直驱式永磁同步风力发电机不对称故障下的改进控制

在分析直驱式永磁同步风力发电机(permanent magnet synchronous generator,PMSG)全功率变换器功率特性基础上,推导了直流侧电压、并网电抗器功率及网侧输出功率之间的关系,提出了不对称故障下系统的改进控制策略,以实现该型机组的低电压穿越.该控制策略基于电网侧变换器、电机侧变换器功率平衡协调控制思想,将电网跌落信息反馈给电机侧变换器,实现两个变换器的协调控制;同时,在直流侧电压维持在安全范围内的前提下,采用弱控制,以一定的直流侧电压波动为代价,达到消除网侧有功功率2倍频波动的目的.仿真研究结果表明,基于功率平衡协调控制的改进控制策略可较好的实现直驱式永磁同步风力发电机的不对称故障穿越.     

永磁直驱风电机组变流器低电压穿越控制策略

针对永磁直驱风力发电机组低电压穿越问题,对传统的变流器控制策略进行改进.机侧变流器控制在传统策略的基础上加装功率控制器,在电压跌落期间,通过功率控制器减小发电机有功电流输出,从而限制发电机输出有功功率,减轻变流器直流侧压力.网侧变流器控制在传统控制策略的基础上增加了对电网无功补偿的控制,在电压跌落期间,根据国家标准对电网注入动态无功电流.仿真结果表明,在不借助传统控制策略在低电压穿越过程使用硬件辅助电路的情况下,能够直接通过改进型变流器控制策略,实现风力发电机组低电压穿越.     

永磁同步风力发电机组的不对称故障穿越控制策略

永磁同步风力发电机组在不对称电网故障下运行,将导致并网电流不对称、畸变,直流母线电压上升并含有2倍工频纹波等问题.为了提高永磁同步风力发电机组在不对称电网故障下的穿越能力,提出一种PMSG机组的控制策略:在网侧换流器的控制中采用电网负序电压前馈的方法来消除并网电流负序分量;在机侧换流器的控制中提出了一种新的发电机电磁功率跟踪控制思想,使发电机的输出功率跟踪网侧换流器的输出功率,消除了不对称故障情况下直流母线电压的2倍工频纹波和限制直流侧电压上升,避免直流母线电压波动超出电容电压的额定值.1 MW机组的仿真结果表明,所提出的控制策略可实现不对称故障穿越,验证了所提出控制策略的有效性.     

电网故障下双馈风力发电机组的控制策略研究

双馈风力发电机(DFIG)系统变流器仅对发电机的转差功率进行变换,因此它比同容量直驱风力发电机的变流器容量小很多,但这使得它对电网故障的抵御能力较弱.本文针对双馈风力发电系统在电网故障下的控制策略进行研究.在电网故障时,DFIG系统的控制包括阻止风轮过速进行的桨距角控制和功率变流器在电网故障期间和之后的保护和电网电压支持控制.为了在电网故障期间提高DFIG电网电压支持能力,在正常运行时的DFIG控制结构基础上加入了另一控制级.这个控制级包括阻尼控制器、转子侧变流器、电压控制器和网侧变流器无功补偿器.仿真结果证明了所提出方案的可行性.     

电网电压不平衡下储能变流器能量最优控制策略

针对电压不平衡时储能变流器（Power Conversion System, PCS）出现网侧电流波形畸变严重且峰值过大等问题,提出了电网电压不平衡下储能变流器能量最优控制策略.该策略通过控制目标参数k、电网电压不平衡度与瞬时功率波动、网侧电流不平衡度和网侧电流峰值的关系图深入分析了参数k、电网电压不平衡度对系统能量运行的影响,并在此基础上侧重抑制电流幅值及抑制功率波动两个控制目标,加入寻优算法,提出k参数仅在［-1,0］内选择的电流限幅储能变流器能量最优控制策略.仿真实验结果表明：该策略能通过k参数和电流限幅策略更加快速有效地将电流峰值限制在最大允许峰值,并且进一步减小功率波动,提升PCS的有功功率输出能力,体现了对储能变流器运行的能量优化.     

调整双馈风力发电机无功功率的风电场并网点电压控制

由于风能的波动、负载的变化、线路故障等原因,使得风电场并网点的电压经常发生波动.电压的波动会影响发电机的功率解耦性能,尤其是电压跌落过大可能造成风电场发电机的大面积脱网及当地电网电压崩溃,因此稳定风电场并网点的电压是风电场安全运行的一个基本要求.针对此问题,提出一种同时利用网侧变流器和定子侧无功进行电压控制的改进方案.该方案在低电压故障期间,机侧变流器控制转换为无功优先,在机组允许条件下,通过调整注入转子无功电流的比例系数实现向电网注入最大的无功功率.对典型网络结构风电场的仿真分析结果验证了改进方案同有功优先方案和仅转换为无功优先的方案相比具有明显的优越性.     

电网短路状态下并网逆变器的谐振控制

为了改善电网短路故障情况下直驱式永磁风电系统的并网逆变器控制性能,提出基于比例积分谐振控制器的并网逆变器直接功率控制算法,通过设置基频谐振控制器实现网侧变流器输出电压、电流信号的无静差跟踪,同时在直流母线侧通过2倍工频谐振控制器可以抑制电网故障状态下直流母线的电压波动．与传统网侧逆变器的交直轴电流双闭环PI控制相比,该算法无须分离正负序电流分量,从而避免了电流滤波环节带来的系统带宽减小的弊端．在PSCAD／EMTDC环境下建立基于背靠背变流器的1．5MW永磁直驱风力发电系统仿真模型,仿真结果表明：当电网短路导致电压不平衡时,结合能量卸荷电路能够抑制直流母线电压的升高,限制了电网过电流,可以实现网侧逆变器的单位功率因数控制,增强了风电机组的故障穿越能力．同时搭建了10kV·A样机系统,试验波形证明了系统设计与控制策略的正确性和先进性．     

基于超级电容的永磁同步风力发电机不对称故障穿越方法

风电系统与电网之间的相互影响越来越大,需要并网风电机组具有故障穿越能力来保证电网安全运行。为了提高永磁同步风力发电机组(PMSG)在不对称电网故障下的穿越能力,提出了一种基于超级电容储能的PMSG风电机组的故障穿越方法。该方法采用双向直流变换器将超级电容器组连接在交直交变流器的直流母线上,通过对超级电容的吞吐功率进行控制,限制了故障情况下交直交变流器直流侧电压上升,并降低了不对称故障引起的直流母线电压2倍工频纹波。同时在网侧换流器的控制中采用电网负序电压前馈的方法,消除并网电流负序分量。结合低电压穿越标准,对超级电容的容量选取进行了讨论,并建立了超级电容器及其功率变换电路的数学模型,设计了超级电容储能系统的控制器。采用Matlab软件,对1 MW机组的仿真结果表明,所提出的不对称故障穿越方法,可同时减小并网电流负序分量和直流母线电压的2倍工频纹波,提高了机组不对称故障穿越能力,验证了文中提出的故障穿越策略的有效性。     

永磁直驱式风力发电机三相不平衡的补偿控制算法

提出了一种用于电网侧三相电压不平衡情况下的永磁直驱式风力发电机的逆变控制算法.通过对不平衡三相瞬时电压的矢量变换、分解并形成负序电流分量,与通过锁相环单位归一化的逆变输出电流相加,可以保证永磁直驱式风力发电机逆变输出的电流具有良好的正弦及三相平衡特性.该控制算法解决了永磁直驱式风力发电机在电网侧三相电压不平衡情况下的输出畸变问题,算法简单有效,计算量小,硬件采用分立元件即可实现,方便且可靠.     

不平衡电网电压下永磁风力发电机并网逆变器的新型直接功率控制策略

为了研究不平衡电网电压条件下永磁风力发电机系统增强运行能力的有效控制策略,提出了比例-谐振电流控制方案,并将该方案应用于并网逆变器的直接功率控制中,以实现直驱永磁风力发电系统无需正、负相序分解的统一控制.在PSCAD/EMTDC环境下建立基于背靠背IGBT变频器的1.5 MW永磁直驱风力发电系统仿真模型,仿真结果表明,在不平衡电网电压下,该系统能够实现最大风能跟踪,且新型的直接功率控制策略结构简单,能够实现单位功率因数控制,具有良好的动态性能,有效地抑制了直流母线电压的升高,增强不平衡电网电压故障下直驱永磁风力发电系统的不间断运行能力.