直驱风电系统变流器控制技术研究

直驱风电系统变流器控制技术的全面应用可以提升风电能量转化效率,为电网输出优质电能创造有利的条件。通过对背靠背双PWM全功率变流器技术分析,可以更好的对风电变流器进行电流控制,最终可以找出最优的控制方案,具体为网侧变流器控制技术、电机侧变流控制技术,二者的有效利用对优化直驱风电系统电流控制具有十分重要的价值。     

风电系统中变流器与蓄电池容量优化配置策略

以直驱永磁风电系统中双PWM变流器和蓄电池为研究对象,建立了以风电系统收益最大为目标的变流器与蓄电池容量优化模型,提出了基于非线性规划遗传算法的变流器与蓄电池整体容量配置策略.该策略分析了风电系统的发电收益、损失电能效益、双PWM变流器成本、蓄电池成本,建立了风电系统年收益的目标函数;同时考虑国标对风电系统并网功率波动的限制条件;并通过非线性规划遗传算法求解目标.为验证该策略的正确性,以某风电场的发电系统为仿真对象进行了分析,结果表明,相对于传统的容量配置方法,本文提出的容量优化配置策略可以使风电系统的年成本降低10.3%.     

风电机组变流器技术特点和可靠性分析

风电机组变流器是风力发电机组核心部件之一,是实现能量转换的关键设备,其可靠性决定了风电机组运行的可靠性。由于风电机组运行环境特殊,因此,风电机组的功率变流器有其自身的行业应用特点。围绕功率变流器的可靠性问题,从变流器的工作特点及技术要求出发,分析了变流器故障主要原因,阐述了功率器件在工作中的失效机理,提出了提高变流器可靠性的措施。     

大规模风电并网对电网的影响及解决措施

指出了风资源的不确定性直接影响风电功率的稳定性,分析了传统风电机组通过电力电子装置与电网相连的矛盾,其谐波导致电力系统谐振,波形畸变,增加输电损耗,危及电力系统的稳定运行;同时,传统风电机组系统支持能力有限,配置无功补偿装置,增加了系统成本,参与一次调频还有难度;而且,风电变流器复杂的结构是机组故障率较高的部件,从而降低了风电机组的可靠性.为解决上述问题,提出了以较低成本、高可靠性、较强的电网适应性为目标的各种新型风电机组技术,以满足风电大规模接入电网的友好性.     

基于负载电流前馈补偿的网侧变流器控制

保证母线电压恒定是风电系统稳定传输能量的关键,当电网受到扰动时,快速控制变流器响应,保持功率平衡,以使并网系统保持稳态运行.根据功率平衡原理,结合前馈和反馈的优点,利用小信号分析法,提出一种负载电流的前馈控制策略.引入负载电流前馈项,抵消来自系统故障下的扰动,缓和了风电系统能量失衡,保证了直流电压稳定.系统仿真波形显示,该策略不仅缓和了直流侧电压暂态波动,还能发出无功功率帮助系统恢复稳态运行.     

汽车变速箱测控系统设计及ARM7实现

针对目前汽车变速箱试验台控制效率低、能量损耗大的缺点,采用交流发电、直流能量回馈的方式设计变速箱测控系统,选用JZ型磁电式、相位差型转矩转速传感器,利用双桥并联的变流器电路设计能量回馈单元,以ARM7为核心,利用Visual C++编制用户界面,实验结果表明,该系统能够自动检测转速转矩并根据给定控制、实时显示,试验台运行平稳可靠,达到设计要求。     

基于MMC变流器柔性直流输电系统 调制方法与损耗研究

对MMC变流器的拓扑和工作原理进行了分析,并通过求解一个工频周期内开关器件电流的有效值和平均值,得出载波移相调制下MMC变流器损耗的计算公式;通过对换流阀损耗进行分段解析计算,得出最近电平逼近调制下MMC变流器的损耗计算公式.根据损耗与子模块个数的关系,得出2种调制方式下,损耗相等时对应的临界的子模块数.然后分析了各系统参数大小的改变对这个临界子模块数的影响,为工程上选择较优的调制方式提供参考依据.最后通过仿真验证了所得结论.     

DFIG网侧变流器控制策略的改进研究

当电网电压发生跌落时,风电变流器中直流母线电压会发生波动,影响风电系统的稳定运行.为了使直流母线电压快速恢复至指定值,基于电网电压定位方法,引入锁相环并改善前馈解耦,对DFIG网侧变流器的模型进行推导和分析.当电网电压对称跌落时,网侧变流器的电流参考值得到适当补偿,以降低直流母线电压波动.为了验证该控制策略的有效性,在Matlab/Simulink软件环境下搭建风电系统模型并进行仿真.仿真结果表明,所提出的改进控制策略能够有效降低直流母线电压波动.     

基于XML的风电变流器监控软件配置信息存储方法

为了提高风电变流器监控软件的通用性,使得当变流器型号发生变化时,无需修改软件源代码,提出了基于XML的软件配置信息存储方法.XML具有自描述、数据处理便捷、易于理解等特点.针对变流器监控软件对配置文件的需求,设计了XML配置文件的逻辑层次结构,并重点讨论了场景图在XML文件中的存储和显示方法.为了保证配置文件的质量,使用Microsoft.NET的MFC开发平台设计了XML编辑器,为配置文件的设计和修改提供友好的用户界面.软件运行结果表明:采用XML文件作为风电变流器监控软件的配置文件是可行的,该方法能够有效地实现图文一体化存储,对其他领域有类似配置信息存储需求的系统也有一定的借鉴意义.     

风力发电变流器发展现状与展望

风电机组宽泛的使用环境,使作为机组关键设备之一的大容量变流器必须满足高功率密度、高可靠性与优良控制性能等要求。国产风电变流器的研发近几年有了较快的发展,但总体上依然落后于国外先进水平。文章对风电变流器,重点是直驱式全功率变流器的若干关键技术做了介绍,给出了相关问题的解决思路。     

基于度电成本的IGBT模块的冗余设计

在海上风电变流器中,IGBT模块等功率器件是容易失效的部件之一。海上风电场的恶劣环境对风电变流器的可靠性提出了更高的要求。为了提高风电变流器整体的可靠性,提出了风电变流器IGBT模块的三种冗余设计方案和相应的控制策略,并对三种冗余设计方案的可靠性进行比较,得出了三种冗余设计方案均可提高风电变流器的运行可靠性的结论;最后使用度电成本的概念,分别计算了应用三种冗余设计方案的海上风电场20年全寿命周期内的度电成本,得出了第一种冗余设计方案,即冗余一支桥臂,可以使整个海上风电场的度电成本最低的结论。这为以后风电变流器IGBT模块的冗余设计提供了参考。     

基于度电成本的绝缘栅双极型晶体管模块的冗余设计

在海上风电变流器中,IGBT模块等功率器件是容易失效的部件之一。海上风电场的恶劣环境对风电变流器的可靠性提出了更高的要求。为了提高风电变流器整体的可靠性,提出了风电变流器IGBT模块的3种冗余设计方案和相应的控制策略;并对3种冗余设计方案的可靠性进行比较,得出了3种冗余设计方案均可提高风电变流器的运行可靠性的结论;最后使用度电成本的概念,分别计算了应用3种冗余设计方案的海上风电场20 a全寿命周期内的度电成本,得出了第一种冗余设计方案;即冗余一支桥臂,可以使整个海上风电场的度电成本最低的结论。这为以后风电变流器IGBT模块的冗余设计提供了参考。     

风电变流器IGBT模块通断延迟时间结温探测模型研究

针对风电变流器中绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)开关,研究基于通断延迟时间风电变流器IGBT模块结温探测方法.首先,从半导体物理机理视角分析了通断延迟时间的温敏机理和温敏特性,明确了本征载流子浓度、电流增益和载流子迁移率等影响通断延迟时间的物理因素.然后,设计IGBT模块的动态测试试验,测试不同母线电压或不同集电极电流条件下,通断延迟时间与结温的关系,并对试验结果进行分析.动态测试试验采用双脉冲法二极管钳位电路,提高通断过程栅极电压和集电极电流的动态特性测试精度,采用恒温控制底板加热设备,控制IGBT芯片温度.再后,对IGBT模块开关过程中不同结温下集电极电流和栅极电压波形进行分析,考虑电压电流影响的条件下,建立了基于开通及关断延迟时间的结温探测模型,并对比研究了模型精度.结果表明,基于关断延迟时间的结温探测精度较高、稳定性更强,且母线电压越高或者集电极电流越低,则关断延迟时间越大.最后,建立了基于关断延迟时间的IGBT结温探测模型,该模型考虑电压和电流影响,拟合精度高,平均相对误差小,可用于热平衡态风电变流器的IGBT模块的工作结温探测.     

直驱型风力发电系统变流器的控制与仿真分析

将具有良好耐压性能的背靠背二极管箝位式三电平拓扑结构引入直驱型风力发电系统,研究了一种新的高压大容量变流器.在分析该变流器中所采用的拓扑结构的数学模型及整流与逆变侧控制策略的基础上,运用MATLAB/ Simulink模拟了该变流器在风速变化引起风机最大功率点偏移时的工作情况.仿真结果表明,采用该拓扑结构变流器具有良好的动态及稳态性能,能够较好地满足当前直驱型风电系统中变流器电压等级与容量不断增大的需求.     

晶体管焊接逆变器及其能量损耗(英文)

本文主要通过晶体管焊接逆变器的模拟研究和大量的试验、测量,论述其基本工作原理.着重分析它的能量损耗的级成和规律,在电弧炸接复杂的过程中大功率晶体管的热损耗以及影响因素,并提出减少能量损耗和防止晶体管烧坏的途径,从而为正确设计和研制这种新型的弧焊电源以及提高其效率提供参考.     

大型风电机组惯量控制研究现状与展望

随着风能利用规模的发展,风电渗透率不断提高,局部地区已达到50%以上.由于风电变流器的隔离作用,风电机组的转子运动和系统频率解耦,使得风电机组对于电力系统的惯量几乎没有贡献,降低了系统等效惯量,严重影响系统的频率稳定性.大型风电机组的惯量控制技术旨在利用机组转子动能赋予风电机组主动惯量响应和抑制电网频率跌落的能力,本文综述目前大型风电机组实现惯量控制的主要技术路线,从稳定性分析、控制系统优化、性能分析与评估等方面,介绍惯量控制在双馈风电机组以及全功率风电机组的研究与工程现状,并展望亟待解决的问题与技术需求.     

风火打捆输电系统小扰动的稳定性

针对风火打捆输电系统小扰动稳定性问题,建立了包括双馈风电机组风力机模型、浆距角控制模型、变流器模型、控制系统模型和感应发电机模型的风火打捆输电系统小扰动模型.详细介绍了风火打捆外送系统小扰动稳定性分析方法;在构造的风火打捆外送仿真系统中对风火打捆输电系统与大电网的联络线紧密程度、风电负载率、风火电配置比例对系统小扰动稳定性的影响进行了仿真分析.仿真结果表明:风电场与系统的联络越弱,系统小扰动稳定性越差,同时风电负载率和风火电配置比例也直接影响系统的小扰动稳定性.     

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．     

直接冷却超导磁储能磁体加载实验与热分析

阐述了35 kJ高温超导磁储能系统及其实验装置,通过对直接传导冷却超导磁储能磁体进行电流加载实验,对磁体进行了动态热分析.研究表明:在变流器对超导磁储能磁体充放磁储能过程中,磁滞损耗是功率损耗的主要部分,对磁体温升影响最大;减小变流器直流侧频率有利于抑制磁体温升.基于热稳定性分析了导冷结构的优化因素,指出直接冷却导冷结构应强化关键部位(磁体上部)的传热,以减小磁体轴向温差.