海上风电直流汇集DC-DC变换器拓扑与控制策略分析

海上风能资源丰富,大规模远距离的海上风电是未来风力发电的趋势。作为风电直流汇集传输的核心设备,适用于高压大功率的DC/DC变换器研究尤为重要。已有的DC/DC变换器大多工作于中低压小功率环境,为此文章介绍了海上风电DC/DC变换器的技术需求,详述了适用于海上风电直流汇集的模块组合式DC/DC变换器拓扑结构、子拓扑结构、控制策略,总结分析了模块组合式DC/DC变换器需进一步研究的内容,为其应用于海上风电直流汇集提供了参考。

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。

直驱风电系统变流器建模和跌落特性仿真

为增强直驱型变速恒频风电系统的低电压穿越能力,采取了变流器直流侧增加卸荷负载以在故障时消耗掉直流侧多余的能量,使风电机组的正常运行基本不受电压跌落影响的应对措施。通过对发电机侧变流器、电网侧变流器和直流侧卸荷负载工作原理的详细分析,变流器采用背靠背双PWM结构,实现了变流器的整体建模。基于Matlab7.3/simulink6.5构建了变流器的仿真模型,对电网电压跌落时系统的跌落特性进行了变流器模型及其分析正确性的仿真验证,结果表明,采用直流侧卸荷负载可有效提高直驱系统的故障穿越能力,具有较快的动态响应速度。

永磁直驱风电系统低电压运行特性的分析

通过构建永磁直驱风电系统的仿真模型,实现网侧变换器输出有功和无功功率的解耦控制,增加卸荷负载以提高其应对电压跌落等故障的穿越能力,对风电系统运行在单位功率因数、超前和滞后功率因数情况下的跌落特性进行了仿真分析,讨论了电压跌落期间风电系统对电网的无功支持。仿真结果表明,直驱式永磁同步电机风电系统具有较强的低电压穿越能力,可以安全运行在不同功率因数下,同时能在电网电压故障期间对系统提供一定的无功支持。

无速度传感器控制永磁直驱风电变流器的研制

常规数字式编码器在风力发电中的应用存在容易受干扰等问题。在分析直驱型变速恒频风电系统背靠背变流器工作原理的基础上,采用锁相环无速度传感器控制策略对永磁同步发电机的速度和相位进行观测,对其工作原理和实现方法进行了分析。建立了永磁直驱风电系统仿真模型和实验样机,并对所提控制策略进行了仿真和实验验证。仿真与实验结果表明,锁相环无速度传感器控制能够准确获取电机转速与角度信息,响应速度快、电流控制效果好,具有较好的稳态与动态性能,经过进一步优化,特别是提高低速段性能后,可以在直驱风电系统中替代常规编码器实现对永磁同步发电机的控制。

直驱式VSCF风电系统直流侧Crowbar电路的仿真分析

为提高直驱式变速恒频风电系统的故障穿越能力,采用直流侧过压保护(crowbar)电路,使电网电压跌落时风力机能够保持正常运行,故障消除后系统快速恢复至额定输出。基于对几种常用直流侧crowbar方案的分析比较,选择卸荷负载作为crowbar电路,对网侧变换器和卸荷负载的控制原理及其配合进行了详细说明,对采用和不采用crowbar电路时变换器的跌落特性进行了仿真分析和对比。仿真结果显示采用卸荷负载控制简单,容易实现与网侧变换器的配合,可有效增强直驱式风电系统的低电压穿越能力。

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。

风力发电用电压跌落发生器研究综述

为测试风力发电系统的低电压穿越能力,需要专门的电压跌落模拟装置。鉴于此,对国内外现有风力发电用电压跌落发生器(VSG)的研究进行了详细的总结,论述了3种形式的VSG实现方法,阻抗形式VSG通过在主电路中并联或串联阻抗模拟电压跌落,变压器形式VSG以变压器组合或中心抽头变压器切换方式模拟电压跌落,电力电子变换形式VSG使用半导体功率器件模拟各种电压跌落类型,功能强大;并对各种方法的工作原理和实现方法进行了分析,对各自的优缺点进行了对比。变压器形式VSG具有结构简单、可靠性高和成本较低的优势,目前使用较多,电力电子变换形式的VSG因其体积小、便于携带和强大的功能,将会得到越来越多的应用。

一种并网逆变器无交流电压传感器控制策略研究

针对配电电压波动较大等问题,研究了一种基于正交滤波器的并网逆变器无交流电压传感器控制策略。首先利用二阶广义积分器对特定频率交流信号的无差跟随特性构成正交滤波器,然后使用该正交滤波器构建三相并网逆变器的电压观测器,在两相静止坐标系下直接对电网电压进行观测,结合三相并网逆变器在两相静止坐标系下的PR控制,实现逆变器在无交流电压传感器条件下的运行控制。该策略能够避免传统虚拟磁链观测中的积分饱和、初值敏感、静态误差等问题。通过仿真与实验验证了所提出策略的有效性。

非理想电网条件下双馈式风电机组的运行控制策略

随着风电在电网中比例的增大,双馈式风电机组必须更好地适应电网中可能出现的非理想状况,例如谐波、电压跌落等。针对电网电压谐波问题,在转子侧变流器中采用PI+谐振控制器,抑制定子输出电流的低次谐波含量。针对低电压穿越问题,分析了电压跌落时的暂态过程及转子Crowbar电阻的影响,对转子Crowbar电阻的参数进行校核修正,并对Crowbar电路的投切控制进行优化。在接入某电力系统动模实验室的双馈式风电模拟系统上进行了实验,验证了所提控制策略的有效性。

电网电压不平衡时逆变器无交流电压传感器控制策略

针对非理想电网电压条件,研究一种适应电网电压不平衡情况的并网逆变器无交流电压传感器控制策略。首先基于二阶广义积分器构建正交滤波器及适合电网电压不平衡条件的三相并网逆变器电压观测器,在两相静止坐标系下对电网电压进行观测;然后基于正交滤波器输出量进行正、负序分离,使正、负序分离与电网电压观测同步进行;最后结合逆变器在两相静止坐标系下的PR控制,并采用负序补偿算法,实现逆变器在电网电压不平衡条件下的无交流电压传感器控制。该策略能够避免传统虚拟磁链观测中的积分饱和、初值敏感、静态误差等问题,并克服现有基于正交滤波器的逆变器无交流电压传感器控制无法适应电网电压不平衡情况的问题。通过仿真与实验验证了所提出策略的有效性。

永磁直驱风电系统PMSG的内模控制策略研究

介绍了PMSG控制策略和内模控制的工作原理。采用内模控制策略设计电机侧PWM变流控制器的速度调节器与电流调节器,使控制器参数直接与电机参数相关联,实现对PMSG的控制。仿真结果显示,采用内模控制具有良好的稳态与动态性能,对输入机械转矩、转速给定等外部条件变化的响应速度快,对电机参数误差具有较强的适应性;内模控制应用于永磁直驱风电系统PMSG的控制,容易获取优化的控制器参数,可以有效提高控制性能。

基于改进烟花算法的含风电场电力系统无功优化

针对含风电场电力系统多目标无功优化的应用需求及优化算法存在局部易收敛和全局性搜索能力差的问题,提出一种应用于多目标无功优化的矢量烟花算法。首先,改变烟花算法爆炸方式,并将烟花爆炸的维度进行关联,避免迭代过程中陷入局部最优解,增强算法全局搜索能力;其次,引入新型拥挤度选择策略以加快算法的收敛速度;最后,建立有功网损和电压偏差最小的含风电场电力系统多目标无功优化模型,并以风电场接入IEEE 14节点电力网络为算例进行模型求解。结果表明:所提算法避免了局部易收敛问题,增强了算法全局搜索能力,能在不同优化要求下得到有效的无功优化方案。

基于永磁同步发电机的直驱风电双脉宽调制变流器的研制

阐述了永磁直驱风电系统背靠背双脉宽调制(PWM)全功率变流器的电路结构和控制原理,利用Matlab软件建立了该系统的仿真模型,对其稳态和动态性能进行了分析.并构建了永磁直驱风电试验平台和双PWM变流器系统.结果表明:采用双PWM变流器作为永磁直驱风电系统的变流器,可以实现对永磁同步发电机(PMSG)的优良控制,并向电网输送优质的电能.

一种高精度增量式编码器在直驱风力发电系统中的应用

在使用永磁同步发电机的直驱型风力发电系统中,转子位置和速度的精确检测对实现高性能电机控制非常重要。在转速较低时,常规增量式编码器难以满足测量精度的要求。鉴于此,采用一种高精度的增量式编码器(RF53),其每转输出8192个脉冲,且与数字信号处理器(DSP)的接口电路简单,同时具有较强的抗干扰能力。试验结果表明:采用RF53作为永磁直驱试验系统的编码器,可以获得良好的永磁电机控制性能,能够较好地满足试验中,在转速相对较低时(约200r/min的中速运行范围)对码盘测量精度的要求。

单周期控制在变速恒频风力发电中的应用

在几种典型的变速恒频风电系统中,抽取3种基本电路单元:Boost变换器、三相PWM整流器和三相PWM并网逆变器,分别介绍了单周期控制在3种电路单元中的应用,并对单周期控制的改进方法和硬件实现进行了讨论,为单周期控制在变速恒频风力发电系统中的进一步研究和应用提供参考。

便携式发电机用整流器的控制策略及实现

将改良的数字PID算法与发电机油门模糊控制相结合,研制了一种适合于便携式发电机用的低成本、高性能整流电源。改良了传统数字PID算法,并针对发电机油门控制,引入模糊控制思想,从而使系统获得良好的稳态和动态性能。实验结果表明,整流器与中频发电机联机运行可靠、稳定;节油和全速两种运行模式下,输出的电压?频率和功率指标都满足要求,输出正弦电压波形畸变率较小;目前此产品已经实现了批量生产。

适用于风力发电的一种低成本VSG实现方法

新的电网导则要求风力发电系统具有一定的低压度过能力(LVRT),采用一种低成本的电压跌落发生器(VSG)方案,可以方便地模拟电网电压跌落。以单片机作为控制器,以晶闸管作为交流开关,以MOC3062作为晶闸管驱动器,构成变压器形式的单相VSG,省去了同步电路,因而结构和控制简单,可扩展性强,成本低,可靠性高,能够实现大功率等级。仿真和实验结果表明电压衔接良好,波形畸变小,可以满足风电测试的需求。

直驱风电系统PMSG有无速度传感器控制的比较

为了研究直驱型变速恒频风电系统永磁同步发电机(PMSG)的控制特性,在分析背靠背变流器工作原理的基础上,详细讨论了有无速度传感器控制的工作原理,有传感器控制采用高精度增量式编码器,无传感器控制采用基于锁相环的控制策略对PMSG的转速和相位进行观测。通过仿真和实验验证了高精度增量式编码器及无速度传感器控制在直驱型风电系统中应用的有效性。表明在直驱风电系统(WECS)中无速度传感器控制可以获得良好的控制效果,通过进一步优化能够替代高精度编码器参与控制。

基于电容箝位五电平H桥的逆变器应用

为研究基于电容箝位五电平H桥逆变器的应用,以电容箝位5电平H桥构成三相逆变器,结合电容箝位3电平和常规H桥电路的优点,并采用消谐波PWM和载波相移PWM相结合的调制策略,对所采用的逆变器拓扑及其控制策略的有效性进行了仿真和实验验证。结果表明:所采用的逆变器拓扑可以方便地得到5电平输出,提高了输出电压和功率等级;所采用的控制策略能够有效提高等效载波频率,降低滤波器的体积和容量;两种调制方法的结合可发挥各自的优势,使控制灵活、实现简单。