基于PWM整流器大功率光伏阵列模拟电源的研究

鉴于传统双级式光伏阵列模拟电源结构复杂,功率小等问题,提出了基于PWM整流器的大功率光伏特性模拟电源。新型光伏阵列模拟电源以PWM整流器SVPWM双环控制为基础,对id,iq解耦控制,以电流环取代电压外环,以电流前馈补偿实现无静差控制。同时,给出光伏阵列模拟电源特性简单的测试电路,通过Matlab/Simulink仿真研究得到了P-V以及I-V特性曲线,实现了光伏特性曲线的模拟,满足工程应用的需要,进而证明了原理的可行性。

光伏模拟电源中分段多项式拟合算法研究

在光伏模拟电源的研究中,如何确定光伏特性曲线是问题的关键,鉴于当前光伏电池指数模型计算量大,多项式模型可移植性差等缺点,提出了统一的分段多项式拟合算法。该算法根据设置的分段点,判断输入电压所处的分段,然后读取该段内插值点,最后调用拉格朗日插值公式建立函数。与其他模型相比,该模型可以通过设置分段数及插入点数控制拟合精度,能根据人为需要改变曲线走势。同时以四分段方式分析了分段取点对拟合精度的影响规律,总结了研究结果。

基于PWM整流器无功调节技术的新型光伏模拟器

介绍了一种采用三相电压型PWM整流技术的光伏电池阵列模拟器。通常PWM整流器工作于单位功率因数,因而电网电压限制了直流电压的输出范围。文章通过电网提供无功电流,实现模拟器低压区间的输出,详细分析了无功电流的取值范围,提出了最佳的无功电流选取方法。实验采用一台输出端连接三相电阻的变流器,dSPACE软件控制该变流器实现逆变,以模拟直流可调负载,通过改变负载的功率使模拟器工作在I-V曲线的不同位置,并用ControlDesk监测到了模拟器在不同光照强度下的I-V和P-V特性曲线。实验证明了该模拟器能够输出不同光照强度下的I-V曲线,且具有较宽电压输出范围。

电压源型构网风电机组研究现状及展望

电压源型构网控制赋予风电机组建立和支撑电压的能力,有望助力碳中和目标和新型电力系统目标的实现。该文综述电压源型构网风电机组的研究现状:首先,介绍当前应用于风电机组的几种典型电压源型构网控制策略;进而,分别针对当前主流的风电机组类型,从变流器系统的协调控制角度,阐述电压源型构网控制的实现方案;在此基础上,从频率稳定、小干扰并网稳定和暂态稳定3个方面,对电压源型构网风电机组的稳定性相关研究进行讨论;最后,总结电压源型构网风电机组的应用现状,并对其研究前景与挑战进行展望。

含阻尼环节的电流源型风电虚拟同步发电机控制与分析

针对高比例风电电力系统频率/电压稳定性问题,介绍了虚拟同步控制的理论基础,对比分析了双馈风电机组与传统同步机数学模型。基于模型相似性推导了风电机组虚拟同步发电机的内电势、功角及功率传输方程,并揭示了其变化规律。研究了一种含阻尼环节的电流源型风电机组虚拟同步控制策略,并进行了虚拟同步控制外环和电流控制内环设计。在Matlab/Simulink中建立了双馈风电机组虚拟同步发电机仿真模型,实现了虚拟同步发电机惯量、阻尼、一次调频和无功调压特性的全过程模拟。仿真结果证实了理论分析的正确性与控制策略的有效性。

直驱永磁同步风电机组高电压穿越技术研究与试验

针对大容量直驱永磁同步风电机组的高电压穿越问题,研究了电网电压升高对全功率变流器母线电压的影响;在风电机组不同的无功输出情况下,分析了机组升压变压器阻抗对并网点电压影响规律。在此基础上,确定了电网高电压故障下无功电流注入的原则,提出了基于变流器动态无功控制的高电压穿越控制策略,并从＂高电压判断-高穿执行-高穿结束＂3个方面分析了主控系统协调配合机制。在MATLAB中建立了2.5 MW直驱永磁风电机组的仿真模型,实现了风电机组高电压穿越全过程动态仿真;利用电网高电压发生装置,在MW级直驱永磁同步风电机组上进行了高电压穿越现场试验研究,试验结果表明理论与仿真分析的准确性及控制策略的有效性。

UHVDC闭锁引发风电场暂态过电压分析及HVRT协调控制

针对特高压直流(UHVDC)闭锁引发送端风电场高电压穿越(HVRT)问题,建立了UHVDC输电送端风电系统数学模型,研究了UHVDC闭锁对送端风电场过电压的影响,分析了过电压对永磁直驱风电机组的影响及机组功率可控域。提出了基于机组可控域划分的风电机组和静止同步补偿器相协调的风电场HVRT控制策略,在机组可控域内,风电机组利用其动态无功补偿实现HVRT,当超出机组可控域时,风电场集中无功补偿装置与风电机组协调控制实现HVRT。最后,在PSCAD/EMTDC中建立系统仿真模型,验证了理论分析与控制策略的准确性与有效性,直流闭锁引发风电机组高电压脱网的风险得到降低。

考虑风电机组功率跌落和机械载荷优化的虚拟惯量控制方法

针对风电机组惯量响应结束后可能出现的功率跌落和较大的机械载荷冲击问题,分析了双馈风电机组虚拟惯量控制原理,提出了基于指数函数渐进趋近的风电机组转速恢复方法。通过动态调整调节系数,改变参考功率与目标恢复功率渐近速率,降低机械载荷冲击。分析了调节系数与转速、目标恢复功率的关系,从功率跌落优化角度研究了两种目标恢复功率的控制方法,同时给出了惯量响应期间主控与变流器协调配合方法。相比常规控制方式,所提方法能有效降低转速恢复期间机械载荷并减小功率跌落深度。在Matlab与Bladed中建立了包含气动、电气与机械特性的风电机组联合仿真模型,仿真验证了所提控制策略的正确性和有效性。

双馈风电机组电压源电流源双模式运行平滑切换控制策略

目前双馈风电机组的主流控制方式为电流源型矢量控制方式,但其缺乏自主的频率与电压支撑能力,而电压源型虚拟同步机控制方式能解决上述缺点。为满足不同场景下电网工作要求,有必要研究双馈风电机组的控制模式切换问题。提出一种双馈风电机组电压源电流源双模式运行平滑切换控制策略,通过分析以上两种控制方式,使控制模式切换问题转变为保证电流内环输入与相位平滑切换问题。在此基础上,通过控制器状态跟随与数值缓启器的共同作用保证控制模式切换时相位与电流指令平滑切换,抑制双馈风电机组运行模式切换过程中的电流冲击与功率波动。最后,通过理论分析和仿真结果验证了所提控制策略的有效性。

电压源型双馈风电机组次同步振荡抑制方法

双馈风电机组在串补电网下易产生次同步振荡,采用虚拟同步控制结构为电网改善惯量和阻尼的同时也可能导致次同步振荡的风险。针对次同步振荡问题产生的原因,首先在同步旋转坐标系下建立了采用电压源型虚拟同步机控制的双馈风电机组阻抗模型,通过广义奈奎斯特判据分析串补度和控制器参数对系统稳定性的影响,并通过时域仿真结果进行对比验证,其次提出了一种电压与阻尼协同补偿的控制策略,根据广义奈奎斯特判据分析附加控制策略前后的稳定性,并通过时域仿真对该补偿控制方法进行对比验证。结果表明电压与阻尼协同补偿的控制策略可以有效地抑制次同步振荡,提高系统并网的稳定性。

基于超螺旋滑模观测器的永磁同步电机无速度传感器控制方法

由于永磁同步电机在低速运行时,电机反电动势较小,因此采样通道的非线性导致的采样电压和电流中包含的直流偏置对电机反电动势观测的影响更为严重。针对这个问题,提出了一种基于超螺旋滑模观测器的永磁同步电机无速度传感器控制方法。首先,基于等效反馈的概念,设计了一种新的超螺旋滑模观测器,以提高低速时的无速度传感器控制精度;其次,详细分析了直流偏置对无速度传感器控制的影响,并且设计了一种基于二阶广义积分器的直流偏置抑制方法,从而进一步提高了无速度传感器控制精度;最后,通过6.6 kW永磁同步电机无速度传感器控制系统验证了所提控制策略的有效性。

并网逆变器无电网电压传感器模型预测控制

近年来,模型预测控制被广泛应用于并网逆变器的控制中。为进一步降低并网电流的谐波,提高系统的可靠性,该文提出一种并网逆变器无电网电压传感器双矢量模型预测控制方法。首先,提出一种基于改进型滑模观测器的电网电压在线观测方法,以实现无电网电压传感器控制。所提方法不需要电网的精确频率即可实现电网电压的频率自适应观测。同时,由于观测器中低通滤波器的使用,电网电压背景谐波对电流控制的影响得到一定程度的抑制。其次,为了进一步降低电流谐波,文中基于调制模型预测控制的原理提出一种双矢量模型预测控制方法,并从理论上证明了所提双矢量模型预测控制方法的有效性。详细的对比实验结果验证了所提方法的正确性。

电压源逆变器虚拟矢量模型预测共模电压抑制方法

针对两电平电压源逆变器常规单矢量模型预测共模电压抑制方法存在电流谐波较大的问题,提出一种基于虚拟矢量的逆变器模型预测共模电压抑制方法,以在实现共模电压抑制的同时,减小电流谐波。首先,给出了虚拟矢量法的实现原理,并分析了死区和控制延时对所述虚拟矢量法的影响。其次,为了消除因死区和控制延时而产生的共模电压尖峰,进一步对所述虚拟矢量模型预测共模电压抑制法进行了改进。同时,还详细分析了虚拟矢量作用下三相电流在单个控制周期内的变化规律,从而为电流扇区的准确划分提供了理论基础。仿真和实验结果表明,所提方法不仅能实现共模电压抑制,而且可以明显降低电流谐波。

基于滑模观测器的并网逆变器无交流电压传感器模型预测控制

为了提高并网逆变器的运行可靠性,降低交流电压传感器故障的影响,研究并提出了一种基于滑模观测器和双低通滤波器的电网电压频率自适应观测方法,并设计了一种基于电网电压观测值的并网逆变器模型预测电流控制策略。所提电网电压观测方法克服了频率偏差对电网电压观测的影响,提高了电网电压观测精度。同时,由于低通滤波器的使用,电网电压背景谐波对电流控制的影响也得到一定程度的抑制。通过详细的对比实验结果验证了所提方法的有效性。

基于惯性和变桨协调的风电机组一次调频控制

频率是衡量电能质量的重要指标之一,大规模风电并网对电网的频率稳定提出了更大的挑战。为了深入挖掘风电机组的调频潜力,提出了基于惯性和变桨协调的一次调频控制策略。一方面,在常规控制环节中增加虚拟惯性控制和下垂控制;另一方面,通过变桨距控制使风电机组实现减载运行,从而保留部分有功功率作为备用。仿真结果表明,当频率发生变化后,机组能够快速有效地做出响应,从而为系统频率恢复提供支撑。

PMSM无权重系数转矩预测控制方法

提出一种改进的永磁同步电机(PMSM)无权重系数转矩预测控制方法。首先,在静止坐标系上设计PMSM的转矩预测控制方法,避免了大量的坐标变换运算,极大简化了预测过程。其次,为消除权重系数,提出一种将转矩控制误差和磁链控制误差转化为标幺值的方法,并基于转化后的标幺值提出一种新的目标函数设计方法。因转化后的转矩和磁链控制误差标幺值为同一个数量级,因此无需再设计权重系数。最后,通过实验对比研究PMSM的常规预测转矩控制方法和该文所提方法的动稳态性能。实验结果验证了该文所提方法的有效性。