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。     

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。     

分离式混合储能提升风电场低电压穿越能力研究

为实现风电场低电压穿越(LVRT),文章将全钒液流电池组(VRB)集中式储能配置于风电场出口母线处,超级电容(SC)分散式储能配置于单台风电机组直流母线处。对集中式VRB储能系统DC/AC变换器提出一种稳态下单位功率因数控制,电网暂态故障下有功平抑受限、无功支持优先的改进控制策略。在不同程度电网电压跌落工况下,研究不同位置储能系统对风电场LVRT性能的影响。结果表明,混合储能系统采用所提安装方式和控制策略后可有效实现风电场稳态下输出功率稳定,电网暂态故障下,风电机组直流母线电压稳定,VRB储能系统最大程度向电网提供无功支持,抬升风电场并网点电压。     

双级锂电池-超级电容混合储能的协调控制及功率分配

为平抑直驱式永磁同步风电机组功率波动,文章采用双级锂电池-超级电容混合储能的分层控制策略。首先,通过双向DC/DC变换器控制各储能单元充、放电;其次,将混合储能系统分为协调管理层和功率优化层,协调管理层充分利用锂电池和超级电容优势互补,功率优化层以锂电池荷电状态和最大充、放电功率为约束,建立锂电池功率分配策略及充、放电模式切换;最后,将实测风速数据导入仿真模型,并对比单级锂电池系统的充、放电次数。仿真结果表明,文章所提混合储能系统分层控制策略可很好地实现平滑风电系统出力,且减少了锂电池的充、放电次数,延长锂电池的使用寿命。