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。     

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。     

三相并网DC/AC变换器控制策略研究

并网变换器拓扑结构和控制方法的选择和设计对并网效率、谐波含量、并网质量等产生重要影响,直接影响并网系统的安全性和可靠性。提出基于前馈解耦的电压电流双闭环三相并网变换器控制策略,使输出电压能够快速跟踪额定输出电压,达到所需要输出电压的标准,提高输出电压响应速度,并实现无静差。通过建立三相并网变换器在dq轴坐标系下的数学模型,引入前馈解耦控制,建立电压控制器和电流控制器的输出解耦数学模型,并分析前馈解耦控制的原理,采用电压、电流双闭环实现系统的控制。电压调节器的输出作为有功电流的给定值,电流调节器用来独立调节系统的有功、无功电流,使系统的有功、无功电流实时跟踪指令电流值。利用MATLAB/Simulink搭建三相并网变换器控制模型,分析开关的脉冲信号、LC滤波前后电压、电流和谐波等,验证了所提控制方式的正确性和有效性。     

光伏并网系统控制策略研究与仿真

在分析光伏并网逆变器的基础上,建立了三相光伏并网逆变器在dq坐标系下的数学模型,采用适用于单级分布式光伏电源逆变器的双环控制结构,将直流侧母线电压控制作为外环,实现直流母线电压的稳定控制;并网电流控制环节作为内环,控制输出电流的稳定,在控制策略上改进了非线性关系对逆变器产生的控制影响.通过仿真验证表明,逆变器输出电流与电网同频同相,提高了电能质量,具有较好的快速性和稳定性.     

有功功率无功功率独立控制的VSC-HVDC系统仿真研究

高压直流输电系统中有功和无功功率可以分别由dq0坐标系下的d轴电流分量和q轴电流分量独立控制,设计定直流电压、定有功功率定无功功率控制器。整流侧实现单位功率因数整流并控制直流电压的稳定,逆变侧通过改变有功电流指令和无功电流指令来改变输送的有功功率和无功功率。用Matlab进行仿真分析。结果表明,该控制方式在保证直流电压稳定的基础上能够实现有功功率、无功功率的独立控制,且该控制方式灵活、简便,抗干扰性强,为工程实际应用提供理论依据。     

海上风电场柔性直流送电并网控制研究

针对大型风电场并网难题,分析了适合大型海上风电场送电并网方式。针对应用柔性直流方式送电并网方式,研究了柔性直流输电系统的数学模型和控制策略。应用变速恒频风机的海上风电场随风速变化而功率输出变化,海上换流站的控制需要保持电压频率稳定,根据其暂态方程提出了改进的直接电压控制来控制风电场母线电压频率。对电网侧换流站采用双闭环直接电流控制,控制直流电压和无功。基于PSCAD/EMTDC仿真平台搭建了海上风电场等效模型以及通过柔性直流送电系统仿真模型,对风电场风速变化、当地负荷切入以及无功指令变化进行了仿真,验证了控制策略的正确有效。     

三相光伏并网逆变器dq旋转坐标系下无差拍功率控制

根据三相光伏并网逆变器dq旋转坐标系下数学模型,推导了三相光伏逆变器输出有功功率、无功功率和电网电压、逆变器输出电压、电流之间关系。提出基于空间矢量调制的无差拍功率控制策略,实现三相光伏并网逆器有功功率、无功功率的快速跟踪和解耦控制,输出三相电流波形正弦度好,有功功率和无功功率波动小,且输出频率固定,有利于滤波电感的设计。在一台12 kW样机上进行了实验验证,实验结果表明三相光伏并网逆变器具有良好的静、动态特性,无差拍功率控制策略正确可行。     

三相并网逆变器模型电流预测控制技术

针对三相并网逆变器的特点,在dq旋转坐标系下,提出了一种模型电流预测控制方法。在每一个采样周期,根据预测模型,对三相并网逆变器的8个电压矢量进行在线评估,使价值函数最小的电压矢量在下一个采样周期应用,实现了对d轴和q轴给定电流的快速跟踪。同时采用电网电压定向的矢量控制策略,实现d轴电流和q轴电流解耦控制,使d轴电流控制并网逆变器的有功功率,q轴电流控制并网逆变器的无功功率。实验结果表明:采用模型电流预测控制的三相并网逆变器有很好的静、动态特性。从而验证了该方案的可行性和正确性。     

改进SVPWM在直驱型风电并网控制中的仿真研究

目前大功率直驱永磁同步发电系统和三相PWM逆变器控制正成为风力发电技术研究的热点。主要针对直驱风电系统中网侧逆变器控制进行研究,为减小并网逆变器输出电流中的谐波,采用空间矢量脉宽调制技术;为维持直流环节电压的恒定和使输出电流快速跟踪给定电流,实现单位功率因数并网,采用电压外环、电流内环双闭环结构控制风电并网。给出一种改进SVPWM调制方法,可以消除偶次谐波,降低输出波形畸变率,并且分别采用传统SVPWM和改进SVPWM调制方法对风电系统的有源逆变部分进行了仿真,结果验证了改进SVPWM控制方法的可行性和有效性,从而为实践中完成较高电能质量风电并网提供理论基础。     

三相光伏并网逆变器控制策略

在三相光伏并网逆变应用中,如何改善并网电流质量是备受关注的问题。采用LCL滤波器并网虽然提高了滤波效果,减小了滤波器体积,但是控制变得复杂。结合现有控制方法,本文提出了在dq同步旋转坐标系下带有电网电压前馈的比例积分(PI)级联比例谐振(PR)控制思路。建立了dq系下的三相逆变器模型,进行了控制器的分析推导,采用电压前馈改善了并网接入时的动态特性,通过PI实现了并网电流的无静差跟踪控制,级联PR实现了对特定谐波分量的有效抑制。最后,进行了仿真及在实际100kW光伏阵列下的并网逆变测试,实验结果表明该控制方案可以实现并网电流的平滑起动,能有效地降低并网电流的谐波含量。