一种光伏并网逆变器的混合控制策略研究

光伏并网逆变器模型是一个非线性强耦合的系统,光伏电池输出电压受外界光照强度、环境温度等因素的影响。针对以上特点,提出了采用自抗扰控制(ADRC)技术和无源控制(PBC)理论相结合的光伏并网逆变器双闭环混合控制策略。电压外环采用自抗扰技术来保持直流侧电压的稳定并与采用PI控制进行了比较;电流内环采用无源控制理论对并网侧电流进行dq轴解耦,实现对有功电流和无功电流的分别控制并可使系统具有优良的静、动性能。Matlab/Simulink仿真和实验结果表明,所设计的系统具有良好的鲁棒性和动态性能,所设计的逆变器控制策略是可行的。     

基于自抗扰控制技术的VSC-HVDC系统控制器设计

简要概述基于电压源型换流器的轻型直流输电(VSC-HVDC)系统的工作原理,建立在同步旋转坐标系下的暂态数学模型。采用自抗扰控制(ADRC)方法设计送端系统和受端系统外环电压、功率控制器,以产生内环电流参考值。送端系统外环采用最优控制函数(Fal函数),内环采用一阶自抗扰控制器来跟踪参考电流;受端系统外环采用一阶自抗扰控制器,内环采用Fal函数来跟踪参考电流。采用以上控制策略实现系统模型的完全解耦并实现有功功率、无功功率独立控制的目的。利用MATLAB/Simulink对所设计的控制器进行数字仿真,仿真结果显示:对于交直流系统电压变化、有功功率及无功功率阶跃的情况,系统均能实现快速的动态响应,达到满意的控制性能指标。     

VSC-HVDC控制器抑制风电场电压波动的研究

风电潮流的波动会引起并网系统公共连接点(PCC)电压的波动.在基于电压源换流器的高压直流输电(VSC-HVDC)交直流混合风电场并网系统中,控制VSC-HVDC送端站注入到PCC点的无功功率可以抑制电压波动.本文讨论了VSC-HVDC的无功功率控制器和定电压控制器抑制电压波动的原理.基于电磁暂态软件PSCAD/EMTDC建立了并网风电场模型、VSC-HVDC模型及控制系统模型.仿真结果表明VSC-HVDC采用定电压控制器的并网系统能更好的抑制电压波动,采用无功功率控制器的系统具有较好的风电场并网性能.     

风电并网逆变器的双闭环自抗扰控制策略研究

为提高风电并网逆变器在同步旋转坐标系下dq轴电流的解耦效果及电网故障下母线电压的抗扰性能,提出一种新线性自抗扰控制(Linear Active Disturbance Rejection Control,LADRC)的双闭环结构。根据风电并网逆变器的数学模型,得到传统的基于PI控制的电压电流双闭环系统,分析电流内环控制在电流解耦中存在的局限性。将LADRC技术用于内环以削弱dq轴电流间的耦合,外环应用LADRC技术提高系统的抗扰性能。通过仿真对所提出的新型双闭环结构的控制性能进行验证,结果表明该控制结构在解耦效果、抗扰性能等方面均优于传统的PI双闭环结构。对大型风电机组并网的稳定性控制具有实际意义。     

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。     

海上风电并网的有限控制集模型预测控制

针对海上风电场柔性直流输电(voltage source converter high voltage direct current,VSC-HVDC)系统传统矢量控制中,PI参数难以整定、需要调制器以及难以实现多目标优化等问题,提出了一种基于有限控制集模型预测控制(finite control set model predictive control,FCS-MPC)的新型海上风电VSC-HVDC并网控制策略。该方法结合并网逆变器的离散数学模型,通过电流误差构造价值函数,以价值函数为优化目标,预测并网逆变器未来时刻的开关状态;为避免计算时间延时并实现多目标优化,引入延时补偿和权重系数,产生最优开关组合触发并网逆变器。在Matlab/SIMULINK中建立风电并网系统的仿真模型,并采用FCS-MPC和传统PI控制两种方法实施并网控制,通过对风电场功率波动及电网发生故障等多种运行环境进行仿真,结果有效验证了所提出的FCSMPC方法应用于VSC-HVDC海上风电场并网系统对直流电压的控制能力和故障恢复能力。     

大型海上风电场经VSC-HVDC并网的次同步振荡阻尼特性分析

基于电压源换流器的高压直流输电(Voltage Source Converter-based High-Voltage Direct Current Transmission,VSC-HVDC)技术已成为大容量远距离海上风电场并网的理想解决方案。风电机组经VSC-HVDC并网,存在由风电机组和VSC-HVDC变流器控制系统之间相互作用造成的不稳定性问题,有可能产生次同步振荡(Sub Synchronous Oscillation,SSO)现象。从VSC-HVDC换流器角度出发,建立了风电场经VSC-HVDC并网系统的等效模型,在此基础上,运用特征值分析法和谐波阻抗分析法分析了VSC-HVDC换流器控制对SSO电流阻尼特性的影响,为用于风电场并网的VSC-HVDC换流器控制系统设计及参数调谐提供理论参考。最后基于Matlab/Simulink软件搭建了双馈风电场接入两端VSC-HVDC系统仿真模型,仿真结果验证了理论分析的正确性。     

一种用于风电并网的变阻尼无源控制方法

风电并网的VSC-HVDC系统可等效成具有耗散性质的无源系统,根据系统的受控耗散性可建立PCHD的数学模型,并采用互联与阻尼配置的无源控制原理计算出无源控制器的数学公式,同时,为加快系统达到稳态的时间、削弱系统的波动幅度,采用变阻尼控制使系统的暂态性能更加优化,电压和功率的跟踪效果更好。仿真结果验证了控制方法的有效性。     

电压不对称条件下电压源换流器式高压直流输电的自适应无源控制

由于电压源换流器(voltage source converter,VSC)易受电压负序分量的影响,需要研究系统电压不对称情况下电压源换流器式高压直流输电(VSC-HVDC)的稳定运行问题,保证VSC-HVDC的运行性能。将三相VSC状态空间模型,做正序、负序dq同步旋转坐标下的分解,将包含正、负序分量的VSC模型等效成一个具有耗散性质的无源系统,并根据VSC-HVDC的4种不同控制方式,确定相应的正负序dq坐标下的电流参考值。在此基础上,通过能量整形的方法设计无源控制器,追踪参考电流,实现独立调节瞬时有功、无功功率,消除有功功率波动。同时为提高系统的鲁棒性,减小参数不确定对控制效果的影响,提出了一种自适应的无源控制方法。仿真结果表明了该控制策略具有良好的暂态控制性能。     

光伏并网逆变器自抗扰二自由度内模控制策略

针对逆变器内环采用传统的一自由度内模控制无法兼顾系统跟随性和抗干扰的局限性,同时由于系统在同步旋转坐标系下不能实现彻底解耦、控制器设计依赖系统参数过强的问题,提出一种新型双闭环控制策略。其中,内环采用基于合成矢量的二自由度内模控制,既解决了系统因输入电感值不能实现彻底解耦的问题,又能保证并网电流同时具有较强的跟随性和抗干扰性;外环在基于瞬时功率平衡的思想上采用不依赖精确模型且强鲁棒性的自抗扰控制技术来保持直流侧电压的稳定,二者结合实现对并网逆变器的综合控制。仿真结果表明,所提控制策略比基于自抗扰的传统内模控制具有更好的动态、静态性能和抗干扰能力,以及更低的并网电流谐波含量。     

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。     

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。     

用于海上风电场并网的多模块变压器耦合型VSC-HVDC技术

给出了海上风电场并网系统结构,提出了一种新型的多模块变压器耦合型VSC-HVDC系统,各模块交流输入端通过多绕组变压器进行相互隔离,直流输出端由多个功率模块串联构成,通过灵活地增减模块数目,以获得不同的直流电压,各功率模块可以独立控制;建立了VSC-HVDC在两相同步旋转坐标系下的数学模型;研究了VSC-HVDC的基本...     

风电经柔性直流并网的暂态稳定性分析

风电经柔性直流并网获得业界的关注和认同,而处于电网末端的风电场通过柔性直流并网,改变了系统接线方式和运行特性,必然会影响系统暂态电压稳定性和频率稳定性。为此,在研究多端柔性直流模型及其控制策略的基础上,以南澳多端柔性直流输电系统为研究对象,电磁暂态仿真分析了换流站与风电场之间的相互影响和换流站故障对近区电网的影响。结果表明:(1)风电经柔性直流并网有助于改善系统稳定性;(2)多端柔性直流系统具有更高的运行灵活性,适合分布式发电多点接入。     

基于VSC-HVDC并网风电场的低电压穿越技术研究

VSC-HVDC系统应用于大规模风电集中并网、远距离输送时,要解决电网故障时风电场的低电压穿越(LVRT)问题。为此,提出VSC-HVDC系统与风电场的协调控制策略。低电压穿越期间,通过HVDC两端变流站对电网提供无功支持并采用基于频率控制的快速功率降低算法控制风电场馈入功率,维持直流线路功率平衡。同时,提出风电机组分层控制,使之与HVDC功率控制相协调,保持风电机组的电压稳定。VSC-HVDC系统与风电场间无需通信连接,无需增加设备投资,具有较好的经济性。最后,算例仿真结果验证了该控制策略的快速性和有效性。     

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。     

基于内模控制的VSC-HVDC风电并网系统控制策略研究

针对轻型直流输电技术(VSC-HVDC系统)在采用双闭环PI控制时的参数多并且整定复杂的问题,采用内模控制原理对PI参数整定算法进行改进,改进算法只需调节一个参数,使参数整定变得简单快捷,同时可以保留双闭环PI控制系统优良性能。仿真结果表明,基于内模控制原理的一个参数整定的VSC-HVDC系统参数保有双闭环PI控制系统的优良性能,系统鲁棒性好,控制精度高,动态响应快。     

应用于DFIG风电场的VSC-HVDC控制策略

随着风力发电的快速发展,如何连接风电场和电网成为至关重要的问题.研究了基于双馈感应电机(DFIG)的风电场连接方式及控制策略,通过与交流输电和电流源型高压直流输电(CSC-HVDC)的比较,说明电压源型高压直流输电(VSC-HVDC)技术在连接风电场与电网方面具有独特优势.在换流站的dq解耦控制基础上,对DFIG与VSC-HVDC的换流站的控制设计进行了研究.利用PSCAD/EMTDC平台对该方案进行了仿真研究.仿真结果表明,该方案可以实现一个换流站连接多台DFIG的结构,并具有良好的控制效果.     

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。     

柔性直流输电系统的黑启动控制能力研究

柔性直流输电系统中的可关断器件具有自关断能力,能够对开通、关断时刻进行控制,可以与无源系统连接进行换流。本文针对VSC在无源逆变方式下不需要外加换相电压的快速恢复控制能力,研究了柔性直流输电系统的黑启动控制能力。设计了黑启动过程中VSC-HVDC送端换流站控制策略采用定直流电压/定无功功率控制,受端换流站控制策略采用定交流电压/定频率控制,研究了电源并网时控制策略协调优化对黑启动的作用。以Kunder四机两区域系统为例,对整个黑启动过程在PSCAD/EMDTC中进行了仿真,研究表明本文采用的控制策略具有良好的电压、频率特性,完成了黑启动的实现。