海上风电经柔直并网系统故障穿越协调控制策略

本文分析了分布式直流耗能装置的拓扑结构、参数设计和控制策略,并对其控制策略进行改进,通过对比传统耗能装置、分布式耗能装置和采用改进控制策略的分布式耗能装置三者的响应曲线,表明采用改进控制策略的分布式耗能装置具有耗能曲线平滑、故障穿越(FRT)性能优越的特点。在此基础上,针对传统故障穿越策略存在的直流耗能装置成本较高的问题,基于永磁直驱式风电机组设计降压法,在故障发生时主动降低风电场的输出功率,并结合采用改进控制策略的分布式耗能装置设计FRT协调控制策略,能够显著降低耗能装置容量,在确保系统故障穿越性能的前提下降低系统造价。基于如东海上风电柔性直流输电工程的实际参数,在PSCAD/EMTDC中建立系统模型,对提出的协调控制策略的有效性进行了验证。

基于半桥子模块的混合式直流耗能装置正弦调制补偿策略

混合式直流耗能装置是用于远海风电经柔性直流送出系统的关键故障穿越设备。为了解决系统盈余功率较大时耗能阀正弦调制电压出现负值,进而导致半桥子模块不再适用的问题,提出了一种耗能阀正弦调制电压的交直流分量补偿策略,在保证调制电压非负性的前提下,通过增大耗能支路电流反向时的子模块电容对外放电功率来弥补子模块电容电压反向放电过程的缺失,通过延长单位周期内耗能电阻消耗最大功率时长来保证其峰值功率受限时平均功率仍能与系统盈余功率相当。分别基于盈余功率模拟系统和海上风电经柔性直流送出系统开展了仿真验证,结果表明正弦调制电压的交直流分量补偿策略可有效限制混合式直流耗能装置的功率器件数量,使基于半桥子模块的混合式直流耗能装置实现全系列盈余功率工况下的功率平衡控制,保证柔性直流系统在受端交流故障下的平稳穿越。

改进的DFIG与VSC-HVDC协调控制改善风电场低电压穿越能力

经VSC-HVDC并网风电系统在风电场侧故障时,风电机组出口母线电压过低,极易引起风力机脱网。而双馈风力发电机(DFIG)传统的Crowbar技术在故障时将转子侧变流器(RSC)短接,使发电机定子侧失去了为电网提供无功的能力,风力机的低电压穿越能力较低。提出一种改进的DFIG模型,加入了主动式DC-Chopper,与传统的Crowbar相配合,降低Crowbar动作的概率,使得DFIG转子侧变流器可以控制定子侧在故障时期继续提供无功功率。并利用此改进的DFIG与VSC-HVDC协调控制,改善风电场侧母线电压水平。通过算例仿真表明,在严重故障时采用改进式DFIG的Crowbar仍未动作。从而大大降低Crowbar动作的概率,双馈风电机组RSC故障期间可以继续投入运行并为电网提供无功支持。完成故障期间DFIG两侧变流器与VSC-HVDC风电场侧变流器(WFVSC)之间的无功协调,使风电场具有更好的低电压穿越能力(Low Voltage Ride Though,LVRT)。

三相光伏并网发电系统无功控制策略研究

三相光伏并网发电系统通常采用单位功率因数控制,一般情况下只为电网提供有功功率,并保证其具有较高的功率因数。为了提高光伏并网发电系统故障时的无功电压控制能力,首先在直流电容侧加入DC-Chopper来抑制故障情况下直流母线电压的大幅波动,使光伏逆变器能够工作在安全稳定的范围内,接着采用将无功功率补偿与光伏并网发电相结合的控制方式,使光伏并网发电系统在向电网提供有功功率的同时也能够为电网提供所需的无功功率。然而光伏并网发电系统自身无功补偿能力有限,装设STATCOM将使系统的无功电压控制能力得到了进一步的提高。

适用于双馈风电场集电线路保护的LVRT保护动作判据

风电机组在低电压穿越时,传统三段式电流保护可能发生拒动。文章分析了双馈风力发电系统在低电压穿越时的特性,并基于撬棒保护和直流卸荷(Crowbar+DC-Chopper)保护的短路电流具有快速衰减特点,及其对集电线路继电保护的影响,采用保护电路投入的判据,提出了一种改进的电流保护方案。建立风电场仿真模型,验证改进方案的有效性。

风电机组高电压穿越技术研究

随着风电入网比例的增大,风电入网导则也逐步发展建立,入网导则的主要目的是确保风电场的入网运行不影响整个电力系统的稳定。风电场低电压穿越(LVRT)已作为热点技术被广泛关注,但风电机组风电场高电压穿越没有得到相应的重视。文章基于常见机组类型,首先介绍了风电机高电压穿越(HVRT)方面现有电网要求,给出了现有风电场高电压穿越能力要求曲线,对风电机组高电压穿越软硬件的技术方案。最后仿真证明了所提技术方案的正确性,分析了该技术方案对风机运行成本方面的可行性。

双馈感应风力发电系统低电压穿越控制策略研究及其分析

基于双馈感应发电机(DFIG)风力发电系统模型,通过分析电网电压跌落情况下的各种运行状况,提出在电网严重故障期间,采用Active Crowbar电路和直流侧卸荷电路保护变流器和避免直流侧电压过压。在电网故障恢复期间,Crowbar电路的再次投入使得系统无功需求增大。并在网侧变流器的功率容量范围内,提出一种网侧变流器无功功率的控制策略来实现对电网无功支持,以助于电网故障恢复以及加快机端电压恢复。基于PSCAD/EMTDC平台建立了仿真系统模型并验证了该控制策略的有效性。该控制策略满足了风电机组并网的低电压穿越,有效提高了DFIG风电机组运行的可靠性。

多功能直流集电器概念及其全直流海上风电系统

直流汇集与输送是未来大规模海上风电系统的主要发展方向之一。为了实现低成本、高效率和高可靠性的海上风电全直流组网与输送,该文提出一种多功能直流集电器概念及其海上风电直流组网方案。通过引入直流集电器对风机单元进行能量汇集和级联升压,所构成的全直流组网系统不仅减小了机侧换流器规模和海上换流站平台,同时消除了风机的功率波动对于风场内网电压的影响,使得各个风机均可实现最大功率追踪并维持原有的控制和保护架构。此外,直流集电器概念的提出使得海上风电系统的运行更加灵活,同时兼顾故障隔离、动态切入切出、直流耗能运行等多种模式,为远距离大容量的海上风电建设提供了一种切实可行的解决方案。最后,通过搭建基于直流集电器的全直流海上风电系统的仿真模型,验证了所提方案的正确性与有效性。

直流斩波器对抑制换相失败引发的弱送端电网暂态过电压的研究

当逆变侧交流系统发生故障引发换相失败时会导致送端母线出现过电压,特别是针对于弱送端交流电网,其过电压情形更加严重。提出了一种基于晶闸管全桥耗能子模块(thyristor full bridge power-consumption sub module,PCT-FBSM)的直流斩波器(DC Chopper)拓扑结构,可以有效地抑制由换相失败引发的送端暂态过电压。文中首先分析了DC Chopper抑制过电压的机理,介绍了DC Chopper子模块的6种工作模式,然后设计了子模块在不同工况下的控制策略,并提出了子模块参数的设计方法,最后在PSCAD/EMTDC环境中搭建了相应的仿真模型,对所提拓扑结构对暂态过电压的抑制效果以及系统的运行特性进行了仿真分析,仿真结果表明所提DC Chopper可以有效抑制弱送端电网的暂态过电压。

H桥直流斩波变换器边界碰撞分岔和混沌研究

H桥变换器是一类被广泛应用于电力电子领域的重要拓扑,存在复杂的非线性现象,探索其非线性行为的产生机理具有重要的理论和实际意义。研究电流峰值控制型H桥直流斩波器的分岔和混沌现象,建立电流峰值控制H桥直流斩波器的离散映射模型,分析平衡点的稳定性,给出了系统稳定运行参数域。分析边界碰撞分岔和混沌演化过程及其产生机理,推导出碰撞边界线的解析表达式,指出发生边界碰撞的根本原因在于开关变换器占空比的有界性。数值仿真和实验验证了理论分析的正确性。

矿用电机车直流斩波调速系统的研究与实现

针对矿井内瓦斯环境下的蓄电池电机车,研制了一种直流斩波调速系统。该系统以ATmega16单片机为控制核心,采用电流瞬时值算法对无速度传感器直流电机进行转速控制。系统电源模块化,强弱电完全隔离,功率IGBT模块采用专用厚膜驱动模块驱动,提高了系统可靠性,减少了故障率,维修方便。具备完善的过压、欠压、短路保护、IGBT模块保护及能耗制动等保护功能。解决了传统串电阻调速方法带来的发热、浪费电能等问题。工业现场实验表明该系统操作简单,运行可靠,调速性能平稳准确,具有较高的应用价值。

基于滑模变结构控制策略的直流斩波器设计

为稳定气压系统废气能量回收系统中输出的电压,需采用直流斩波器。传统的直流斩波控制电路采用微处理器使用PID等经典的控制策略,不适合具有大扰动的非线性直流斩波器的控制。分析了升降压直流斩波电路连续状态下的结构,采用滑动变结构控制方法对其进行控制。仿真结果表明,与传统的控制策略相比,滑动变结构控制方法可保证直流斩波器在趋近运动阶段有较短的上升时间,在滑动模态阶段有较小的超调量,从而具有良好的动态品质。

基于改进风力发电机组下的低电压穿越控制策略研究

随着风电场低电压穿越(low voltage ride though,LVRT)要求的提出,传统Crowbar技术的弊端显现出来,故障时转子侧变流器被短接,发电机定子侧失去为电网提供无功的能力。提出一种改进的双馈风力发电机组(doubly-fed induction generator,DFIG)模型,使用DC-Chopper,串联动态制动电阻(series dynamic braking resistor,SDBR)代替Crowbar,在故障时能够控制直流母线电压,抑制转子侧过电流,起到保护直流侧电容和转子侧变流器的作用。由于转子侧变流器不退出运行,所以在控制策略上提出了通过控制转子侧变流器来实现发电机定子侧在故障期间向电网提供部分无功支持,同时网侧变流器采用变功率因数控制,在故障情况下给电网提供主要的无功支持,实现低电压穿越。

可减小输入侧谐波及输出电压可调的融冰装置

针对农配网线路线型复杂且各种线型所需融冰电流取值范围差异较大的特点,设计并测试了一种输出直流电压可调的融冰装置。将直流斩波原理与整流原理相结合,使设计的装置可根据不同负载输出不同的直流融冰电流。同时,引入二阶定K型滤波器以减小直流斩波引起的输入电流谐波畸变率,并利用融冰导线所含的电感代替斩波电路所需的平波电抗器以减小融冰装置体积与重量。根据设计制作了装置样机,并对其进行了仿真与实验测试。仿真结果表明,加入LC电路后,该装置可将输入电流谐波总畸变率从65.74%降为31.08%,也能减小部分输入电流。实际实验中,加入LC电路的装置输入电流谐波总畸变率30.14%,波形与仿真结果基本一致,验证了提出的设计方案的可行性。

基于ATmega16单片机的电能收集充电器设计

本文以离网型风力发电装置为研究对象,选择了以Atmel公司生产的ATmega16单片机为核心,采用MC34063开关型电源芯片作为主要变能器件,根据风机产生的输入电压,通过单片机产生合适的控制信号,控制DC DC变换器工作,实现对蓄电池的有效充电。该研究对实际应用具有一定的参考价值。

基于UC3842直流斩波电源的设计

为了给交流传动窄轨电机车的辅助设备提供直流电源,针对实际的需要利用电流型脉宽调制器UC3842设计了直流斩波电源,介绍了电流型脉宽调制器UC3842的基本原理,同时也介绍了基于UC3842直流斩波电源设计原理及应用。

直流斩波电路的Matlab/Simulink仿真研究

电力电子技术是工科院校电气信息类专业学生必修的一门专业基础课程,其理论性和实践性较强,电路和波形图多且复杂,通常仿真技术在电力电子技术领域应用不多。应用Matlab的可视化仿真工具Simulink建立了Buck电路的仿真模型,在此基础上对Buck电路及Boost-Buck电路进行了较详细的仿真分析。结果表明,仿真波形与常规分析方法得到的结果具有一致性,证实了Matlab软件在电力电子技术教学和研究中具有较好的应用价值。

基于转子串电阻的双馈风电机组故障穿越技术

针对撬棒保护技术存在的双馈风电机组失控问题,提出了转子串电阻和直流侧卸荷电路协调控制的故障穿越方案。该方案不仅能够保证双馈风电机组满足电网规范的穿越要求,同时也抑制了系统机组转速的过快增加,从而有效地改善了机组的转速稳定性和瞬态行为。首先分析了转子串电阻的理论依据,评估了不同限流电阻对机组瞬态特性的影响,选择了合适的电阻值,并分析了所提方案的工作原理。最后基于PSCAD/EMTDC仿真软件对所提方案的有效性进行验证。仿真结果表明,所提方案能保证双馈风电机组成功穿越低压故障,且具有较好的转速稳定性和瞬态特性。

基于神经网络PID控制的串励直流电动机调速系统

研究了采用PID控制器和ANN(人工神经网络)控制器相结合的直流斩波器(DC-DC降压转换器)驱动的串励直流电动机的调速系统,以期提高闭环控制的性能。该系统采用电流内环和PID-ANN转速外环双回路结构。当电枢电流低于设定值时,电流控制器允许PWM(脉冲宽度调制),PID-ANN的输出控制斩波器的占空比,从而控制电机的电枢电压,调节电机转速。构建了MATLAB/Simulink下的仿真模型,分析了在不同给定速度和不同负载转矩下系统的稳态性能和动态性能。结果表明,神经网络PID混合控制的DC斩波调速系统性能优于传统PID控制。

微型燃气轮机双向电力变换系统设计与研究

介绍了微型燃机双向电力变换系统基本组成,设计并分析了三桥臂逆变器控制方法,探讨了三相四线制逆变器解耦控制策略。通过计算与仿真,确定了电力滤波器组成元件参数,简单介绍了基于模糊控制的直流降压斩波器。在此基础上,完成了双向电力变换系统的研制,并在实验室和工程上得到了验证。实验结果表明,融合了设计思路的双向电力变换系统工作稳定可靠,性能优良,具有工程应用价值。