永磁直驱风电机组变流器加强型直流稳压研究

目前针对电网故障的研究,主要集中在对称故障方面,研究的是不对称故障中的小值电网电压不平衡时风电机组的故障穿越技术.在传统电网电压定向的电压、电流双闭环控制基础上,应用变流器网侧和机侧功率平衡控制原理,将永磁同步发电机输出有功功率Ps变化的信息引入d轴控制回路,从而实现电网侧变流器输入至电网的有功功率能够及时跟踪永磁同步发电机输出有功功率的变化,从而解决了变流器输入输出的有功不平衡问题,避免了直流母线电压的波动.     

组合多电平式APF直流侧电压平衡控制策略

H桥级联式多电平变流器用于有源电力滤波器(APF)时,H桥功率单元直流侧电容电压的平衡制约着系统补偿的性能.通过对应用两电平变流器或H桥级联式多电平变流器的APF的研究,提出了更有利于实现多电平APF直流侧电容电压平衡控制的组合式多电平变流器拓扑;以新的多电平拓扑为基础,提出了2电压环的直流侧电压控制策略,解决了多电平有源电力滤波器直流侧电压平衡问题.仿真实验证明,该组合式多电平变流器拓扑是有效实用的,直流侧电容电压平衡控制策略也具有良好的控制效果.     

DFIG网侧变流器双闭环控制策略

针对传统双馈风力发电机(DFIG)网侧变流器控制比较复杂、鲁棒性较差、输出电压不稳定等缺点,设计了基于ADRC的直流母线电压外环和基于PID的电流内环的双闭环控制系统,通过控制变流器输出电流,达到维持网侧PWM变流器直流母线电压恒定和保持定子侧输出单位功率因数的目的.不仅能实现良好的控制效果,而且还能降低系统硬件复杂度,提高双馈风力发电机的利用效率.仿真结果表明:双闭环控制策略能有效维持网侧变流器直流母线电压稳定,保证直流电压波动较小,降低电压畸变率,具有较强的抗干扰能力.     

基于混合储能系统的双馈风力发电系统直流电压控制策略

风电系统故障及其处理过程中,双馈电机双变流器间会产生不平衡有功功率,导致直流母线电压变化引发电容击穿.基于变流器和直流电容的模型提出混合储能装置中超级电容器和蓄电池的协调控制策略,依据经验模态分解法提取直流侧功率幅值变化的高、低频分量控制DC/DC变换器,进一步计算了混合储能装置的容量约束方法,并通过MATLAB搭建模型验证上述策略.仿真结果表明:该方法能减少故障期间电机直流侧不平衡功率,稳定直流侧电压,提高系统的高-低电压穿越能力.该方法易于工程实现,可为风电机组配备故障全程穿越控制技术提供参考.     

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.     

双馈式抽水蓄能机组功率调节仿真与控制

为了研究双馈式抽水蓄能机组在电网功率调节中的作用,该文建立了抽水蓄能电站水-机-电耦合的水力过渡过程计算模型,并基于定子电压定向矢量控制策略,建立了双馈感应电机(DFIM)功率控制系统,对300 MW双馈式可变速抽水蓄能机组并无穷大电网运行时功率调节过程进行了研究,与采用电励磁同步电机的常规定速机组进行了比较。仿真结果表明:可变速机组双馈感应电机可以通过调节励磁电流直接对定子有功功率进行调节,定子有功功率可以快速跟随功率指令的变化;而定速机组电机输出功率为水泵水轮机的机械功率,依靠导叶开度对流量进行调节来实现功率控制,由于引水、尾水管道较长,流量变化需要较长时间,导致定速机组输出功率调节所需时间较长。     

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。     

基于功率协调控制的统一潮流控制器控制策略研究

介于统一潮流控制器串、并联变流器在调节电力线路潮流过程中存在有功和无功功率相互影响等问题,通过分析其数学方程,建立了串、并联变流器状态反馈解耦控制模型,提出了功率协调控制策略。从功率平衡的角度分析了直流侧电容电压稳定条件,提出了在直流侧电容电压平衡控制环节中增加有功电流前馈分量的控制方法,实现了串、并联变流器对电容电压的动态稳定控制。在解耦控制策略的基础上,设计了串联变流器功率控制环,使统一潮流控制器在调节潮流的过程中达到了有功-无功功率独立控制的效果。通过仿真分析,验证了该控制策略在电力系统潮流调节中的有效性和可行性。     

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.     

基于双向DCDC电路有源二次滤波研究

二次功率脉动是单相四象限变流器固有的问题,传统方法是在直流母线并联LC二次谐振电路或增大直流侧电容.以避免该脉冲分量对后级负载造成影响,为提高变流器的功率密度,提出了一种利用双向DCDC电路对二次功率进行有源滤波的方法.该方法通过检测四象限变流器输入至直流侧的二次脉动功率,以此为指令采用比例谐振对DCDC电路进行控制以产生相应二次补偿功率,消除了直流母线二次脉动电压,滤波效果明显,并且通过PI控制保证了补偿储能电容电压的稳定.同时,基于电感电流在额定功率下能跟踪指令电流和储能电容最大电压限制的,给出了储能电容及其偏置电压之间的约束条件,并进行了参数设计.最后,利用Matlab/Simulink对控制策略进行了仿真,并搭建了实验平台进行了实验,仿真和实验结果一致,验证了理论的可行性.     

链式STATCOM直流电压预测与专家控制

从功率平衡的角度分析了链式STATCOM直流侧电容电压波动,建立电容电压波动模型,基于该模型提出了一种积分复位预测方法,可准确预测直流侧电容电压波动.将电压波动预测结果从电容电压检测值中分离,得到电容电压的直流分量进行反馈控制,有效降低了有功电流指令中的三倍频谐波分量.为改善无功突变时系统的动态性能,对电压波动预测结果进行限幅,引入专家PI控制进行电容电压调节.在Powersim仿真环境下搭建了链式STATCOM仿真模型,验证了所提电压波动预测方法的准确性,对比了专家PI控制与传统PI控制的仿真结果,验证了所提控制方法对暂态电容过电压的抑制效果.     

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．     

分布式网中的变流器拓扑结构性能的对比分析

在我国现行的低电压配电网络中一般采用TT、TN配电方式,即三相四线制配电,为了使分布式发电机组与四线制低压电网相连接,需要选择一个合适的变流器拓扑结构。同时为了提高电网中的电能质量,分布式发电机组需要添加有源电力滤波器(APF)后再接入四线制低压电网中。现对两种四线制拓扑结构——非分裂链路式四桥臂变流器和分裂链路式三桥臂变流器拓扑结构的性能进行对比分析。在控制的难易程度、电磁兼容性(EMC)、中点控制、直流侧母线电压利用率和电路复杂性等方面进行对比分析。总结出分裂链路式三桥臂拓扑结构变流器主要性能要优于非分裂链路式四桥臂变流器,主要体现于相同电路复杂性和直流母线利用率的参照标准下,分裂链路式三桥臂拓扑结构的变流器在电流控制方面更加简单,同时有较小的电磁兼容性问题。     

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.     

基于模糊PI控制的双级式储能变流器运行特性仿真分析

针对储能变流器不同工作模式切换过程中母线电压波动大、并网谐波含量高等问题，研究一种由双向DC/DC变流器和双向PWM变流器构成的双级式储能变流器（PCS），分析了其电路模型与工作原理.在双向DC/DC变流器控制系统的电压外环处设置模糊PI控制器来减小充放电切换过程中的电压波动.利用Matlab/Simulink软件建立了双级式储能变流器仿真模型，对恒功率控制模式下的运行特性进行仿真.仿真结果表明：系统能实现充放电控制的无缝切换，同时直流母线电压更平稳，网侧电流谐波含量减少.     

分布式电网中四线制变流器的性能对比分析

在我国现行的低电压配电网络中一般采用TT、TN配电方式,即三相四线制配电,为了使分布式发电机组与四线制低压电网相连接,需要选择一个合适的变流器拓扑结构。同时为了提高电网中的电能质量,分布式发电机组需要添加有源电力滤波器(APF)后再接入四线制低压电网中。本篇论文主要进行两种四线制拓扑结构——非分裂链路式四桥臂变流器和分裂链路式三桥臂变流器拓扑结构的性能进行对比分析。主要在控制的难易程度、电磁兼容性(EMC)、中点控制、直流侧母线电压利用率和电路复杂性等方面进行对比分析。本篇论文总结出分裂链路式三桥臂拓扑结构变流器主要性能要优于非分裂链路式四桥臂变流器,主要体现于在相同电路复杂性和直流母线利用率的参照标准下,分裂链路式三桥臂拓扑结构的变流器在电流控制方面更加简单,同时有较小的电磁兼容性问题。     

微电网中AC/DC双向功率变换器的研究

在交直流混合微电网中最具有价值部分的构造是其中的AC/DC双向功率变换器,可以使系统运行更加安全可靠。针对现有的AC/DC双向功率转换器功率流动不稳定和负荷电压波动大的不足,提出了一种在交直流混合微电网中适用的AC/DC双向功率转换器。通过对三相静止ABC坐标系和旋转坐标系建模,在此基础上利用PI控制器进行电流控制,用电流电压双闭环控制策略来控制变换器的运行,当负荷波动时,能够保证负荷侧电压迅速恢复稳定以及交直流母线间功率的双向流动。最后,通过搭建Matlab/Simulink系统仿真模型验证了所提出的AC/DC双向功率变换器拓扑和控制策略的可行性和有效性。     

混合母线微电网的功率平衡控制策略

为提高微电网在模式切换等暂态条件下的动态响应性能,提出一种基于交直流混合母线拓扑的微电网功率平衡控制策略.将直流母线和交流母线分别作为瞬态和稳态的两级功率平衡点,使分布式电源组群与储能装置经直流母线相结合进行联合供电.在暂态条件下,通过稳定直流母线电压迅速地匹配供需双方的功率,相应地调整逆变控制策略来稳定系统电压、频率及调节电能质量.仿真结果表明:在微电网运行模式切换和受扰动时,该方法均能使微电网实时满足负载的功率需求;电压幅值和频率稳定在额定值,相对误差小于1％;电能质量符合国家标准,总畸变率(THD)小于2％;电压和功率参数响应时间仅为0.02 s左右.     

基于双向直流变换器与储能系统的直驱式风机能量输出控制

本文提出一种包含储能单元的永磁直驱风力发电系统,通过对储能系统的控制实现对风机输出能量的控制,减小风机出力波动对于电网的影响。风机通过一个全功率背靠背变流器连接至电网,储能系统和双向DC-DC变换器通过背靠背的直流母线接入系统。背靠背变流器机侧使用最大功率追踪控制(MPPT),实现对风能的最大捕捉。储能单元通过检测风机的功率输出来进行充放电控制。基于Matlab/Simulink搭建了系统仿真模型,结果表明提出的系统的结构及控制策略可以有效地抑制风机的能量波动。     

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.