风电系统网侧LLCL型滤波器特性分析及仿真研究

风力发电系统通常采用L型和LCL型滤波器,这2种滤波器对变流器开关频率附近的高次谐波抑制能力相对有限。为此提出了LLCL型滤波器,即在LCL型滤波器电容支路中串联小电感达到开关频率处串联谐振,从而实现最大程度减小开关频率附近谐波对电网的影响。分析了L型、LCL型、LLCL型滤波器的结构及滤波特性,讨论了LLCL型滤波器参数的设计约束条件。仿真结果验证了LLCL型滤波器对开关频率附近的高次谐波抑制效果更显著,相对于LCL滤波器,在滤波器总电感相同的情况下,经过LLCL滤波器滤波后的电流纹波含量更少,开关频率附近的谐波含量更少,谐波畸变率更小。     

基于PXI技术的全功率风电变流器监测系统

在风力发电并网全功率变流器的研发过程中,为了测试和验证变流器的运行性能,需要一个变流器监测系统,不仅能够满足大量通道的高速数据采集,同时还要具有故障报警、录波、以及数据分析的能力。提出了并实现了一种基于PXI技术的3 MW全功率变流器监测系统以满足上述的要求。详细描述了监测系统软硬件的实现方法,并且给出了大数据量监测系统的实时性问题的软件解决方法。在最后,给出了监测系统在3 MW变流器实际调试过程中捕捉并记录下变流器故障的实例,表明了所提出的变流器监测系统的实效性。     

永磁直驱风电全功率变流器并联控制方法研究

为提高永磁直驱风电全功率变流器并联控制效果,提出永磁直驱风电全功率变流器并联控制方法研究。首先分析永磁直驱风电全功率变流器拓并联扑结构,建立永磁直驱风电全功率变流器模型,计算无功功率受有功功率波动造成电压幅值产生波动,结合虚拟阻抗使功率在此种情况下耦合,系统总电阻补偿至0时,实现永磁直驱风电全功率变流器并联控制。实验结果表明,采用该方法控制永磁直驱风电全功率变流器并联运行的机侧环流与网侧环流波动较为稳定,验证了该方法的控制性能。     

兆瓦级全功率风电并网变流器功率组件设计

在考虑交流电流纹波的基础上,提出了一种估算精度高的功率损耗简单分析方法;直流电容温升与电容电流纹波密切相关,考虑功率组件间杂散参数对电容纹波电流分布的影响,提出了一种分析电容纹波电流的简单方法。最后,设计了包含功率器件、散热器、直流电容、电流传感器等器件的1 MW标准功率组件,并对所设计的功率组件进行了全面的测试。测试结果验证了所提出功率损耗估算方法和直流电容纹波分析方法的有效性,可满足兆瓦级全功率风电变流器的设计要求。     

海上大容量中压风电变流器的网侧滤波器设计

和陆基风电变流器不同,海上风电变流5器属于大容量中压系统,其网侧LCL滤波器的设计难度主要体现在几个方面,即中压变流器开关频率是受限的,而滤波器物理尺寸和重量有严格限制,同时电流谐波也有严格标准,因而传统的小功率、高开关频率低压变流器的滤波器设计将不再适用。针对这个问题,本文以三电平中点钳位型风电变流器为例,采用了基于频域模型分析的方法对其网侧LCL滤波器进行了设计,首先提出了一种虚拟电压谐波频谱的概念来对滤波器设计提供相关的约束,然后利用储能对应体积重量的概念简化了设计过程,同时还使用了被动阻尼技术,为滤波器提供了必要阻尼的同时还保持了低损耗和对高频衰减较小的影响。最后,对滤波器性能进行了仿真试验,试验结果表明,在额定感性和容性输出时,输出谐波均符合标准要求,变流器侧最大电流纹波小于20%,最大附加损耗小于标么的0.5%,滤波器设计较为合理,滤波效果较好,附加损耗较低。     

兆瓦级风电变流器控制系统的设计

介绍了风电变流器控制系统的发展现状,在此基础上设计了兆瓦级风电变流器控制系统.分析了这一兆瓦级风电变流器控制系统的硬件组成和软件功能.     

新型拓扑滤波器的双馈风电网侧变流器阻尼策略

对基于LCL滤波的双馈风力发电机组网侧变流器谐振阻尼策略进行研究。首先对电容串联和并联电阻的无源阻尼方式在滤除高次谐波和阻尼电阻功率损耗方面进行比较研究。其次,为降低无源阻尼方式中电阻的功率损耗,提出一种新型的有源阻尼策略。在对网侧变流器采取电网电流反馈闭环控制的基础上,利用电容电流和比例环节对电网电流闭环极点进行配置,以增大控制系统的阻尼,抑制谐振发生;同时对比例环节参数对电流闭环的影响进行分析,并给出参数的选择原则。最后,通过搭建基于LCL滤波器的双馈风力发电系统网侧变流器仿真模型和实验系统,对理论进行验证。仿真和实验结果都证明了理论的正确性。     

风电变流器水冷控制系统优化及设计

风电变流器作为风力发电系统的重要设备,在工作时将产生大量的热量,因此要实现风电变流器的安全稳定运行,就需配置可靠的水冷系统对其进行冷却。针对目前存在的风电发电机并网点出现电压跌落时易导致水冷系统停机问题,对水冷控制系统的配电回路进行优化,并给出控制回路设计方案,以保证水冷系统在低电压穿越时能稳定运行。     

基于LLCL滤波器混合阻尼策略设计方法

对基于LLCL滤波器的并网逆变器采用有源阻尼法与无源阻尼法相结合的混合阻尼控制,能很好地抑制系统谐振峰处和开关频率处谐波。首先,分析了LLCL滤波器无源阻尼法和有源阻尼法的特性以及两种方法对系统谐振峰处增益与开关频率处增益的影响。其次,将两种方法进行了对比,得出了LLCL滤波器混合阻尼参数的设计方法。最后,通过三相并网逆变器的仿真与实验,对提出的混合阻尼参数设计方法及控制策略进行验证。     

多复杂系数滤波器在风电并网变流器中的应用

同步信号对风电三相并网变流器的运行起着非常重要的作用,如何在电网电压畸变、频率波动或不平衡条件下快速、精确地提取出基波正序电压分量是同步信号检测面临的挑战。首先介绍了同步信号检测的滤波技术,当电网电压严重畸变和严重不平衡时,这些技术需要在精确度和动态响应之间进行平衡。然后提出了基于MCCF(多复杂系数滤波器)的同步信号检测技术,在非理想电网电压条件下不仅可以精确、快速地提取出正、负序电压分量,而且实现了对谐波分量的精确估算,从而在有源滤波器选择性补偿方面具有很大的应用潜能。另外,MCCF在锁相环、谐波分量提取、电能质量监测和孤岛检测技术中具有结构简单、灵活性强的特点。最后通过在MATLAB中建模仿真,验证了基于MCCF的同步信号检测技术的有效性。     

基于SOM网的风电变流器故障诊断

我国新疆、甘肃、宁夏、内蒙、浙江、黑龙江、江苏、广东等都在大规模建设风电场,这些风电场建成后,其故障维护就有了很大市场。以新疆风电场为基础,尝试开发用于风力机故障智能诊断的系统。首先介绍了风力机及其变频器系统的结构,分析了变频器的故障机理。使用SOM神经网络对风机变流器进行了诊断,用数据验证了诊断结果。把传统的电力电子设备故障诊断技术与新疆风力机变频器的故障诊断相结合,为风电大面积推广应用产生了积极作用。     

三电平变流器LCL滤波器设计

LCL滤波器在当今电力电子装置中广泛应用,然而LCL滤波器存在谐振问题,如果没有合适的阻尼或控制方法,很难保证系统的稳定性能.该设计以三电平双馈式风电变流器为平台,采用传统的电网电压定向和无源阻尼控制策略设计滤波器.基于三电平变流器并网运行时的电流瞬态过程,分析纹波电流脉动情况,并给出详细的设计方法,最后通过实验验证了设计的可行性.     

考虑运行功率变化影响的风电变流器可靠性评估

针对风电变流器运行功率随机变化可能导致其可靠性降低的问题,提出考虑功率大小及波动强度变化影响的变流器可靠性多状态概率评估模型。利用多状态概率分析法,以变流器输出功率大小和波动强度作为二维状态划分因子,对应其热应力因子和温度循环因子,建立变流器的元器件故障率统一计算模型。利用变流器元器件的结温计算方法,结合雨流法提取结温循环信息,建立风电变流器子系统级的可靠性多状态概率评估模型。以某风电场SCADA信息为例,比较了不同可靠性评估模型的收敛性,并分析功率大小和功率波动强度对机侧和网侧变流器故障率的影响。结果表明,所建立的可靠性评估模型更能合理反映功率变化对器件结温均值和结温波动的影响,评估的机侧变流器故障率比网侧更大,且随着功率波动强度增加,变流器故障率也增加。     

MW级并网变流器主功率电路的设计

介绍了PWM并网变流器的工作原理,对MW级并网变流器的主功率回路的关键器件的选型计算进行了详细的分析。在此基础上,研制了一台1 MW/690 V的并网变流器样机,进行了相应的实验研究。实验结果表明分析计算是正确的,并网变流器能实现能量的双向传递,具有优良的并网特性。     

永磁直驱式风电变流器整流侧过电压抑制方法

永磁直驱式风电变流器在风电系统中扮演着重要角色,但整流侧过电压问题一直是影响其安全稳定运行的关键因素,因此提出了一种针对永磁直驱式风电变流器整流侧过电压的抑制方法。首先,分析了整流侧过电压的产生机理,包括电网电压波动、风力变化等因素对整流侧电压的影响。然后,设计了一种基于负荷能量泄放回路和储能单元的过电压抑制策略,当检测到直流母线电压过高时自动投入负荷泄放回路,消耗掉富余能量,抑制直流侧过电压,同时通过在直流母线上设计专用储能单元,将富余能量转移到储能系统中存储,故障恢复后或按需要将所存储的能量馈入电网。此外,还探讨了如何通过电力电子双向变换设备将储能单元接口到变流器的直流母线,以实现能量的高效利用和电压的稳定控制。     

双馈风电变流器IGBT模块功率循环能力评估

为准确评估不同风况下双馈风电机组变流器的可靠性水平,提出一种机侧变流器IGBT模块的功率循环能力评估方法,并研究了风速对功率循环能力的影响。基于器件失效模型,建立机侧变流器IGBT模块的平均失效时间(MTTF)计算模型。结合变流器实时运行参数,建立机侧变流器IGBT模块结温计算模型,并分析湍流风速对结温波动的影响,进而提出基于雨流算法提取随机结温波动信息。根据提取的随机结温波动信息,结合风速统计特性,提出机侧变流器IGBT模块功率循环能力评估模型。最后,以某1.5 MW双馈风电机组机侧变流器IGBT模块为例,分析年平均风速及湍流强度对其功率循环能力的影响。分析结果表明:该变流器IGBT模块的MTTF其随着年平均风速及湍流强度的增大而减小;相比传统评估模型,所建立的评估模型更准确。     

储能系统网侧变流器改进预测直接功率控制方法

网侧变流器是储能系统并网和实现能量双向流动的核心部件,现有的预测直接功率控制方法存在计算量大、寻优过程复杂的问题.提出了网侧变流器改进预测直接功率控制方法:根据网侧变流器微分方程离散化表达式,构建了功率状态量的预测模型;以追踪参考功率为目标,利用李雅普诺夫函数直接反推求得变流器参考输出电压矢量;通过判断输出电压矢量所在...     

三电平全功率中压风电变流器研究

将三电平背靠背中压变流技术应用到全功率风力发电系统中,这种方案能够有效减少电流应力和系统体积,有效地扩大全功率变流器的容量.研究了三电平背靠背中压变流器的硬件设计和控制策略,最后实现了实验室样机.     

全功率驱动的异步风电机组的控制策略研究

通过全功率PWM变流器并网的笼型异步风力发电机组(the Full Rated Converter Induction Generator,FRC - IG),以其低成本、高可靠性和易维护的特点引起了人们的关注.在分析笼型异步风电机组数学模型的基础上,对全功率PWM变流器的控制策略进行了研究,给出了基于转矩给定的最大功率跟踪控制策略,通过对电磁转矩的调节间接控制发电机转速来跟随最大功率曲线.网侧变流器采用并网电压控制策略,根据并网电压的幅值来调节无功功率抑制电网电压的波动,在保证风电机组安全运行的同时降低了机组并网对电网的影响.仿真结果表明所采用的控制策略能很好地实现风电机组的最大风能跟踪,降低并网点电压波动.在电网电压故障期间,并网电压控制策略还可以有效地提高机组的低电压穿越能力,保障风电机组稳定运行.