海上DFIG风电场的VSC-HVDC控制策略

电压源换流站的柔性直流输电(VSC-HVDC)是理想的风电场电能输电方式。分析了双馈发电机(DFIG)和VSC-HVDC系统在dq轴旋转坐标系下的暂态数学模型,并结合风电场自身特点对两端换流站提出了控制策略。首先,风电场侧的换流站控制系统输出的交流母线电压幅值和相位稳定,采用定交流电压控制,并通过补偿量的设计有效抑制了风电场风速变化导致的电压波动,使风电场工作于稳定状态。电网侧的换流站控制系统直流电压稳定,内环电流控制器采用反馈线性化思想使控制系统化为线性,并实现对dq轴电流的解耦控制,提高了控制器性能。最后,基于数字仿真验证了控制策略。结果表明其控制策略具有良好的控制效果。     

风电场交直流混合输电并网中VSC-HVDC的控制

为提高风电场交直流混合输电并网的系统性能,提出一种更加灵活的电压源换流器高压直流(voltage source converter based high voltage direct current,VSC-HVDC)控制策略。对于风电场侧电压源换流器,设计了一种新的交流电压–功角控制方法。对于交直流混合输电模式,该方法通过调节风电场交流母线电压与电压源换流器输出电压间的功角来实现定有功功率控制。对于纯柔性直流输电模式,风电场交流母线电压自动被调节为具有恒幅恒频的交流电压,实现了对波动风电的同步输送。该方法中输电模式的变化无需切换控制;另外,通过附加电流高通滤波器增强了对系统谐振的阻尼作用。对电网侧电压源换流器,采用一种新的直接电流矢量控制,使直流电压稳定在参考值上。运用PSCAD/EMTDC仿真软件对分别接入笼型感应发电机(squirrel cage induction generator,SCIG)风电场和双馈感应发电机(doubly fed induction generator,DFIG)风电场的交直流混合输电系统建模仿真。一系列运行条件下的仿真结果验证了控制方法的有效性与可行性。     

风电场并网用VSC-HVDC的无差拍解耦控制策略

阐述了利用电压源换流器高压直流输电(VSC-HVDC)用于风电场并网的趋势,给出该方式的基本拓扑结构并建立了VSC-HVDC换流站的通用动态数学模型,提出了一种新的适用于VSC-HVDC系统的无差拍解耦控制策略.该控制策略通过将三相系统在dq坐标系下的解耦特性与abc坐标系下的无差拍控制算法的有机结合,实现了对VSC换流站各控制输出量的解耦控制,不仅具有控制算法简单、计算量小、计算速度快、跟踪精度高和动态响应速度快等优点,而且易于设计.为验证该无差拍解耦控制策略的有效性,应用Matlab/Simulink搭建了一个三电平VSC-HVDC系统用于风电场并网,并进行了系列仿真实验研究.仿真结果表明,所提出的无差拍解耦控制策略为风电场的VSC-HVDC并网控制提供了一种高性能的解决方案.     

基于MPPT切换的VSC-HVDC低电压穿越控制策略

在分析电压源型高压直流输电(VSC-HVDC)风电并网系统稳态控制策略的基础上,针对交流电网发生电压跌落的情况,提出了一种基于双馈感应发电机(DFIG)最大功率跟踪(MPPT)曲线切换的VSC-HVDC低电压穿越控制策略。该策略将VSC-HVDC直流侧电容存储的有功不平衡信息反映为风电场的频率变化指令,同时切换发电机MPPT曲线,桨距角控制辅助调节,使风机有功输出响应频率变化,增大转子转速,存储动能。基于Matlab/Simulink搭建了VSC-HVDC风电并网仿真系统,验证了其有效性。在不同风速下发生电网电压跌落时,该策略均能迅速响应,限制VSC-HVDC直流过电压幅值,支持系统低电压穿越。     

具有频率实时镜像和自主电网同步能力的风场–柔直系统控制方法

大型海上风电采用柔性直流(voltage source converter based HVDC,VSC-HVDC)并网是未来的发展趋势。VSC-HVDC采用基于锁相环(phase-locked loop,PLL)同步并网的电流矢量控制方式,体现为无惯量的电流源。对此,该文提出一种新型柔直换流站惯性同步控制方法,在受端换流站利用直流母线电容固有动态特性实现无锁相环自主电网同步控制,使得VSC-HVDC的直流母线电压与大电网频率具有实时联动特性,通过送端换流站的频率镜像控制可将电网频率实时镜像到风场侧,便于风场进行惯量响应。在该控制方式下,VSC-HVDC受端站体现为具有风场与直流系统惯量的同步机,大幅提高风电场对电网的适应性和支撑作用。基于PSCAD/EMTDC仿真软件建立大型海上风电场经柔直并网的仿真分析系统,对新型控制方法下风电场柔直并网系统的惯量响应和并弱网稳定性进行分析,验证所提控制方法的有效性。     

基于储能装置的柔性直流输电技术提高大规模风电系统稳定运行能力的研究

大规模风电集中接入电网对直流输电技术提出了更高的要求。为此,提出了基于储能装置的柔性直流输电并网传输系统拓扑结构。根据dq同步旋转坐标系下VSC-HVDC(Voltage Source Converter HVDC)系统的数学模型,设计了相应的换流器直接电流控制策略。其中送端换流站解耦控制器实现了风电场输出有功功率和无功功率的独立控制,受端换流站采用将储能装置充放电功率偏差值作为直流电压控制器附加信号的控制策略。最后,以配备双馈风电机组的风电场经柔性直流输电系统接入电网进行仿真分析,针对风电场在噪声风引起的输电功率波动、受端换流站侧交流系统短路故障等情况进行仿真验证,结果表明该控制方案有效可行。     

基于柔性直流输电技术的风电场暂态稳定性

研究了风电场分别通过电压源型高压直流输电（VSC-HVDC）和交流输电（HVAC）2种方式并网的问题;基于dq同步旋转轴变换的VSC-HVDC的数学模型,设计了两端换流站的控制策略;在电力仿真软件DIgSILENT/PowerFactory中建立了风电场的2种（AC、DC）并网接入方式模型,针对受端换流站交流母线短路故障工况进行了仿真验证,分析了风电场母线电压、输出功率、风力机转速以及风电场当地负荷的功率等电气量响应情况。结果表明：在故障扰动情况下,VSC-HVDC对提高风电场当地负荷用电可靠性、风电场母线电压、抑制风电机组输出功率波动以及避免风电机组转矩不平衡引起的发电机超速效果最佳,设计的控制方案有效可行。     

电压源型直流输电变流器的直接功率控制研究

针对风电场并网电压源直流输电系统,在αβ坐标系下VSC-HVDC系统离散化数学模型基础上,结合瞬时功率理论和空间矢量脉冲宽度调制,提出了一种适用于VSC-HVDC系统的新开关表的直接功率控制。其中,风电场侧采用定有功功率和无功功率,电网侧采用定直流电压和无功功率,利用MATLAB/Simulink搭建相应的仿真模型,通过对有功、无功阶跃突变工况的仿真分析,验证了该方案的有效性和可行性,为风电场并网电压源高压直流输电系统提供了一种可行的控制方案。     

改善异步分区电网频率稳定性的VSC-HVDC控制策略

为了缓解同步换相失败问题,广东电网规划采用基于电压源换流器型高压直流(VSC-HVDC)输电系统的电网分区技术,将东、西2个电网异步相连。但在分区后,电网的调频容量变小,频率稳定性变差,此时VSC-HVDC系统有必要参与分区系统的频率控制。设计了一种VSC-HVDC输电系统的频率控制策略:VSC换流站的d轴频率控制策略使得VSC换流站自动调节自身输出的有功功率;q轴辅助频率控制进一步稳定系统频率。使用PSS/E在广东电网中进行仿真分析,结果表明所提出的VSC频率控制策略有效提升了分区电网的频率稳定性。     

用电压源型高压直流输电解决高压电网中工业系统引起的电能质量问题

为解决高压电网中工业系统引起的的电能质量问题,文章采用电压源型高压直流输电方式向工业系统供电,设计了可隔离谐波、进行功率和频率调节的电压源型高压直流换流站的控制器,并运用电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC建立了由VSC-HVDC供电的工业系统模型,仿真实验验证了上述供电方式和控制器的正确性和有效性,表明采用电压源高压直流供电方式能有效解决高压电网中工业系统引起的电能质量问题,且控制方式灵活、简单。     

大规模近海风电场VSC-HVDC并网拓扑及其控制

针对大规模近海风电场地理分布上高度分散以及主要采用双馈式或直驱/半直驱式风电机组的特点,提出了相应的电压源型变流器的高压直流(voltage source converter based HVDC,VSC-HVDC)并网传输拓扑结构,并设计了相应的控制策略。为验证所提方案的可行性,利用Matlab/Simulink构建了一个近海风电场的5端口VSC-HVDC并网传输系统,并进行了系列仿真。仿真结果表明,所提VSC-HVDC方案可为大规模近海风电场的并网传输提供优化的解决方案。     

多端多电平柔性直流系统在海上风电场中的应用

针对交流输电技术和传统直流输电技术在海上风电场应用中的不足,以及保障岛上负荷正常供电的要求,提出了多个海上风电场及岛上负荷经多端多电平柔性直流系统并网的策略。建立了d-q旋转坐标系下的VSC-HVDC数学模型,并且设计了各换流站的控制策略。仿真结果表明,风电场经多端直流系统与陆上电网实现了互联,风电场发力不足时功率反转,即陆上电网向岛上负荷供电,保障了岛上负荷的正常供电。该并网方式灵活可靠,是海上风电场及岛上负荷与陆上电网的最优联接方式。     

VSC-HVDC风电并网的自抗扰无源控制策略

针对风电并网的轻型高压直流(VSC-HVDC)输电系统的变流器具有非线性强耦合的特点,单一的控制策略难以满足并网的需求。首先将VSC-HVDC的换流站模型等效成一个具有耗散性质的无源系统,采用端口受控耗散哈密顿系统(PCHD)模型,设计了一种基于互联与阻尼配置的无源控制器来追踪参考电流,同时,为增强系统的鲁棒性,采用自抗扰控制来确定相应的外环电流参考值,最终实现风电的可靠并网。仿真结果表明了自抗扰无源控制为基于VSC-HVDC的风电并网控制提供了一种新的解决方案。     

基于电压源换流器的高压直流输电系统控制研究

基于电压源换流器的高压直流输电(VSC-HVDC)是理想的风电场并网输电方式。文章针对VSC-HVDC系统,在功率外环控制、电流内环控制的双闭环传统控制方式基础上,电流内环采用输入—输出反馈线性化的控制方法,实现了对dq轴电流的解耦控制,提高了控制器性能。利用Matlab/Simulink搭建相应的仿真模型,通过对系统稳态和故障工况的仿真分析,验证了所设计控制方案的有效性和可靠性。     

多端VSC-HVDC用于风电场联网时的控制策略

基于双馈感应电机(double fed induction generator,DFIG)控制策略,提出了多端电压源换流器高压直流输电(multi-terminal VSC-HVDC,MVSC-HVDC)用于风电场并网的联网方式,设计了相关的控制策略,通过与传统交流联网方式相比,指出了MVSC-HVDC的可行性和合理性。在PSCAD/EMTDC的仿真环境下,建立了相关的数学模型,研究了风电场之间及其内部机组在系统稳态和故障情形下的运行情况。仿真结果表明:DFIG的等效模型能够正常稳定的工作,所提出的并网方式和控制策略是正确和有效的;风电场之间以及风电场内部各机组之间都独立运行,互不影响;当逆变侧交流系统发生故障时,该控制策略有较快的恢复特性,可有效抑制风机投切带来的冲击。     

适用于大规模风电并网的多端柔性直流输电系统控制策略

提出了一种适用于区域大规模风电并网的六端柔性直流输电系统,设计了该系统的协调控制策略,即送端电压源型换流器(VSC)采用交流电压控制、受端VSC采用直流电压下垂控制。以直流网络损耗最小作为优化目标,计算了系统稳态运行点。通过在PSCAD/EMTDC平台上搭建仿真算例,验证了所提出的系统控制策略可以自动跟踪风电功率波动并协调受端功率分配。通过设计系统启动和风功率波动及交流侧故障和换流器停运的仿真算例,验证了该六端柔性直流输电系统具有良好的功率调控能力和运行灵活性。     

A novel control strategy based on a look-up table for optimal operation of MTDC systems in post-contingency conditions

Multi terminal VSC-HVDC systems are a promising solution to the problem of connecting offshore wind farms to AC grids. Optimal power sharing and appropriate control of DC-link voltages are essential and must be maintained during the operation of VSC-MTDC systems, particularly in post-contingency conditions. The traditional droop control methods cannot satisfy these requirements, and accordingly, this paper proposes a novel centralized control strategy based on a look-up table to ensure optimal power sharing and minimum DC voltage deviation immediately during post-contingency conditions by considering converter limits. It also reduces destructive effects (e.g., frequency deviation) on onshore AC grids and guarantees the stable operation of the entire MTDC system. The proposed look-up table is an array of data that relates operating conditions to optimal droop coefficients and is determined according to N-1 contingency analysis and a linearized system model. Stability constraints and contingencies such as wind power changes, converter outage, and DC line disconnection are considered in its formation procedure. Simulations performed on a 4-terminal VSC-MTDC system in the MATLAB-Simulink environment validate the effectiveness and superiority of the proposed control strategy.     

双馈风力发电系统的低压穿越运行与控制

根据紧急电网规程要求,风电场须具备外部电压故障下不间断运行能力,即电网故障时风电机组应能保持与电网连接并向系统不间断供电。由于双馈感应发电机（DFIG）励磁变换器容量有限,电网故障时会产生转子过电流和变换器直流环节过电压,须实行保护和控制。讨论了外部电压骤降下DFIG风电系统的低压穿越控制策略和保护方案,并对一台1．5Mw商用DFIG风电系统进行了仿真研究。结果表明快速短接保护装置（Crowbar）的切除时刻和所用串联电阻大小对故障电网恢复和变换器保护有较大影响。配合Crowbar而采用串联电阻及改进网侧变换器控制策略的方式,可以实现DFIG成功穿越定子剩余电压为15％的电网骤降故障,且无需吸收大量无功功率,有利于电网的恢复。     

含STATCOM的双馈电机风电场无功电压协调控制策略

为增强风电场并网点电压稳定性,提出了变速恒频双馈风电场与动态无功补偿装置STATCOM间的无功电压协调控制策略。电网故障导致风电并网点不同深度的电压跌落时,根据双馈风机Crowbar保护投切状态,对DFIG风电机组转子侧及网侧变流器与STATCOM进行无功功率分配,协调控制促进风电场LVRT期间风电并网点电压的快速恢复。最后,在DIg SILENT/Power Factory仿真软件中建立了风电场和STATCOM控制模型,通过仿真验证该控制策略的有效性。