双馈风电系统中VRB储能型网侧九开关变换器

双馈感应电机(DFIG)风力发电系统定子侧直接挂网运行,使故障穿越运行显得尤为重要。在研究多种故障电压补偿方案与九开关变换器脉宽调制策略的基础上,提出新颖的采用九开关变换器替代双馈风电系统网侧变换器实现并网控制与电压串补一体化方案。在对九开关变换器的数学模型、调制方法、工作状态、网侧九开关变换器的控制策略、直流侧电压分配以及全钒液流电池储能环节电路模型进行理论分析的基础上,建立网侧采用九开关变换器的DFIG风电系统仿真模型。设计多种并网点电网电压短路故障工况,分别对风电系统的电气参数和运行特性进行深入仿真研究。研究结果表明九开关变换器能维持DFIG机端电压稳定,使双馈风电机组在对称与不对称电网电压故障下实现柔性故障穿越运行。     

NSC改善DFIG电能质量与故障穿越研究

为了改善电能质量问题对双馈式风电机组(doubly-fed induction generator,DFIG)正常运行的影响,提出一种九开关变换器(nine-switch converter,NSC)电能质量调节器解决方案。在对NSC的数学模型、控制方式、动态调制比策略进行理论分析的基础上,建立NSC与2MW DFIG风电机组并网模型。设计典型非线性电力电子负荷产生的谐波电流以及各类公共连接点电网电压短路故障工况,分别对投入NSC时DFIG风电系统的主要参数和运行特性进行深入分析。NSC可灵活向电网并联注入相应的谐波补偿电流,维持电网电流的正弦波特性,NSC也可灵活地向电网串联注入相应的畸变补偿电压,维持DFIG机端电压的稳定,实现DFIG风电系统柔性故障穿越(flexible fault ride-through,FFRT)运行。仿真与实验研究结果验证NSC对治理DFIG风电系统综合电能质量和提升FFRT能力的有效性。     

基于九开关变换器的直驱-双馈分散式风电系统控制策略

为提高分散式风电应用场景中直驱-双馈混合风电系统在非理想电网电压下的运行特性,提出了应用九开关变换器型统一电能质量调节器实现混合分散式风电系统柔性故障电压穿越的方案.围绕九开关变换器控制,在分析九开关变换器直流侧电压共用关系的基础上,研究了适用于九开关变换器的三次谐波注入调制方式,提高了直流电压利用率;利用电压补偿和电...     

双馈风电机组并网运行下谐波电流建模与特性分析

在新能源发电并网容量日益增多、电网对新能源电站电能质量准确评估提出更高要求的背景下,该文建立考虑电网背景谐波和开关死区特性的双馈风电机组并网输出谐波电流解析模型,以准确描述并网电流的整次频率分量和非整次频率分量的幅值和相位信息。同时,深入分析电网背景谐波电压幅值相位、运行工况、控制延时等多种因素对谐波电流特性的影响机理。最后,通过仿真建模和实际风场检测等手段对所建谐波电流模型的准确性进行验证。     

DFIG风电机组串联耦合补偿低压穿越研究

双馈风电机组(doubly fed induction generator,DFIG)在电网电压故障以及故障恢复作用下的磁链变化将导致转子过电压或过电流,威胁转子侧的变换器。采用串联耦合补偿(series coupled compensation,SCC)的新型电压穿越方案,SCC通过耦合变压器串接在发电机输入端,它能克服电网多种故障对风电系统的影响。提出的控制策略有如下优势:能削弱故障下机组定子、转子电流暂态成分,克服了定、转子绕组不平衡发热的问题,延长了风电机组使用寿命;在电网故障下发电机组仍能平稳输出有功、无功功率;在整个故障运行过程中,DFIG系统转子侧变换器始终可控,从而为故障电网提供无功功率支持成为可能。在电网对称和非对称故障条件下,采用PSCAD/EMTDC建立了1MW DFIG风力发电系统模型,仿真结果表明该控制方案可以提高DFIG的故障穿越能力。     

电网谐波条件下双馈感应风电系统改进控制

为提高电网谐波条件下双馈感应发电机DFIG(doubly-fed induction generator)的安全稳定运行性能及系统并网电能质量,利用基于串联网侧变换器的双馈风电系统具有定子机端电压灵活可控的特性,在对含有5、7次谐波电网电压条件下该系统运行行为分析的基础上提出了电网谐波条件下适用于该系统的改进控制策略;在实现发电机电流无畸变,且其输出功率、电磁转矩无波动的同时,亦可实现系统输出功率无6倍频波动或输出电流无畸变2种可选的运行功能;最后,对1台2 MW基于串联网侧变换器的DFIG系统在电网谐波条件下的仿真分析,验证了所提改进控制策略的有效性。     

统一电能质量调节器的变结构控制研究

统一电能质量调节器(UPQC)是串联有源电力滤波器和并联有源电力滤波器的结合,集成了二者的优点,可以同时补偿电压谐波和电流谐波.控制是统一电能质量调节器的核心,控制结果要求负载电压为正弦电压,电网输入电流为正弦电流.提出一种新的控制方法,对UPQC串联侧和并联侧同时进行参考值计算和开关器件控制,使电压补偿和电流补偿同步协调工作.考虑到UPQC的数学模型在dq坐标系下,是一个非线性耦合系统,首先采用逆系统方法将原系统线性化解耦,构造出伪线性系统.然后,再运用变结构控制理论,设计出这个伪线性系统的变结构控制律.最后,建立了UPQC的MATLAB仿真模型对其进行仿真验证.结果表明该方法的有效性和可行性.     

考虑转子电压电流耦合全补偿的双馈感应发电机改进PI-R电流控制策略

对电网谐波环境下基于PI-R电流控制器的双馈感应发电机(DFIG)控制策略进行了改进。建立了计及电网谐波的DFIG动态模型,分析了电网谐波环境下实现DFIG控制的常用方法。针对常用控制策略中未考虑DFIG转子谐波电压和谐波电流之间耦合的问题,提出了相应的改进方法,即通过对转子谐波电压和谐波电流间的交叉耦合进行补偿,实现了快速动态解耦控制,改善了控制性能。给出了考虑转子谐波电压电流耦合补偿的PI-R电流控制器设计方法。在PSCAD/EMTDC上进行了仿真,验证了改进方案的正确性和有效性。仿真证明,所提出的改进策略在保留PI-R控制器对交、直流量实现无静差控制特性及其良好的频率选择性的同时,更加有效地抑制了电网谐波对DFIG转子电流畸变和功率脉动的影响,进一步提升了电能质量。     

基于电压相位比较的双馈风电场输电线路单相接地距离保护

基于双dq坐标系的双馈感应发电机(DFIG)暂态模型,推导了DFIG正、负序突变量阻抗表达式并研究其相角变化特征。针对DFIG突变量阻抗角变化,提出一种单相接地时故障点序电流与保护安装处序电流之间相位差的计算方法,从而得到以保护安装处电压为参考值的故障点电压和补偿电压的相角。以区内外故障时故障点电压和补偿电压之间的相位关系为依据,提出适用于双馈风电场输电线路的电压相位比较距离保护方案。仿真结果表明,所提方法不受过渡电阻、故障位置及系统运行方式的影响,能够准确判别区内外故障。     

电压源型双馈风电机组低压穿越控制策略

在电网深度故障情况下，电压源型双馈风电机组控制环节中的惯量和阻尼作用不利于风电机组低压穿越。根据电流源型双馈风电机组的低压穿越策略提出了一种基于模式转换的电压源型双馈风电机组低压穿越控制方法，即在故障期间切换为电流源型控制方式，故障恢复后切换为电压源型控制方式。通过分析双馈风电机组电压源型和电流源型控制结构，提出基于状态变量预同步的柔性模式切换方法，实现了电压源和电流源运行模式的无冲击切换。根据风电机组低压穿越相关规定，制定暂态期间机组冲击电流抑制、有功恢复整定以及动态无功补偿方案，实现了电压源型双馈风电机组在电网深度故障情况下的低压穿越。通过仿真对上述方法的有效性进行了验证。     

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。     

基于预测控制的DFIG电网无功补偿优化方案

提出一种基于预测控制的DFIG功率调节控制方案,增强DFIG调节电网电能质量的能力,提高DFIG系统的无功输出能力。首先比较了DFIG系统和统一电能质量调节器的控制方法。针对DFIG功率分配动态多变量的过程,设计三输入三输出的广义预测控制方案,通过模型预测、滚动优化和反馈校正,提高了DFIG的无功补偿能力。仿真对比了多种情况下最大功率点跟踪控制和广义预测控制下的DFIG的无功输出,证明了使用广义预测控制可以有效的提高DFIG的无功补偿总量,增强DFIG系统调节电网电能质量的能力。     

三相四线制低压系统有源电力滤波器的研究

通过对三相四线制供电系统的特点和非线性负载电流谐波污染分析,提出了可同时补偿电压跌落、谐波电流的负载端低压综合电能质量补偿方法,并设计了对应的混合型低压电能质量综合补偿器.实验和仿真结果表明,该补偿方法和混合型低压电能质量综合补偿器能有效地解决非线性负载形成的谐波和无功电流对电网供电质量的影响,有一定的发展前景和实用价值.     

Short circuit fault analysis in a grid connected DFIG based wind energy system with active crowbar protection circuit for ridethrough capability and power quality improvement

In power industry, improvement of the short circuit Fault-ride through (FRT) capability of grid integrated Doubly Fed Induction Generators (DFIGs) for the wind power system is an important issue. In this paper an Active Crowbar Protection (ACB_P) system is proposed to enhance the Fault-ride through (FRT) capability of DFIG so as to improve the power quality of the system. The protection scheme proposed here is designed with a capacitor in series with the resistor unlike the conventional Crowbar (CB) having only resistors. The importance of ACB_P is to maintain the connection of DFIG with the grid during fault conditions to provide uninterruptable power supply to the loads. The major functions of the capacitor in the protection circuit are to eliminate the ripples generated in the rotor current and to protect the converters as well as the DC-link capacitor. The main objectives of the proposed approach are: minimisation of magnitude of rotor fault currents, maintenance of constant DC-link voltage, reduction in crowbar operation time to avoid disconnection between the DFIG and the Rotor side converter (RSC), improvement in the short circuit response of terminal voltage and enhancement in the dynamic responses of the DFIG. These objectives are achieved through the incorporation of ACB_P scheme between the rotor of the DFIG and RSC. The proposed scheme is validated on different types of fault conditions and it is observed that there is significant improvement in the objectives. Simulation results are carried out on a 1.7 MVA DFIG based WECS under different types of short circuit faults in MATLAB/Simulation and functionality of the proposed scheme is verified.     

基于撬棒控制策略的DFIG风电场动态等值建模研究

为研究双馈风电机组(doubly fed induction generator,DFIG)低电压穿越对风电场动态等值的影响,提出了一种基于撬棒控制策略的双馈风电场动态等值建模方法。首先通过对DFIG在电网故障时的转子电流分析,给出了时域下转子暂态电流表达式。然后研究撬棒电路两种常用控制策略在不同电压跌落程度及DFIG运行状况下对风电机组低电压穿越的影响,仿真结果表明两种控制策略均有各自的适用范围。在此基础上,文中提出了撬棒电路投切曲线及控制策略选择区域曲线,以此判断电网故障时撬棒电路投切以及投切时控制策略选择情况。考虑故障前一时刻风电场机群划分情况,在电网故障时以实测风速与撬棒电路是否动作共同作为分群指标,将撬棒电路动作机组从故障前原"N"个机群中独立出来形成"N+1"个机群,利用容量加权法计算各机群参数,建立多机等值模型。最后在MATLAB/Simulink平台上搭建算例,验证了该等值方案的有效性和准确性。     

双馈风电场新型无功补偿与电压控制方案

为均衡双馈感应发电机感性和容性无功调节能力,改善电压稳定性,提出双馈风电场并联无功补偿方案:在各机组机端装设电容器,其电容值为双馈感应发电机定子电感的倒数;同时在主变的低压侧装设静止无功补偿器(static varcompensator,SVC)进行集中补偿。在此基础上,设计电压协调控制方案:稳态时通过三层无功分配策略充分发挥双馈风电机组无功调节能力,减小风电场内有功损耗;电网故障时则结合送出线路纵联差动保护控制SVC的等效电纳,避免保护动作时发生电压过冲的现象,同时改变机组内部无功分配以提高双馈风电机组故障穿越能力。最后以实际算例仿真表明上述无功补偿与电压控制方案的可行性和有效性。     

电压不对称骤升下DFIG暂态特性及无功协调控制

针对双馈感应风力发电机(DFIG)电网电压不对称骤升故障,传统的研究大多集中于定子磁链暂态特性的分析,忽略了故障时间对DFIG的影响.以单相和两相不对称骤升故障为例,详细分析了DFIG在不同故障发生时刻的定子磁链暂态特性,并推导出对应的定子磁链和转子电压表达式.此外,DFIG一般运行在单位功率因数下,这忽略了其自身RS...     

一种基于链式结构UPQC的电气化铁路同相供电方案研究

介绍了一种基于统一电能质量控制器（UPQC）的电气化铁路同相供电方案,通过对UPQC的主电路结构、功能和控制方法的详细分析,指出了该控制器相对于现有其他方案的优点,最后对同相供电系统在电力机车处于正常运行和再生制动这2种典型工况时的补偿效果进行了仿真,仿真结果表明,基于UPQC的同相供电系统能解决电气化铁路牵引变电所存在的三相电压不平衡、电压波动、功率因数低下以及谐波污染等问题,UPQC与能量存储系统ESS相结合,还能很好地解决机车再生制动能量回馈等问题。     

统一电能质量调节器的研究综述

统一电能质量调节器(unified power quality conditioner,UPQC)能够同时补偿系统电压和滤除非线性负荷引起的谐波电流,是一种极具研究价值的综合型电能质量补偿装置。对目前UPQC的研究现状进行了综述,阐述了其在改善电能质量方面的作用和研究意义,对UPQC的各种拓扑结构、检测及控制方法进行了介绍分析,并指出了UPQC研究的未来的发展趋势。     

基于无功判定法的Crowbar保护电路退出控制

"并网难"已成为风电发展的瓶颈,而低电压穿越(Low Voltage Ride Through,LVRT)是风电并网中的核心技术,目前主要采用Crowbar保护电路实现风电机组在大干扰下也具有LVRT能力,而Crowbar电路退出时间对电网故障恢复有很大的影响。根据我国风电大规模远距离的特点,在DIgSILENT中建立了双馈风力发电机组(Doubly-Fed Induction Generator,DFIG)的动态模型,并经过远距离输电线与IEEE9节点电力系统相连,仿真分析了DFIG在各种短路故障条件下的运行特性,提出一种基于无功功率判定的Crowbar退出控制方法,能实现Crowbar电路在故障切除后立刻退出,提高了DFIG的LVRT能力。