故障时双馈风力发电系统的控制策略研究

基于变速恒频双馈风力发电系统的有功、无功的解耦控制,提出了电网故障时双馈电机的紧急控制策略,在Mtalab/Simulink里建立了模型,并验证了故障控制策略的正确性.在常规情况下,双馈电机转子侧的有功采用最大功率点跟踪控制,无功采用额定功率因数控制,可以获得最大的风能利用效率和较好的功率因数;但若电网故障时仍采用此常规控制策略,电网不但获取不到最大的风能利用效率和较好的功率因数,而且电网的频率和电压波动影响较大.所以在故障期间把最大功率点追踪控制和额定功率因数控制切换到频率控制和电压控制策略,通过控制有功电流分量和无功电流分量来减小或者增加有功和无功的输出,减小电网频率和电压的波动.建立了故障控制的模型,针对系统单相接地故障和两相短路故障这两种短路故障类型进行了仿真,仿真结果验证了故障控制策略的正确性,提高了风力发电系统在故障时的稳定性.     

基于三相对称的光伏逆变器输出短路电流研究

采用光伏并网逆变器输出对称三相正弦交流电流为控制目标的电压电流控制策略.并与恒功率控制策略进行对比分析,论证了电网故障时采用对称三相电流输出控制策略的优越性。在该控制策略基础上基于瞬时功率理论推导得出光伏并网逆变器输出有功无功与d,q轴电流分量的关系解析式,根据坐标变换理论,推导确定了光伏并网逆变器输出短路电流的峰值与光伏并网逆变器输出有功无功及电网电压正序分量间的函数关系式。通过软件仿真验证了所提基于三相电流对称的光伏逆变器输出短路电流计算方法的可行性,并搭建了实验电路进一步验证了推导的光伏并网逆变器输出短路电流峰值表达式的正确性。     

基于RTDS的DFIG系统并网控制策略研究

风力发电机控制系统空载并网控制策略直接关系到发电机并网瞬间对大电网稳定的影响,通过对双馈型异步发电机空载并网情况下网侧变流器和转子侧变流器控制策略进行了研究,分别采用定子磁链定向和定子电压定向控制策略实现了空载并网和网侧变流器控制,将发电机参数的有功分量和无功分量进行了解耦控制,同时保证功率因数的恒定.在实时数字仿真平台中搭建了双馈型风力发电系统的空载并网模型,仿真结果验证了所提出控制策略的正确性.     

VSCF双馈风力发电最大功率跟踪控制

为充分有效地利用风能,分析了风力机最大风能捕获机理和双馈电机数学模型,研究了定子电压定向下的功率外环及电流内环双闭环最大功率跟踪及变速恒频(VSCF)控制策略。在风速阶跃变化下,搭建了10 kW可实时监控式双馈风力发电实验平台,并进行了实验验证。实验结果表明该控制策略能快速准确控制风力发电系统进行最大功率跟踪及VSCF控制。     

基于背靠背三电平电压变换器的直驱式风力发电系统

直驱式风力发电系统由2个背靠背二极管中点钳位型三电平电压变换器构成,机侧变换器采用间接转矩向量控制,通过调节永磁同步发电机的转速,实现风能最大跟踪;网侧变换器采用电网电压定向的向量控制,实现d、q轴电流解耦控制,使d轴电流控制有功功率,q轴电流控制无功功率。针对直驱式风力发电系统中能量流向以及二极管中点钳位型三电平的特点,提出了一种只需检测上、下电容电压,首发向量全部为负短向量,利用冗余电压向量控制中点电压平衡的方法。为提高该系统抗电网电压波动能力,采用软件锁相环,实现电网电压的同步。仿真结果表明,该控制策略实现了最大风能跟踪和功率因数为1的逆变。     

无刷双馈电机的间接磁场定向控制方法

通过控制无刷双馈电机的控制绕组电流来控制功率绕组电流的有功和无功分量,使功率绕组电流只提供有功电流分量,由功率绕组来提供动态转矩,功率绕组所需励磁磁场完全由控制绕组电流提供。应用基于转差频率旋转坐标系的无刷双馈电机的数学模型对无刷双馈电机进行间接磁场定向控制,将这种控制方法与无刷双馈电机电压比频率控制方法的仿真结果进行了对比分析,可以看出,前者的快速性优于后者。     

基于STATCOM的双馈风电场无功电压控制的研究

基于STATCOM和DFIG的数学模型研究与控制器建模,提出一种由两者共同参与的风电场无功电压控制方案.该方案利用STATCOM的电压控制模式,并充分考虑到双馈风机的无功调控能力,将双馈风机集群电压控制分为无功需求决策层和无功协调优化分配层.此外,针对风电场出口发生三相短路的紧急状况,提出一种故障时双馈风力发电机组的改进控制策略,该策略通过故障时将转子侧变流器由功率控制模式切换为电压控制模式,有功电流优先切换为无功电流优先,网侧变流器由单位功率因数运行切换为极限无功功率运行的方式提高风电场的低电压穿越能力.仿真表明,该方案不仅能实现正常运行时对风电场并网点电压指令的快速跟踪,风速、系统负荷和系统电压波动时快速稳定风电场并网点电压,而且当风电场出口发生短路故障时,能显著减小故障对双馈风机的不利影响,加速故障后电压恢复.     

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。     

无电网电压传感器的直驱式风力发电系统建模及控制

直驱式风力发电系统使风力机与发电机之间直接相连,提高系统效率和可靠性。为此,采用了back-back的双PWM拓扑结构。机侧变换器采用间接转矩矢量控制,通过调节永磁同步发电机的转速,实现风能的最大跟踪;为了提高网侧并网逆变器的可靠性和抗电网电压波动,同时进一步降低并网逆变器的成本,提出了一种基于锁相环和虚拟电网磁链的无电网电压传感器的控制策略,并应用于直驱式风力发电系统中。仿真结果表明该控制策略实现了最大风能跟踪和并网逆变器功率因数为1的控制,从而验证了该方案的可行性和正确性。     

双馈风力发电系统双PWM变换器比例谐振控制

在双馈风力发电系统功率变换器及发电机数学模型的基础上,结合比例谐振(proportional resonant,PR)控制器的特性,提出了双脉宽调制(pulse-width modulation,PWM)变换器PR控制策略。该方法充分利用了PR控制器能够在静止坐标系下对交流输入信号无静差控制的优势,将矢量控制策略下的有功电流和无功电流分量转换到静止坐标系下进行调节,实现网侧变换器维持直流电压稳定和调节功率因数的控制任务和双馈电机有功、无功功率的解耦控制,与传统的双闭环PI控制相比,该策略无需繁琐的坐标旋转变换,不存在受温度及电路参数影响的耦合项和前馈补偿项,且易于实现对系统低次谐波电流的补偿,减小了控制算法实现难度,提高了控制系统的鲁棒性和电网电能质量。     

基于遗传算法的双馈风场分群无功控制策略

现有的双馈风电场无功控制多数采用恒功率因数控制,既没有充分利用风电场内双馈风电机组和无功补偿设备的无功调节能力,也没有考虑风电场集电系统的网损。提出了一种综合考虑集电系统特点和DFIG无功调节能力的无功控制策略,该策略以实时监测的风电场并网点电压数据和DFIG有功出力数据为基础,通过分析双馈风电机组的功率特性和风电场的无功需求,利用遗传算法求解风电场多目标无功优化控制模型,达到降低集电系统网损和改善并网点电压的目的。对某实际风场的仿真算例验证了所提策略的有效性。     

相同风速功率下两种风电机组响应电网短路故障的对比分析

介绍了双馈和直驱风力发电机组的结构区别。从二者数学模型入手,其交直交变频器采用相同的控制策略,机侧变频器采用解耦控制,网侧变频器采用恒功率因数控制。在EMTPWorks中分别搭建了具有相同风速功率曲线的直驱和双馈风电机组的仿真模型。并在相同条件分析了电网发生三相、单相短路故障时的二者的暂态特性差别,得出了PMSG在故障期间的无功变化幅值要比DFIG要大,但机端母线电压跌落、机组有功功率输出、变频器直流电容电压变化幅度以及频率波动均比DFIG要小,对风电机组的选型具有十分重要的意义。     

电网故障下双馈感应式风力发电系统的无功功率控制策略

双馈感应式风力发电机已逐步成为风力发电的主流机型,通常情况下双馈感应式发电机组采用单位功率因数运行的无功功率控制策略。电网发生故障后会导致发电机端电压下降,此时传统的单位功率因数运行方式可能无法保持系统稳定运行,需要风力发电场向系统提供无功功率以帮助系统恢复稳定运行。文中以一座由双馈感应式风力发电机组成的9 MW风电场为例,在电网电压下降为正常水平15%的情况下,分别对保持单位功率因数运行和利用网侧变换器进行无 功补偿的控制策略进行了仿真分析,仿真结果表明,故障清除后通过双馈感应式风力发电机的网侧变换器对电网进行无功支撑可以明显增强系统恢复稳定运行的能力。     

基于Crowbar的双馈风电系统低电压故障下无功控制

在电网电压发生跌落故障期间,基于Crowbar电路的双馈风力发电系统需要吸收大量无功功率。通过分析故障下DFIG系统的运行特点,建立了变桨距角控制模型及网侧变流器的STATCOM控制模型,Crowbar电路动作后,利用变桨距系统调节桨距角来抑制系统转差率,减小系统从电网中吸收无功功率,同时将网侧变换器切换成STATCOM工作模式,为系统提供无功功率补偿,在PSCAD/EMTDC平台进行暂态仿真研究。结果表明,在故障期间Crowbar电路启动后,通过该控制策略能避免系统从电网中吸收过量无功功率,有助于主电网电压的重建和恢复,验证了所提方法的有效性和正确性。     

改善连锁脱网的风电场群电压无功紧急控制策略

针对大规模风电场动态电压问题可能导致的连锁脱网事故,首先分析并仿真验证了风电场连锁脱网的演化机理及时空特性;在对风电场内的无功源及双馈风电机组的调节特性进行分析的基础上,提出了协调静止无功补偿器(SVC)和双馈感应发电机(DFIG)机组的电压无功紧急控制策略,控制的原理是利用DFIG的有功、无功解耦控制,在故障时由SVC和风电机组共同输出容性无功功率,提高故障中的风电机组端电压,同时对DFIG的有功功率进行限幅;故障清除后,风电机组依据电压情况迅速输出一定的感性无功功率,以抵消SVC的滞后效应。仿真结果表明,所提紧急控制策略能够很好地抑制大规模风电场的连锁脱网事故。     

DFIG风电场与D-STATCOM无功协调控制研究

提出了一种利用配电网静止同步补偿器（D-STATCOM）和双馈异步风电场（DFIG）对风电并网点进行无功协调控制的策略。该控制策略考虑了DFIG风电场的无功功率极限,结合D-STATCOM快速补偿的特点,将并网点的无功需求在两者之间进行合理分配,满足并网点快速、准确的无功补偿要求。仿真结果表明,由DFIG风电场和D-STATCOM组成的联合无功控制系统可以根据该控制策略在风速波动以及电压跌落时实现无功补偿,校正功率因数,并能稳定并网点电压,保证系统的稳定性。     

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。     

A Dynamic Reactive Power Control for DFIG Wind Turbines andIts Impacts on Distribution Protections

With the increasing penetration of distributed generations(DGs)into power grids,the fault ride-through ability of DG is attracting more and more attention.Recent grid codes require a DG to maintain its connection with the grid during grid faults and to play an active role in the recovery of grid voltage.This paper chooses the doublyfed induction generator(DFIG)as the typical wind turbine for study.Firstly,a dynamic reactive power control strategy is proposed to improve the fault ride-through characteristic of a DFIG.The contributions of a DFIG to the fault current under the dynamic reactive power control and the Crowbar control are analyzed and compared based on the mathematical expressions and control behaviors.The impacts of a DFIG under two control strategies on distribution protections are discussed.Studies show that although a DFIG under the dynamic reactive power control provides more fault current component than one under the Crowbar control,its impacts on distribution protections are acceptable.Finally,a 10kV distribution network with a DFIG is simulated in PowerFactory DIgSILENT.The simulation results prove the correctness of above theoretical analysis.     

双馈式风电场多阶段无功电压控制策略

为了应对大规模风电接入电网引起的电压稳定问题,提出了一种新型的多阶段无功电压协调控制策略。该策略首先基于风功率预测数据对电容器组的投切进行提前优化;稳态运行时,通过分析双馈风力机的PQ关系曲线,优先调整风电机组无功出力以实现对风电场的无功调控;电网故障时充分发挥静止无功补偿器的调节能力,并在故障切除后限制其出力以避免电压过冲,从而整体上实现无功电压的协调控制。最后以某一风电场系统的仿真结果验证了上述策略的有效性和可行性。     

接于弱电网的双馈感应发电机在定子故障情况下的无功功率控制策略

针对双馈感应发电机(DFIG)发生定子绕组匝间短路(SWITSC)故障后对弱电网并网点电压稳定性的影响问题,构建了含SWITSC故障DFIG的弱电网模型。通过仿真分析和理论分析得到如下结论:DFIG发生SWITSC故障后输出无功、有功功率将变化进而导致弱电网并网点电压降落,而不同的输电线路阻抗比、电网强弱程度以及DFIG的SWITSC故障严重程度均会影响DFIG的输出无功、有功功率。针对上述影响,基于维持并网点电压稳定的目的,提出了一种改进的DFIG输出无功功率控制策略。仿真结果表明,该控制策略充分发挥了DFIG的无功功率调节能力,在SWITSC故障情况下可以有效遏制并网点电压的降落,在正常情况下则与常规控制策略等效。