系统需具备低电压穿越(LVRT)能力要求,采用所提控制策略并结合直流卸荷保护电路控制电网故障条件下的直流电压,从而实现了直驱型风力发电系统的故障穿越控制。仿真和实验结果表明,所提控制策略应用到直驱型风力发电系统中,可满足电网导则标准中关于全功率风力发电系统的并网电流控制要求。     

带谐波补偿的并网变流器统一控制策略

依据三相电压型PWM变流器系统工作特性,提出一种具有谐波补偿功能的并网变流器统一控制策略。变流器可以补偿非线性负载所引起的网侧电流畸变;同时,保证并网变流器的4象限运行,实现有功电流与无功电流的独立控制。在自然坐标下,将网侧指令电流与检测所得非线性负载电流作差得到统一控制所需电流指令,利用所测网侧电压信号按照对指令电流进行定向。最后,通过实验证明了所提策略的正确性与有效性。     

不对称电网故障时风电网侧变流器控制的数/模仿真

不对称电网故障时网侧变流器的有效控制,对提高风电机组的并网运行能力具有重要意义。文中采用优选的序分量分解算法,设计了基于正、负序双dq电流调节的网侧变流器控制策略。为验证控制策略并克服纯数字仿真和物理实验的缺点,采用实时数字仿真器(RTDS)和自主开发的数字信号处理器(DSP)控制器,构建了双馈风电机组数/模混合仿真系统。对一台2 MW机组的数/模混合仿真证明了控制策略的正确性和方案的有效性。     

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.     

Full Capability of Harmonic Current Mitigation for a Wind Energy System

—In this article, a novel control strategy is proposed to exploit the full capability, in terms of active filtering, of a wind energy conversion system based on a doubly fed induction generator. To achieve control of the wind energy conversion system, the rotor of the doubly fed induction generator is connected to the grid through a back-to-back pulse-width modulation converter. The proposed algorithm is applied to the rotor-side converter to ensure simultaneous active power production and power quality improvement. Depending on the nominal rotor-side converter power, the control strategy manages the wind energy conversion system function priorities between active power production, reactive power compensation, and current active–selective filtering without any system overrating. This study's main goal is to exploit the full capability of the rotor-side converter in terms of active and selective filtering. In fact, it is proposed to eliminate the whole harmonic currents if possible, or to compensate the fifth and the seventh predominant components and a part of the rest of the harmonic currents. Otherwise, one may filter a part of these two predominant harmonics in such a way that the rotor-side converter operates at its full capacitance. Simulation results demonstrate the effectiveness of the proposed strategy.     

基于级联Ｈ桥变流器的风电网宽频带谐波阻抗测量装置

在风力发电中,风电场电力汇集系统与大电网耦合会引发高频谐振问题并影响电网电能质量,深入研究电网阻抗频率特性具有重要意义。基于主动干预法,向公共连接点注入一定扰动电流,提出了一种风电网宽频带谐波阻抗测量装置解决方案。此方案采用三相级联Ｈ桥变流器作为谐波发生单元,控制部分采用分层控制策略。在100~5000 Hz时,向风电场35 kV公共母线注入不同频率的谐波电流,通过测量注入点处的电压、电流数据,进而获得风电场35 kV端口输入阻抗。提出的测量装置无需整流环节,能够发出幅值和频率均可控的正负序谐波电流,可以获得准确的正/负序谐波阻抗,具有体积小、结构简单、控制可靠的优点。最后详细的Matlab仿真全面验证了系统拓扑及控制策略的有效性。     

负序及谐波畸变电网电压下双馈风力发电系统的改进直接功率控制策略

由于定子直接连接到电网,电网电压中的负序和谐波分量会严重恶化双馈风力发电机(DFIG)系统的运行性能,导致系统输出总电流三相不对称及谐波畸变、总输出有功功率及无功功率波动等,使得DFIG系统无法安全稳定可靠运行,且输出风电质量下降。同时考虑负序和谐波电网下DFIG系统机侧变流器和网侧变流器的运行状态,以改善DFIG系统总输出电流或功率质量为目标,研究基于二阶矢量积分器(SOVI)的DFIG系统网侧和机侧变流器改进直接功率控制(DPC)策略,改善DFIG系统的运行性能。实验结果验证了所提出的负序和谐波畸变电网电压下DPC策略的正确性及有效性。     

谐波电网电压下PWM整流器增强运行控制技术

在推导考虑5、7次谐波电网电压下脉宽调制(pulse width modulation,PWM)整流器瞬时有功和无功功率数学模型基础上,以实现输入电流无谐波或输入功率无波动为控制目标,提出两种谐波电压下PWM整流器增强运行控制方案,进而讨论不同控制目标下PWM整流器基波和谐波电流指令计算原则。为实现谐波电压下基波和谐波电流的准确控制,设计在基频同步旋转坐标系、5倍频同步旋转坐标和7倍频同步旋转坐标系下的多PI电流控制方案。最后通过1 kW PWM整流器的实验系统搭建和实验结果分析,验证理论分析的正确性以及多PI电流控制方案的有效性。     

适用于双馈风电系统的九开关型统一电能质量调节器

为减小电压谐波、电压跌落与骤升、电压不平衡等电能质量问题对双馈感应发电机(DFIG)风电系统的影响,在对多种统一电能质量调节器(UPQC)拓扑结构研究对比和九开关变换器建模分析的基础上,提出一种应用于双馈风电系统的九开关型UPQC方案。在对UPQC电压、电流补偿单元运算电路建模的基础上,设计相应的控制策略。按照电网工况,设定谐波电流补偿、轻度电压补偿、重度电压补偿3种工作模式,优化UPQC运行方案。仿真与实验结果表明,九开关型UPQC可以有效治理电压、电流谐波,消除电压偏差与相位跳变,提高DFIG机端电能质量,使机组可以在多种故障电压工况下实现柔性故障穿越。     

带储能的双馈风力发电系统控制策略

提出了一种将储能装置接入传统双馈风力发电系统背靠背变换器直流侧的新型双馈风力发电系统,通过对已有的背靠背变换器实施功率控制策略,可以有效地抑制风速随机化引起的风力发电系统并网点输出功率的波动。在分析系统构成及功能的基础上,提出了背靠背变换器相应的功率控制策略,并根据所建立的新型双馈风力发电系统的控制模型,在EMTDC/PSCAD仿真环境以及3kW双馈风力发电系统实验平台下进行了详细的研究和分析。研究结果表明,在风速波动的情况下该系统能够按照优化控制策略得到平滑的功率输出,实现风速的去随机化过程。