永磁同步风电系统低电压穿越效果比较

通过对永磁同步风力发电机(PMSG)系统低电压穿越(LVRT)能力的研究,总结了实现LVRT的几种方法,列举出3种方法的局限性.研究了两种提高PMSG系统LVRT能力的方式:加装卸荷支路和应用超级电容.重点通过PSCAD/EMTDC仿真了当电网电压跌落时对不能实现LVRT的PMSG系统的影响.仿真比较了两种不同LVRT方式的效果,由仿真波形可以观察到应用超级电容方法解决PMSG系统LVRT的效果更好.     

直驱型风电系统低电压穿越技术仿真分析

随着风电穿透功率的增大,在电网电压跌落时切除风电机组的传统控制策略已经不能满足电网安全稳定的要求,因此新的电网规则要求风力发电机组必须具有低电压穿越能力。文中介绍了几种直驱型风电系统常用的直流侧crowbar电路,通过比较,选择直流侧使用卸荷电阻的crowbar电路,并与网侧逆变器配合,实现直驱型风电系统的低电压穿越。仿真结果表明,采用卸荷电阻并配合网侧逆变器控制,可以有效提高直驱型风电系统的低电压穿越能力。     

永磁直驱风电系统低电压穿越方法综述

随着永磁直驱风电机组在电网中并网容量的快速增加,电力系统对并网风力发电机组在电压跌落故障下不间断运行提出高要求。首先结合电网电压跌落对PMSG运行的影响,分析风电机组的暂态过程,并对各种适合于PMSG风电系统的低电压穿越技术的原理和特点进行总结、评价,最后提出了低电压穿越技术的发展方向。     

基于超级电容蓄能的永磁同步海上风电低电压穿越研究

为避免电网电压跌落导致海上风电机组脱网运行,分析了直驱永磁同步海上风电系统的双PWM全功率变流器控制策略,提出了一种基于超级电容器蓄能的海上风电机组并网运行低电压穿越方案。在双向变流器的直流侧并联超级电容蓄能系统,利用超级电容来维持电网故障时的功率平衡,稳定直流侧母线电压。利用网侧变流器静止无功补偿运行模式控制无功电流输出,向电网提供无功功率支持。仿真结果表明了该方案在电网故障时,能有效抑制直流侧过电压,向电网提供无功功率,有利于电网故障恢复,提高了直驱永磁海上风电系统的低电压穿越能力。     

基于超级电容的永磁直驱风电机组低电压穿越控制研究

通过分析传统永磁直驱风电系统的低电压穿越能力的原理与存在问题,其中选用超级电容储能系统与合适的控制策略,采用综合的网侧变流器控制方法,从而建立了相应的永磁直驱风电系统的仿真模型。仿真结果表明,采用超级电容储能系统与合适的控制策略,可以改善永磁直驱风电机组的低电压穿越能力。     

永磁风电系统低电压穿越控制策略研究

针对Boost升压型永磁直驱型风电系统,分析了其发电机侧和网侧变流器的控制策略.为增强其低电压穿越能力,提出了一种基于转子储能和网侧无功优先输出的控制策略.通过减小发电机的有功输出来降低直流侧过电压,通过控制网侧无功输出来提升电网电压.基于Matlab/Simulink 7.10搭建了仿真模型.仿真结果证明了该控制策略的有效性.     

永磁直驱式风电机组低电压穿越技术研究

根据国网最新的风电机组不间断运行标准中关于低电压穿越(LVRT)的要求,对直驱式风电机组常用的Crowbar保护方案进行了分析,在讨论了各自的优缺点后,提出了一种Crowbar保护电路方案,其具有较低的成本和较高的可靠性,并在2 MW直驱式风电机组上进行了实验验证,验证了其准确性和合理性。     

直驱永磁风力发电机组低电压穿越控制研究

为了提高永磁直驱同步风电机组(PMSG)并入电网的运行稳定性,研究了3种低电压穿越技术,提出了结合增大网侧输出有功、投切Crowbar电路和调节电磁转矩的控制方案。同时设计了风电机组新的机侧变流器和网侧变流器的低电压穿越控制策略,利用能量平衡原理对故障后转速表达式进行了推导。在Matlab/Simulink平台电压跌落情况下对直驱风电机组进行一系列的仿真,仿真结果与理论分析一致,验证了该控制方案能优化系统低电压穿越的性能。     

基于电流补偿策略的DFIG系统低电压穿越研究

为了研究双馈异步风电机组定转子之间的故障特性,在RTDS中建立了低电压故障下双馈异步风电机组励磁变流控制系统,利用拉普拉斯变换分析DFIG系统状态方程在约束条件下的输出响应,给出了三相短路故障下发电机定转子电流各自暂态分量。通过分析定转子暂态分量衰减特性,得到定子直流磁链对定转子电磁暂态响应的主导作用。进一步通过转子电流补偿的改进空间矢量控制消除定子直流磁链,同时配合直流母线Crowbar卸载电路提高DFIG风电系统的低电压穿越能力。RTDS的仿真结果验证了电流补偿和Crowbar电路组合控制策略的有效性。     

双馈风电机组低电压穿越特性的试验研究

低电压穿越能力正逐渐成为大型并网风电机组的必备功能之一,要求风电机组在电网电压跌落发生时保持并网,故障消除后快速恢复正常运行。在分析双馈机组电压跌落特性的基础上,采用了转子主动式Crowbar电路和直流侧卸荷电路相结合的方法来实现双馈风电机组的低电压穿越功能,讨论了具体的低电压穿越控制策略,通过仿真验证了电路结构和控制策略的正确性。在实验室10 kW双馈机组实验平台上,采用电压跌落发生器模拟电网电压跌落故障,进行了电网电压跌落至额定电压20%时不同持续时间的测试,证实了所采用的低电压穿越控制策略的有效性。     

混合风电场中PMSG协助感应发电机低电压穿越

针对直驱永磁同步机组(PMSG)协同感应风电机组(IG)低电压穿越(LVRT)问题,提出PMSG最少台数的定量算法。根据转矩平衡关系,计算IG滑差失稳的临界转差率。根据临界转差率和故障持续时间,对转矩平衡方程积分,得到IG不失稳时公共连接点临界电压。根据并网导则的最严重电压跌落,推导协助IG LVRT所需无功和PMSG最少台数。给出动态仿真结果以验证协同LVRT效果,量化了理论推导误差。发现IG惯性时间常数或转子电阻越大,机械转矩或定子电抗越小,故障时间越短,临界电压越低,PMSG越容易协助IG LVRT;对临界电压影响从大到小依次为IG机械转矩、故障时间、IG转子电阻、IG惯性时间常数和定子电抗。     

双馈型风力发电系统低电压穿越策略仿真

针对双馈风力发电机组的低电压穿越能力的问题,介绍了风力发电在电网电压跌落时的并网要求,分析了目前已有的各种应对策略,提出了一套应对电网电压跌落时的控制策略。对于电网严重短暂跌落,通过对转子电流和直流侧电压滞环比较来控制Active Crowbar和直流侧卸荷电路,以卸荷多余能量并保护变流器,并保持风电机组的并网。对于电网的长时间跌落,还进行电网电压闭环发送无功,以支持电网进行恢复。通过仿真模型验证了所提出的控制策略能很好地抑制转子侧电流和直流侧电压的上升,并对电网提供无功支持。     

基于VSC-HVDC的风力发电系统低电压穿越协调控制

提出一种适用于通过VSC-HVDC系统并网风电场的低电压穿越协调控制策略。建立高压直流输电线路和风电场的模型,分析电网故障期间系统的工作原理。低电压穿越期间,通过HVDC两端变流站提供无功支持,并采用基于电压控制的快速功率降低算法控制风电场馈入功率,维持直流系统功率平衡;对风电机组功率控制进行改进,提出分层控制与HVDC控制相协调,保持风电机组的电压稳定。算例仿真结果验证了该控制策略的快速性和有效性。     

直驱型永磁同步风力发电机无传感器控制

在分析直驱型永磁同步风力发电机数学模型的基础上,确定了一种基于滑模观测器和扩展卡尔曼滤波的转子位置和转速估计方法,并给出了系统控制策略.针对内埋式永磁同步电机直轴和交轴电感差别较大的特点,采用两相静止坐标系下的基于扩展反电动势的永磁同步电机滑模观测模型,并将耦合项作为扰动量进行解耦计算.采用卡尔曼滤波器以便滤除估计的扩展反电动势测量噪声分量,并增强其对于系统扰动和参数变化的鲁棒性.采用三相锁相环进行转子位置角和转速的提取.仿真和实验结果表明:该方法可以快速准确地得到转子位置和转速信息并应用于系统控制.     

永磁直驱风电系统变流器拓扑分析

永磁直驱风电系统变流器为永磁同步发电机和电网的接口,对其常用的拓扑进行了详细的分析和说明,包括不控整流 逆变器、不控整流 DC/DC变换 逆变器、背靠背双PWM变换器等拓扑,对其工作原理、应用和优缺点进行了介绍和对比,并针对风电机组对大功率变流器的需求,对大功率拓扑结构的特性和应用进行了详细的介绍。不控整流 Boost变换 并网逆变器和背靠背双PWM变换器2种拓扑是目前的优选方案,多电平变换器因其优良的性能将具有良好的发展前景。     

PMSG风力发电系统转速估计算法的研究

提出了一种无传感器直驱式永磁同步风力发电机控制系统的转子速度估算法。该算法可由简单的定子磁通方程推导,且只需检测定子电压和电流。定子磁通估算通过基于定子电压模型的可编程低通滤波器而设计,建立了基于递归最小二乘法的电机转速辨识模型,并将实时辨识的电机转速用于转子位置观测和转子磁场定向矢量控制。仿真结果表明,实现了最大功率跟踪控制,验证了控制算法的有效性和可行性。     

两种直流侧卸荷直驱风机LVRT分析

随着并网风电机组的日益增加,风力机组与电网间的相互影响日益突出。国家电网企业标准Q/GDW 392-2009及国标GB/T19963-2001均对风电机组的低电压穿越能力提出了明确的技术要求。分析了大功率永磁风力发电系统在电网电压跌落时的暂态特性,建立了基于Chopper与超级电容器的两种直流侧卸荷电路及相应的控制策略。并在PSCAD/EMTDC软件环境下搭建了相应的并网仿真模型,仿真对比了在电网电压严重跌落时两种卸荷电路对机组暂态特性的影响。仿真结果表明在网侧电压跌落的时候,两种卸荷方式在稳定直流侧电压和系统恢复方面,各有优势。     

一种新型永磁同步风力发电系统的研究

为了提高风力发电能量转换效率以及降低成本,提出了一种新型的永磁同步电机变速恒频风力发电系统结构,并根据风力机特性,设计了一种最大功率点跟踪算法。该系统主电路由直流变换器及网侧SAPWM变换器构成,分析了这两部分的工作原理。根据实际条件提出了一种风力机定性模拟方法,在此基础上对整个系统进行了实验分析。实验结果表明,本系统能够较好地实现最大功率点跟踪以及高质量单位功率因数能量馈送。     

Effective MPPT technique and robust power control of the PMSG wind turbine

Wind generator performance improvement requires sophisticated and robust control techniques to overcome various constraints and achieve optimal aerodynamic energy conversion. Because of the continuously changing nature of the wind, the output power of a wind energy conversion system (WECS) can be maximized if the wind rotor is driven at an optimal rotational speed for a particular wind speed. This is achieved with a maximum power point tracking (MPPT) controller. Over the years, a variety of MPPT studies have been made, but very few provide guidelines to single out the most suited MPPT technique. In this paper, a comprehensive comparison of the four most used schemes has been made in relation to a permanent magnet synchronous generator (PMSG) wind turbine system. These techniques can be classified into various categories. The obtained results show clearly the superiority of the fuzzy logic control (FLC) technique. Using this MPPT approach, the generated power by the turbine is considered to be, in terms of power control, an auxiliary source feeding a grid. To achieve smooth regulation of the active and reactive power exchange between the PMSG and the grid, direct power control, using space vector modulation DPC‐SVM strategy combined with sliding mode control (SMC) is applied in the grid‐side converter. Simulation results show the efficiency and reliability of the control strategy proposed in this paper. © 2015 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.