海上风电–柔直并网系统自同步电压源控制与电网故障穿越

采用柔性直流输电技术送出是大规模海上风电的发展趋势。由于电流控制型的海上风电–柔直并网系统隔离了风电场的惯量,电压源控制方式成为应对新能源主导电力系统稳定运行的一种有效途径。现有海上风电–柔直并网系统的电压源控制研究多集中于控制实现与稳态特性方面,而针对该系统故障控制方面的研究十分匮乏。该文提出一种具备故障穿越能力的海上风电–柔直并网系统自同步电压源控制策略。在受端换流器中,通过子模块能量与同步发电机转子的类比及直流侧的解耦控制,兼顾了对直流母线电压的灵活控制和对电网频率的无锁相环自同步,并改善了通过直流母线电压向送端换流器传递电网频率时的抗扰性能。送端换流器从直流电压中提取电网频率并镜像到其交流侧,辅助海上风电场实现对电网的惯量响应。进一步地,设计受端换流器的电网故障穿越策略,在实现对输出电流限幅的同时,确保了受端换流器的功角稳定。最后,在PSCAD/EMTDC软件中通过仿真验证所提控制方法的有效性。     

太阳能并网逆变器故障穿越控制策略

基于大功率太阳能并网逆变器控制系统,提出一种适应电网电压跌落的故障穿越控制策略。该策略基于大功率并网逆变器拓扑结构,采用LCL有源阻尼控制方式,通过建立系统模型来分析所设计控制系统良好的稳态性能。在对电网故障期间运行状态进行详细分析的基础上,针对故障穿越期间出现的故障检测、电网电压相位同步以及不平衡跌落等问题,提出太阳能并网逆变器的故障穿越控制算法及运行逻辑。基于500 kW并网逆变器,进行Matlab/Simulink仿真和现场实验,结果表明针对电网不同类型故障,该控制策略均能有效抑制并网负序电流,保持并网电流具有较高的正弦度,从而实现电网故障期间的安全穿越。提出的控制策略顺利通过了国网电力科学研究院低电压穿越认证实验。     

光伏发电系统运行模式无缝切换控制策略

传统独立光伏发电采用电压型控制,并网光伏发电采用电流型控制,无法实现运行模式的无缝切换。为此,提出光伏发电系统在2种运行模式下都采用电压型控制,避免控制策略切换所引起的冲击。针对光伏发电系统的特点,分别设计了光伏逆变器在孤岛运行、并网运行及模式切换时的下垂控制策略。将下垂控制进行改进,通过动态平移下垂曲线,使光伏逆变器并网运行时能够始终输出最大有功功率,抑制不同情况下的功率偏移,同时维持直流母线电压稳定,孤岛运行时能够跟踪电网运行状态,减小并网瞬间的冲击。仿真结果和实验结果均验证了所提控制策略的有效性,光伏逆变器在孤岛模式及并网模式都能够满足稳态运行要求,模式切换暂态过程平滑无冲击。     

基于双闭环电压控制静止同步补偿器在双馈风电场并网中参数设置及运行特性分析

静止同步补偿器(STATCOM)在柔性功率潮流控制及双馈风电场并网运行中得到广泛分析与讨论,而其双闭环电压控制策略的分析直接影响风电场并网运行特性。建立了基于电压源变流器(VSC)的静止同步补偿器通过耦合变压器与电网相连的电路模型,推导了双闭环电压控制环节的数学模型,分析了控制环节参数设置对于并网运行特性的影响。以标准三机九节点系统作为等效测试电网建立了双馈风电场并网模型,实例中以控制环节参数设置验证了衰减系数与电压设定值与无功控制的对应关系,以负荷投切小扰动为例分析了投入装置可以改善系统受扰动时的电能质量,并且通过不同类型的故障仿真验证了即使电力系统发生了最严重的三相短路故障,STATCOM也能快速补偿无功功率,有效提高系统的暂态稳定性。     

双馈风力发电机并网控制及稳态运行研究

在考虑定子电压动态性能的情况下,对变速恒频双馈型风力发电机空载并网及电网故障下运行控制策略进行了深入分析,并仔细推导了各控制器的设计依据.利用电网电压定向的矢量控制及分段改变转子电流的参考值的方法实现该并网控制,其主要目的是降低并网时定子的冲击电流.在稳态运行时,考虑了定子电流动态性能的要求,进一步提高了向电网输入电能的质量和低电压穿越能力.最后对整个并网过程进行了实验研究,结果证明了该控制策略的正确性与有效性.     

微型燃气轮机发电系统并网运行和孤网运行仿真

在微型燃气轮机和永磁同步发电机基础上建立了微型燃气轮机系统模型,在整流器侧采用电压外环电流内环双环控制方式对整流部分进行控制,在逆变器侧提出了P-Q控制策略和V-f控制策略,分别运用于微电网并网运行和孤网运行的两种模式,设计出了相应的控制系统.利用电力系统分析软件PSCAD/EMTDC分别对两种运行模式进行仿真,仿真结果表明:在并网运行时,微型燃气轮机并网逆变系统能够快速跟踪给定参考功率,实现了系统的并网P-Q解耦控制;在孤网运行时,微型燃气轮机能够快速响应负荷功率的变化,维持负荷电压稳定,说明了该模型具有较好的负荷跟随能力,能够承受负荷变化时的电压冲击.     

光储系统电网侧故障下VSC变流器的跟网-构网型控制方法

在高渗透率的新能源并网系统中,由于光伏发电系统以及负荷的随机波动性,传统的跟网型控制在电网电压下降时往往难以提供足够的动态无功支撑,从而对系统的安全性和稳定性产生严重影响。为此,针对光储系统短路故障下电压源型变流器(voltage source converter, VSC)跟网、构网及故障期间的电压支撑控制方法进行研究。首先,建立VSC跟网、构网型控制策略的数学模型,分析基于跟网、构网型控制策略的并网控制方法;其次,研究采用2种不同控制策略对公共连接点(point-of-common coupling, PCC)电压的影响,提出基于跟网-构网型控制策略的系统控制方案,分析不同控制策略对PCC电压支撑作用的差异;再次,搭建计及光储接入的系统电磁暂态仿真模型,评估光伏逆变器和储能变流器采用3种不同控制方案对系统动态特性的影响;最后,对3种不同控制方案下,系统发生故障后PCC电压支撑程度进行分析,验证了所提出的基于储能变流器构网型及光伏逆变器跟网型一体化控制方法在故障期间具有更好的电压支撑能力。     

微网系统稳定运行及模式平滑切换研究

提出了一种基于对等结构的控制策略,实现微网系统在并网和孤岛两种模式下的稳定运行和平滑切换。稳定运行时的多环控制策略包含电压-相角下垂控制、虚拟阻抗控制和电压电流双环控制,可按逆变器额定容量之比精确分配负荷功率,保持系统电压幅值、频率的稳定。并网时采用基于双二阶广义积分器及锁频环的电压同步策略,使微网的电压幅值、相角快速向主网同步,从而平滑并网。解列时设计了功率同步策略,通过降低微网与主网间的交互功率,抑制切换时的功率冲击。仿真结果表明,所提控制策略能够保证微网系统的稳定运行,同时在过渡模式下,减小网络冲击,稳定系统频率,实现模式平滑切换。     

直驱型风电系统网侧变流器LVRT控制策略研究

针对直驱型风机变流器的控制,提出了采用一种基于正负序并网电流解耦控制网侧变流器矢量控制策略,实现了当电网平衡或不平衡时全功率风力发电系统的稳定运行。根据风电系统需具备低电压穿越(LVRT)能力要求,采用所提控制策略并结合直流卸荷保护电路控制电网故障条件下的直流电压,从而实现了直驱型风力发电系统的故障穿越控制。仿真和实验结果表明,所提控制策略应用到直驱型风力发电系统中,可满足电网导则标准中关于全功率风力发电系统的并网电流控制要求。     

并网逆变器电流重构低电压穿越模型预测控制

新能源并网运行时可能因为电网电压跌落造成并网电流过流,甚至反复并、离网,进而引发电流传感器故障,并网逆变系统非正常运行。为使并网系统在电网电压跌落和电流传感器故障后不脱网运行,提出一种考虑低电压穿越的电流重构模型预测控制策略。在电网电压跌落和电流传感器故障后,分析并网系统电压矢量和电流对应关系,利用直流母线电流和预测电流重构故障相电流。建立低电压穿越控制模型,根据其无功电流补偿指令动态改变逆变器参考电流信号,优选满足代价函数最小的开关状态作为最优电压矢量进行无功补偿。仿真与实验表明在电网电压跌落和电流传感器故障后所提控制策略仍能连续运行,补偿无功电流,为电网提供无功支撑。     

Active power flow control in a distribution system using discontinuous voltage controller

This paper proposes a hybrid discontinuous control methodology for a voltage source converter (VSC), which is used in an uninterrupted power supply (UPS) application. The UPS controls the voltage at the point of common coupling (PCC). An LC filter is connected at the output of the VSC to bypass switching harmonics. With the help of both filter inductor current and filter capacitor voltage control, the voltage across the filter capacitor is controlled. Based on the voltage error, the control is switched between current and voltage control modes. In this scheme, an extra diode state is used that makes the VSC output current discontinuous. This diode state reduces the switching losses. The UPS controls the active power it supplies to a three-phase, four-wire distribution system. This gives a full flexibility to the grid to buy power from the UPS system depending on its cost and load requirement at any given time. The scheme is validated through simulation using PSCAD.     

基于模式切换的永磁同步风力发电机组低电压穿越控制策略

随着风电机组安装容量的不断上升,风电系统在电网故障情况下的稳定运行尤为重要,电网导则要求风电机组在电网电压瞬间跌落一定范围内不脱网运行,具备低电压穿越能力(low-voltage ride-through,LVRT)。对于永磁同步风力发电机(permanent magnet synchronous generator,PMSG)机组,快速控制直流电容电压是实现低电压穿越的关键。文章采用一种基于模式切换的PMSG机组低电压穿越控制策略,该策略在电网电压正常和故障时进行控制模式切换,选择网侧变流器或机侧变流器来控制直流电容电压。另外,为加快直流母线控制速度,提出了一种改进前馈方法,加快了控制速度,降低了直流母线电压的峰值。仿真结果验证了所提控制策略的有效性。     

绿色数据中心的供电运行控制和能量管理

将可再生能源引入数据中心高压直流UPS供电系统,形成直流微网的供电方式.基于此设计了一种分层系统运行控制和能量管理策略,旨在实现系统可靠运行和能量优化利用.微网由电网、光伏发电单元、储能电池和数据中心计算负荷组成,设备级控制考虑并网和孤岛2种运行方式划分为4种工作模式,光伏boost变换器有MPPT和降功率稳压2种工作...     

基于磁链追踪的双馈风力发电系统低电压穿越控制

根据当今世界对风能转换系统提出的必须具有低电压穿越能力的要求,研究了电网跌落对双馈风力发电机的影响。在电网跌落时双馈风力发电机运行特点的基础上,分析并提出了一种基于磁链追踪的双馈风力发电系统低电压穿越控制策略,有效地抑制了双馈风力发电机定、转子过电流,保证了变流器的安全运行,实现了双馈风力发电机在电网跌落时的低电压穿越。依据理论分析,建立了双馈风力发电机磁链追踪控制模型,并通过MATLAB/SIMULINK平台进行仿真研究,仿真结果证实了所提控制策略的可行性和有效性。     

风电经双极混合型MMC-HVDC并网的直流故障穿越协调控制策略

架空线MMC-HVDC是大规模风电友好型并网和可靠送出的有效手段.针对架空线故障率高的问题,采用对称双极接线方式和具备故障阻断能力的混合型MMC是其主要解决方案之一.基于此方案提出了风电经双极混合型MMC-HVDC并网的直流故障穿越协调控制策略.通过混合型MMC零直流电压控制实现了故障电流的有效阻断,并维持了故障极MM...     

电网故障下风力发电系统的暂态电压控制策略

研究了由双馈感应式发电机和笼型异步发电机组成的风力发电系统的暂态电压控制策略。当电网发生故障时,单位功率因数运行方式下的双馈感应式发电机组和笼型异步发电机组都不能够提供无功功率以帮助系统恢复稳定运行。本文提出了一种基于PI控制器的暂态电压控制策略并对其进行仿真分析。仿真结果表明,故障清除后能够提高双馈感应式发电机和笼型异步发电机的暂态电压稳定性,同时改善了系统稳定运行的能力。     

基于微电网逆变器改进下垂特性协调控制的研究

由于采用传统下垂控制策略的微电网孤岛时受负载变化影响和并网时受大电网扰动影响会造成系统不稳定,文章提出了改进下垂控制策略,机理是在原下垂控制的基础上改变下垂特性的参考电压和频率和引入了前馈电流调节机制,加快了系统响应速度,增加了微电网系统稳定性。最后利用PSCAD/EMTDC仿真软件对微电网两种典型运行状态以及模式切换的暂态过程进行仿真分析,验证了控制策略的合理性与有效性。     

A control scheme to fulfill the grid-code under various fault conditions in the grid-connected wind turbines

This paper presents systems and algorithms for the low-voltage ride-through control of wind power systems. The low-voltage ride-through (LVRT) requirement which is included in the grid-code regulates wind power systems to maintain their operation and supply reactive power during grid fault. When the grid fault arises some problems occur in wind power systems, such as over voltage and over current by transient conditions or surplus power. This paper proposes the LVRT strategy for a stable operation of wind power systems under the grid-fault condition. Proposed LVRT methods include a fault detection method, a design of dynamic braking resistor, and a flexible power control under various fault conditions. The simulation results show a validity of the proposed LVRT strategy with a 2-MW wind power system model.     

Analysis and Design of a Series–Parallel Uninterruptible Power Supply with an Improved Control Strategy for Seamless Transition

In this paper, a high-performance control structure is designed, implemented, and applied to a three-phase series–parallel uninterruptible power supply (UPS). This kind of UPS system provides input power factor correction, output voltage conditioning, and high efficiency. The control strategy proposed in this paper is based on voltage control of the parallel converter and current control of the series converter. It is shown that this strategy improves the system operation, specifically resulting in a smoother and more seamless transition between UPS operating modes. The controller in the proposed strategy is based on combination of two control methods with different characteristics and is therefore called a hybrid structure. To enhance the steady-state performance of the UPS and reach fast error convergence, a repetitive controller is used. In addition, to reach a fast transient response required for control of output voltage, a fast deadbeat is used. The stability of this hybrid controller is discussed, and the design procedure for a typical converter is given. For validation and verification of the theoretical analysis, both experimental and simulation results are shown.     

支撑城市电网分区互联的柔性直流优化控制技术

针对城市电网分层分区网架供电能力不足、负载不均衡、安全可靠性差等问题,提出一种支撑城市电网分区互联的柔性直流优化控制策略。首先,针对城市电网安全经济运行需求建立了稳态和暂态优化控制目标;其次,建立了计及负载均衡和网络损耗的综合评价指标,采用逐步逼近法快速求解柔性直流最优功率,以实现稳态下城市电网潮流最优控制;设计了基于换流站功率裕度的多端柔性直流自适应下垂控制策略,合理分配故障后各分区紧急功率支援,同时减小直流电压偏差。以郑州城市电网实际算例仿真验证了所提方法的有效性和工程实用性。