计及工作点偏移的减载风电系统频率响应模型

随着风电并网容量不断升高,利用减载风电机组参与一次调频对保障系统频率稳定性具有重要意义。然而,风机的工作点会随其转速变化而发生偏移,使得风机的实际一次调频贡献小于期望值。为此,文中首先分析了频率故障后风电机组减载功率跟踪控制与综合惯量控制的交互影响,指出了风机工作点偏移导致其调频效果削弱的基本原理。其次,基于风机的转子运动方程推导了风电功频传递函数,建立了计及减载风电机组工作点偏移的系统频率响应模型,并利用最小二乘法对其进行降阶,推导了系统频率最低点的解析式。然后,针对虚拟惯量控制的频率恢复期间引起功率倒流、微分环节放大噪声等缺点,提出利用下垂控制替代综合惯量控制。同时,为使减载风电机组获得期望的调频效果,基于频率最低点和稳态频率指标对风机控制参数进行了修正,提出了两种等效下垂系数的计算方法。最后,在MATLAB/Simulink平台建立了四机两区域模型,验证了所提降阶方法及修正方法的有效性。

高光伏渗透率配电网电压控制策略研究综述

当前分布式光伏呈现规模化并网趋势,光伏出力的波动性造成高光伏渗透率配电网出现潮流反送,引发配电网电压频繁越限,给电网的安全可靠运行带来挑战。鉴于此,分析了不同光伏渗透率条件下配电网电压影响规律和控制原理。在此基础上,综述了当前高光伏渗透率配电网电压控制方案,并对不同控制方案的适应场景和优缺点进行了评述。同时,对分布式发电集群划分方法、集群优化控制、分布式控制算法等关键技术进行了重点梳理和阐述。最后对主动配电网电压控制技术的未来发展方向进行了展望。

海上风电柔直送出系统改进频率协同控制策略

针对远海风场经柔直系统接入岸上电网后无法提供频率主动支撑的问题,该文提出一种远海风场与柔直系统改进频率协同控制方案。协同控制方案分为柔直系统层面和远海风场层面。针对柔直系统,将岸上电网的频率变化通过下垂控制转化为直流电压的变化,分析下垂控制系数与柔直系统虚拟惯量系数之间的关系,提出一种计及电网频率偏差的柔直系统自适应控制方法。针对远海风场,在频率故障前以最大化风电场转子动能为目标提出一种改进的功率备用方法,能有效减小风电场的风能损失并将该部分能量用于后续频率调节中,在频率故障后考虑风速差异根据转子转速实时调整风电机组频率控制系数,能在保证机组运行安全性的前提下提升风电场整体调频能力。仿真结果表明,所提控制方法在不同风速以及风电渗透率下均具有良好的调频性能。

“新工科”背景下电气工程专业课程实验教学改革研究

新工科建设背景下,为满足电气工程专业课程实验教学体系改革优化的需求,该文首先对电气工程专业实验教学现状进行分析,总结当前实验教学中存在的问题和不足,并分析实验教学的发展趋势;然后针对实验教学内容、实验平台、教学模式、实验室管理、评价体系探究改革方向和措施;最后以电力电子探究性实验教学为例,介绍各改革方向在浙江大学电气学院专业实验教学中的应用案例,从而为电气工程类专业课程探究性实验教学改革提供理论和实践参考。

含多电解槽的新能源制氢能量管理优化

新能源制氢系统是提升风能、太阳能等新能源消纳的有效途径。目前国内外关于电解槽能量管理的研究以单电解槽为主。单电解槽能量管理未考虑电解槽非线性的工作特性,难以兼顾多个电解槽制氢效率,影响系统经济性。文中针对含有多电解槽的新能源制氢系统的能量管理问题进行了研究,以新能源消纳率、经济收益、制氢率为目标,考虑单个电解槽运行特性以及生产约束条件,建立包含风电、光伏、蓄电池、多电解槽的能量管理优化模型,并采用强度Pareto进化算法2(strength Pareto evolutionary algorithm 2,SPEA2)求解多目标优化问题。仿真研究表明,文中所提能量管理策略能够实现新能源发电的100%消纳,单位制氢收益可提升5.15%。因此,对多电解槽制氢系统进行有效的能量管理有助于提高制氢效率,可有效克服单电解槽运行及能量管理的不足。

储能/发电机级联式供电系统功率传输控制策略

随着可再生能源渗透率的不断提升,区域电网惯性逐步降低,暂态支撑能力严重不足,给电网带来了一系列安全问题。文中提出一种储能与开绕组永磁同步发电机(open-winding permanent magnet synchronous generator,OW-PMSG)级联供电的新型分布式并网发电拓扑,在保证可再生能源消纳的前提下,重新利用原有柴油机,为电网提供功率后备以及惯量支撑。通过对OW-PMSG进行建模以及系统功率流矢量分析,设计基于源网相位差闭环控制的功率传输策略,实现发电机的稳定同步运行。基于该策略,拓扑中的储能变流器可具备同步发电机特性,实现了电网惯性和暂态支撑能力的进一步提升。仿真结果验证了所提控制策略的有效性。

基于虚拟导纳的LCL型并联有源电力滤波器鲁棒电流控制

基于电网电流和逆变侧电流的双环电流控制策略因其固有的有源阻尼作用而成为LCL型并联有源电力滤波器的研究热点,但控制回路中不同有源阻尼共存将导致系统特性难以确定。对此,通过虚拟导纳模型准确评估了系统的阻尼特性,发现其有源阻尼区域会随电网阻抗波动而变化,最大接近1/3采样频率;考虑LCL初始谐振频率处于不同的频率范围情况,利用开环极点及鲁棒性分析得到适用于不同情况的统一稳定性约束条件,并对应提出了一套鲁棒控制参数设计方法,从而充分保证电网阻抗波动下并联有源电力滤波器的稳定运行。在一台380V、45A的实验样机上验证了所提理论及控制策略的有效性。

风电制氢系统阻抗建模及振荡特性分析

由于风电机组与主网呈现远距离逆向分布特点,高度电力电子化的风电就地制氢系统与电网互联时将存在振荡失稳的风险。对此,通过建立风电制氢系统的阻抗模型分析了其与电网互联时的振荡特性。首先,建立了考虑电解槽动静态电气特性的阻抗模型,并在此基础上采用双傅里叶变换,建立了包含电力电子变换器在内的电解水制氢设备阻抗模型;随后,结合风电机组的阻抗特性,分析了电网短路比以及制氢设备运行工况对风电制氢系统稳定性的影响。接着,对制氢设备控制参数进行了灵敏度分析,为提升系统稳定性的参数优化方案提供了指导;最后,构建了时域仿真模型,对所得结论进行验证。

计及调频能力和经济效益的储能集群多状态区间优化策略

可再生能源发电系统的快速增长使得电力系统的频率安全面临着挑战。针对分布式储能集群二次调频过程中所面临的问题,提出一种计及调频能力和经济效益的储能集群多状态区间优化策略。该策略依据荷电状态将所有储能单元划分为多个状态区间,再结合自动发电控制指令及各区间的极限功率确定优化区间。针对非优化区间内的单元,输出功率直接由出力优先级确定;针对优化区间内的单元,利用反映调频成本和整体荷电状态的目标函数及约束条件完成最优求解,从而确定输出功率。仿真结果表明,所提策略能大大减小控制中心的运算量,功率分配结果能有效提升储能集群的二次调频能力,同时提升储能集群的经济效益。

基于VSC的功率双向交直流互联系统直流侧阻抗特性分析及重塑

基于电压源型换流器(voltage source converter,VSC)的交直流互联系统因其接入灵活、电能转换高效得到越来越广泛的研究和应用。但高比例新能源接入、高比例电力电子化的特征会带来稳定性问题,系统的不同功率流向也会造成系统直流侧稳定性的差异。为研究与提升基于VSC的交直流互联系统的直流侧稳定性,该文综合考虑功率双向流动、锁相环(phase-locked loop,PLL)、电压和电流控制环以及电网阻抗等影响因素,建立VSC的直流侧导纳模型,通过解析分析VSC直流侧导纳特性,揭示系统失稳风险来源,并提出基于二阶微分环节的直流电压前馈控制方法重塑VSC直流侧阻抗,以提升交直流互联系统的稳定性。最后,在控制硬件在环(control-hardware-in-loop,CHIL)实验平台中构建基于VSC的交直流互联系统,通过实验验证对交直流互联系统直流侧阻抗特性分析的正确性及所提出阻抗重塑策略的有效性。

能源汇集系统中多模式接入储能的协调控制及优化设计方法

随着能源汇集系统中新能源设备接入比例不断增加,光伏、负荷的不确定性将带来电能质量问题,给电网稳定运行带来挑战,为解决此问题,通过储能接入实现系统电压和功率的补偿控制。首先,分析电网电压与功率之间的耦合影响机理;然后,利用串联型接入储能和并联型接入储能针对电网中的电压波动与功率波动进行协调补偿;最后,基于储能的协调控制对不同接入模式的储能传输容量进行优化设计,满足能源汇集系统补偿需求,保障系统稳定运行。通过仿真算例验证了所提协调控制及优化设计方法的有效性,能够降低储能设计总量,具有实际应用价值。

永磁型无轴承电机的无传感器运行研究

在分析高频信号激励下永磁同步电机数学模型的基础上,针对永磁型无轴承电机无传感器运行的需要,提出了一种基于电机空间凸极跟踪的转子位置估算自检测方法,讨论了利用高频信号注入、外差法空间凸极信号提取及转子位置跟踪观测器设计等位置检测原理和实现技术,并应用这种位置检测方法建立了永磁型无轴承电机无位置传感器的矢量控制系统。仿真研究表明,上述空间凸极跟踪方法能在内插式永磁型无轴承电机全速范围内准确地观测出转子的位置,能在高、低速和大负载扰动下实现无传感器方式的稳定悬浮运行。

计及阻尼和角速度的锁相环暂态同步稳定性分析与提升方法

电力电子装置在电网中渗透率的不断提高导致电网强度和惯量降低,电网故障下暂态同步稳定问题日益突出。针对弱电网故障下并网逆变器的暂态失步问题,建立了计及锁相环阻尼和故障瞬间初始角速度的并网逆变器暂态同步模型,分析了锁相环阻尼和初始角速度变化对暂态同步稳定性的影响规律。提出了基于频率偏差反馈矫正的锁相环附加阻尼控制方法,以提升并网逆变器的暂态同步稳定性。针对不存在稳定平衡点的严重电网故障带来的暂态失步问题,提出了锁相环输出角速度动态补偿方法,实现了故障恢复后系统的稳定运行。最后,搭建硬件在环实验平台,对理论分析和控制方法进行了验证。

暂态谐波电网下双馈风力发电机建模与控制技术

换相失败、励磁涌流、冲击性负荷等引起的暂态谐波进入电网易造成双馈感应发电机(DFIG)产生变流器过流脱网、机组稳定性破坏等严重后果。为提高暂态谐波电网下DFIG的运行性能,改善其馈入电网的电能质量,首先,建立了暂态谐波电网下DFIG的数学模型;其次,提出了一种基于重复控制调节器的控制策略,在暂态谐波冲击下分别实现了转子电流平衡且正弦和定子电流平衡且正弦的控制目标;然后,分析了所提控制策略的控制性能,包括谐波电压抗干扰性能及控制目标切换后的稳定性能;最后,基于硬件在环仿真平台,对所提控制策略的有效性进行了实验验证。

故障电网下双馈风电系统运行技术研究综述

近年来,双馈感应风力发电系统在故障电网特别是电压骤变、负序扰动、谐波畸变下的运行控制技术,已成为风力发电系统中的研究热点。该文从各国风电并网规范、风机高效并网运行角度出发,列举了双馈风电机组在不脱网运行技术、电网支撑能力和友好并网技术等领域的关注焦点,探讨了电网短时严重故障和长期轻微故障中双馈风电机组运行的关键问题与核心技术,比较了现有双馈风电系统的控制方案,并预测了其发展趋势,给出了潜在的研究方向。

不平衡及谐波电网电压下并网逆变器的直接功率控制策略

为提高并网逆变器对电网的适应能力,提出了不平衡及谐波电网电压下并网逆变器的直接功率控制策略。建立了同步旋转坐标系下的并网逆变器数学模型;以输出有功和无功功率平稳或输出电流三相平衡且波形正弦为控制目标,在传统直接功率控制基础上引入矢量比例积分(vector proportional integrator,VPI)谐振控制器以抑制功率或者电流的波动;分析了VPI谐振调节器的参数设计规律及不同控制目标下所提策略的控制性能。实验结果验证了所提策略的有效性。

不平衡电压下并网逆变器的预测电流控制技术

在推导不平衡电网电压下并网逆变器数学模型和瞬时有功、无功功率数学模型的基础上,提出了实现三相电流平衡、有功功率或无功功率无波动为控制目标的控制策略,讨论了不同控制目标下并网逆变器正序和负序电流指令计算原则。为实现正序和负序电流的准确控制,设计了在两相静止坐标系下的预测电流控制方案,以消除电流采样延时和正负序分解导致系统运行性能下降的影响。最后搭建了3 kVA并网逆变器的试验系统,试验结果验证了理论分析的正确性以及预测电流控制方案的有效性。

基于参数在线辨识的永磁风力发电机无位置传感器控制技术

提出一种基于无位置传感器及电机参数在线辨识的永磁同步风力发电机控制策略。通过建立永磁同步发电机的扩展反电势数学模型,推导出基于锁相环技术的转子位置自检测控制模型。为消除发电机参数时变性对转子位置观测精度的影响,建立了基于递归最小二乘法的电机参数辨识模型,对永磁风力发电机的d、q轴电感进行实时在线辨识,并将实时辨识得到的电机参数应用于发电机转子位置观测和转子磁场定向矢量控制中。建立了一套2kW的永磁风力发电机实验机组,对所提控制策略的有效性和可行性进行了实验验证。

交直流混合供电系统直流侧阻抗建模及稳定性分析

作为交直流混合供电系统的互联接口,电压源型变流器(voltage source converter,VSC)的直流端口阻抗特性会受到交流网络影响而带来新的稳定性问题。为实现对弱交流电网背景下交直流混合供电系统直流侧稳定性的准确分析,建立了考虑电网阻抗和系统延时影响的直流侧小信号阻抗模型,分析了控制参数和系统参数的影响,指出交流电网阻抗和系统延时环节对VSC直流端口阻抗特性的影响会降低系统直流侧稳定性。基于系统控制回路和交直流耦合关系的分析,明确了直流侧阻抗特性的关键影响因素,进一步提出一种有源阻尼重塑方法提高了系统直流侧稳定性。最后构建交直流混合供电系统仿真模型,验证了所提稳定性分析和有源阻尼重塑方法的正确性。

共直流母线开绕组永磁同步电机系统零序电流抑制策略

由于变流器调制产生的共模电压和永磁电机反电动势三次谐波的存在,开绕组永磁同步电机两端共直流母线情况下会在电机绕组产生零序电流,影响了电机运行效率和稳定性。由此提出了共直流母线开绕组永磁同步电机系统零序电流抑制策略,通过建立开绕组永磁同步电机数学模型,分析了零序回路的工作特性,并通过对零序电流的闭环调节控制变流器产生共模电压以抵消反电动势三次谐波分量,达到抑制零序电流的目的;同时深入分析和对比了所提零序电流抑制策略和传统共模电压抑制策略的调制能力和最大调制度;最后,通过构建开绕组永磁同步电机实验机组,对所提零序电流抑制策略的可行性和有效性进行了实验验证。