计及叶轮不平衡的差动调速风电机组变桨距控制

为保证差动调速型风电机组在全风速区间内运行的能量效率及稳定性,在考虑叶轮不平衡、风剪切及塔影效应的影响下,提出了一种基于径向基(RBF)神经网络的滑模变结构控制(SMVSC)方法,以完成差动调速型风力机桨距的准确、快速调节。该方法将滑模误差引入其控制的自适应率中,通过在线调整RBF神经网络的权值和中心值来有效地抑制抖振效应。搭建了1.5 MW差动调速型风电机组仿真模型,在利用物理试验平台对仿真模型进行原理验证后,对所提RBF-SMVSC方法的控制效果进行了对比验证。研究结果表明:相较于PI和传统滑模控制独立变桨方法,在不同的风速条件下,所提控制方法不仅可以更加快速、精确地调节风力机转速和功率输出,还可以有效提高机组的能量捕获效率,减小不平衡载荷。

考虑暂态功角稳定和故障限流的并网逆变器下垂暂态控制策略

为解决下垂控制型逆变器在故障工况时发生暂态功角失稳和故障过电流问题,提出了一种兼顾暂态功角稳定和故障限流的暂态控制策略。首先分析了下垂控制型逆变器的暂态功角失稳机理和故障电流暂态特性,定量分析了无功控制回路对暂态稳定性的影响以及暂态功角、短路电流与逆变器输出电压三者之间的关系。其次,以暂态功角稳定和故障限流为控制目标,通过在有功控制回路中引入暂态功角动态补偿项、在无功控制回路自适应调整电压参考指令值进行综合控制。最后,通过仿真实验验证了所提出控制策略不仅可以抑制故障过程中不平衡功率造成的功角持续增大和故障过电流,并一定程度上增加了故障期间无功功率,有利于故障电压恢复,从而实现下垂控制型逆变器在电网故障时的安全稳定运行。

一种适用于海上风电经MMC-MTDC并网的电网侧故障穿越方法

海上风电工程逐渐向深远海和多端柔性直流输电技术推进。当岸上交流电网发生故障时,海上风电经多端柔直并网系统应该具有故障穿越的能力。然而现有方法主要研究电网侧换流站的系统级控制策略,未尽限利用风场侧换流站及场站内变流器的协同配合,严重故障时易导致换流站过载。此外,传统两端柔直故障穿越方法未针对多端场景改进,可能会出现风场脱网事故。针对上述问题,首先将故障划分为自消纳和非自消纳场景。自消纳场景下不平衡功率较小,结合风机自身安全减载能力和从站剩余容量,分别提出了基于降压法的超速减载和考虑功率裕度的从站电压偏差下垂控制策略。非自消纳场景下不平衡功率较大,分别提出了调度中心通信正常和异常情况下的故障穿越控制策略。最后在PSCAD/EMTDC仿真平台建模验证了所提控制方法的有效性。

无交流电容的构网型换流器电压电流比例控制及故障限流

通过引入电压电流比例关系,构建了适用于高压构网型换流器的无电容矢量电压控制,可与传统内环电流控制组成构网型换流器级联控制架构,保留正序电流限幅和负序电流抑制能力,防止换流器在电网故障时发生过流闭锁和损坏。与传统外环电压控制不同,该电压电流比例控制不依赖于交流侧并联容性滤波器的电气关系构建,适用于无交流电容的高压构网型换流器的外环电压控制。通过选取特定的交流电压频率指令值,构网型换流器可实现恒电压运行或虚拟同步机运行。时域仿真结果表明,所提高压构网型换流器控制在电网故障时可自动实现换流器的负序电流抑制和故障穿越功能,避免换流器过流闭锁及损坏,并在故障清除后恢复正常运行。

三相变频空调电网不平衡容错控制技术研究

当三相电网不平衡时,三相电网供电的变频空调容易因网侧电流突变而触发过流保护停机。为了增强三相变频空调在电网不平衡下的容错运行能力,文章探明了三相电网不平衡下的可控裕量与输入输出电压调制比、电网电压不平衡度之间的关系,并提出了不可控区域的退化Boost控制。实验结果表明,采用该控制方案的三相变频空调即便在电网缺一相时仍能输出较高的功率。

光伏并网逆变器不平衡故障穿越限流控制策略

光伏并网逆变器不平衡故障穿越过程中出现的过流问题严重影响系统运行的可靠性。为了解决该问题,首先分析传统故障穿越控制方案存在过流现象的机理,然后对过流问题进行了量化分析。在此基础上提出不平衡故障穿越限流控制方案,在实现有功和无功功率灵活调节的同时,有效地解决了故障穿越过程中并网逆变器过流问题,提高了系统运行可靠性。最后对传统方案和文中提出的方案进行仿真和实验研究,结果验证了提出方法的可行性和有效性。

永磁同步风力发电机组的不对称故障穿越控制策略

永磁同步风力发电机组在不对称电网故障下运行,将导致并网电流不对称、畸变,直流母线电压上升并含有2倍工频纹波等问题。为了提高永磁同步风力发电机组在不对称电网故障下的穿越能力,提出一种PMSG机组的控制策略:在网侧换流器的控制中采用电网负序电压前馈的方法来消除并网电流负序分量;在机侧换流器的控制中提出了一种新的发电机电磁功率跟踪控制思想,使发电机的输出功率跟踪网侧换流器的输出功率,消除了不对称故障情况下直流母线电压的2倍工频纹波和限制直流侧电压上升,避免直流母线电压波动超出电容电压的额定值。1MW机组的仿真结果表明,所提出的控制策略可实现不对称故障穿越,验证了所提出控制策略的有效性。

不对称电网电压下双馈风力发电机的直接功率控制

在研究双馈感应发电机(DFIG)数学模型的基础上,分析了不对称电网条件下DFIG定子输出瞬时有功、无功功率的组成。通过引入二倍电网频率陷波器,使定开关频率直接功率控制(CSF-DPC)可适用于不对称性故障穿越运行控制。此时各改进的CSF-DPC方法具备各自特性,即基于转子磁链DPC(RF-DPC)可迅速稳定磁链,缩短DFIG动态过程;基于转子电流DPC(RC-DPC)可抑制定、转子电流振荡;基于电磁转矩DPC(EMT-DPC)可减小电磁转矩的脉动。通过分析改进CSF-DPC参数不匹配带来的误差,进一步提高了控制的鲁棒性。与正、负序双dq的不对称运行控制策略相比,CSF-DPC方法无需计算负序分量和引入负序电流控制环,结构简单,动态性能好。

不平衡电压下双馈异步风力发电系统的建模与控制

提出了不平衡电网电压条件下双馈异步发电机(DFIG)在正、反转同步速旋转坐标系中的完整数学模型,推导和分析了不平衡电网电压条件下DFIG定子输出瞬时有功、无功功率组成。在此基础上,提出了小值稳态不平衡电网电压条件下增强DFIG不间断运行能力的4种可供选择的控制方案。讨论了不同不平衡控制目标下转子正、负序电流指令值计算原则,设计了正、反转同步速旋转坐标系中DFIG的双dq转子电流控制器的不平衡控制方案,实现了不平衡电网电压条件下转子正、负序电流的独立跟踪控制,有效地提高了小值稳态不平衡电网条件下风电机组的不间断运行能力。仿真研究验证了理论分析的正确性和所提出的双dq转子电流不平衡控制方案的有效性。

直驱式永磁同步风力发电机不对称故障下的改进控制

在分析直驱式永磁同步风力发电机(permanent magnet synchronous generator,PMSG)全功率变换器功率特性基础上,推导了直流侧电压、并网电抗器功率及网侧输出功率之间的关系,提出了不对称故障下系统的改进控制策略,以实现该型机组的低电压穿越。该控制策略基于电网侧变换器、电机侧变换器功率平衡协调控制思想,将电网跌落信息反馈给电机侧变换器,实现两个变换器的协调控制;同时,在直流侧电压维持在安全范围内的前提下,采用弱控制,以一定的直流侧电压波动为代价,达到消除网侧有功功率2倍频波动的目的。仿真研究结果表明,基于功率平衡协调控制的改进控制策略可较好的实现直驱式永磁同步风力发电机的不对称故障穿越。

基于不平衡电压的磁控式并联电抗器控制绕组接地保护方案

实际工程中对于特高压磁控式并联电抗器(MCSR)控制绕组接地故障配置直流母线过压保护,然而发生控制绕组端部接地故障时,母线极对地电压无交流过电压特征,导致保护无法识别该故障。针对该问题,分析了控制绕组接地故障及稳态运行、2种方式合闸、区外故障工况下母线极对地电压变化情况,基于此提出一种基于直流母线不平衡电压的控制绕组接地保护方案。该方案利用正、负极直流母线电压之和构造直流母线不平衡电压,基于故障下直流母线不平衡电压明显上升的特征识别故障。方案原理简单、易于实现,解决了现有保护无法识别控制绕组端部接地故障问题。在MATLAB/Simulink软件中搭建了750 kV三相MCSR仿真模型,大量仿真结果验证了该保护方案的有效性。

轻型直流输电系统的不对称故障控制策略

基于电压源变流器(voltage source converter,VSC)的轻型直流输电(VSC-HVDC)正成为一种经济灵活的新型输电方式。但是当交流系统发生不对称故障时,系统中存在的负序分量在脉宽调制(pulse width modulation,PWM)的作用下会产生大量的非特征谐波,并严重恶化VSC-HVDC系统的控制性能。文章在换流站正序模型的基础上建立了系统的负序模型,提出一种基于精确反馈线性化理论的正负序电流非线性控制器,并针对系统故障时出现的直流过电压问题设计了2种应对策略。在电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC下对上述控制策略进行了仿真验证,达到了预期的控制效果。

基于内模控制的MMC-HVDC海上风电场不对称电网下的保护策略

为解决基于MMC-HVDC的海上风电场在不对称电网故障下普遍存在的低电压穿越问题,提出了一种基于PI电压外环和内模电流内环的新型控制策略及辅助保护方案。首先分析了不对称电网故障下MMC换流器运行特性,在αβ两相静止坐标系下建立了三相不对称电网下MMC换流器的数学模型。然后以抑制负序电流为控制目标在αβ两相静止坐标系下基于内模控制器设计了系统控制策略,同时针对两相故障时由于MMC限流所导致的母线电压抬升问题,提出了基于直流泄放回路的系统辅助保护方案。最后在Matlab/Simulink仿真平台上对单相接地和两相接地短路两种不平衡故障工况下的控制系统性能进行仿真分析。仿真结果表明,所提的控制策略和辅助保护方案可以保证基于MMC-HVDC的海上风电场在电网不对称故障下实现低电压穿越运行,有效地提高了海上风电场的低电压穿越能力。

STATCOM不对称控制策略下线路距离保护测量阻抗的改进算法

在电网三相电压不对称时,采用不对称控制策略能够保证静止同步补偿器(STATCOM)安全,实现良好的电压控制效果。针对较为复杂的单回并补双回线路,分析了线路短路后距离保护动作条件,证实采用不对称控制策略的STATCOM可能引起故障相保护拒动及非故障相保护误动。计及STATCOM注入电流,改进了故障测距算法。将故障距离值与线路正序阻抗配合,修正距离保护测量阻抗值。仿真结果验证了所提算法能够保证距离保护正确动作,避免接入STATCOM后重新整定距离保护。

基于PIR控制器的电压不平衡下双馈风力发电机转子侧变流器控制

针对电网电压发生不平衡故障时,并网运行中的双馈风力发电机会出现有功功率、无功功率、电磁转矩震荡及并网电流不对称的现象。在正反转同步旋转坐标系下建立双馈风力发电机数学模型,推导了三种控制目标下正负序电流指令值,并提出一种应用比例-积分-谐振控制器的新型转子侧变流器控制方案,弥补了传统控制策略电压不平衡故障影响系统稳定性的短板,简化了控制系统结构,增强了双馈风力发电机故障穿越能力。通过MATLAB/Simulink仿真验证了控制策略的可行性和有效性。

不对称故障下直驱风机网侧改进控制仿真研究

针对直驱型风电机组在电网不对称故障时直流电压和输出功率的波动问题,提出了一种综合的网侧换流器改进控制策略。在对网侧输出功率特性的分析中,将网侧电压和电流的正序、负序分量变换到同一坐标系中进行归算,以准比例谐振控制器为基础设计了同时抑制有功和无功二次谐波的补偿控制环节。此外,在网侧直流电压常规控制中加入反映直流母线两侧功率偏差的前馈修正分量,抑制直流母线过电压。在PSCAD/EMTDC仿真软件中建立了直驱型风电机组的并网系统模型,仿真结果验证了所提出的网侧改进控制策略在提高直驱风机故障穿越能力方面的有效性。

基于滑模控制的TPESFTI驱动DFIG系统FCS-MPC

针对双馈异步风力发电机(DFIG)系统中机侧PNC型三电平逆变器的某桥臂发生故障时,提出了一种三相八开关容错逆变器(TPESFTI)控制策略,并给出了其拓扑结构和输出电压模型;考虑TPESFTI中母线电压分压不均衡等问题,研究分析直流侧电容电压不平衡的原因,给出了其相应的不平衡电压动态模型,并利用有限控制集模型预测控制(FCS-MPC)中目标函数的非线性约束项来抑制母线电容分压不均衡对系统的不利影响;同时为了提高FCS-MPC策略的性能,提出了基于滑模控制的FCS-MPC策略。仿真结果表明,该方法不仅能够确保DFIG系统稳定运行,并且能对母线电容电压不平衡进行有效抑制,同时具有良好的动态性能和较强的抗负载能力,进一步验证该控制策略的可靠性和有效性。

光伏发电系统不对称故障功率控制

研究电网不对称故障下光伏逆变器的瞬时输出功率特性,结合指令电流的总谐波畸变率的解析推导,提出光伏发电的功率控制算法。考虑光伏逆变器输出电流谐波畸变率限值约束,以有功和无功功率波动的综合幅值最小为目标,建立光伏发电功率控制参数的优化模型。基于无差拍电流跟踪建立光伏发电系统整体模型,利用PSCAD/EMTDC仿真平台验证了该控制策略的可行性。

NPC三电平容错逆变器异步电机驱动系统FCS-MPTC

针对异步电机(IM)驱动系统中NPC型三电平逆变器的某桥臂故障问题,提出一种三相八开关容错逆变器(TPESFTI)控制策略。通过搭建拓扑结构和输出电压模型发现TPESFTI存在直流侧电容电压不平衡的问题,基于此又提出由于延迟补偿的有限控制集模型预测直接转矩控制(FCS-MPTC)策略。FCS-MPTC策略能够利用其目标函数的非线性约束项来抑制母线电容分压不均衡、同时考虑模型控制的运算量和系统迟延等不利影响。通过进行仿真验证,研究结果表明:该控制策略能够确保系统稳定可靠运行,具有良好的动态性能,且有效地抑制母线电容分压不均对系统的影响,验证所提控制策略的可靠和有效性。

微网并网逆变器低电压穿越的控制

对于故障中出现的相关负序分量,使用双同步旋转坐标系,对正序电流和负序电流分别进行相对独立的控制,同时在此基础上引入电网电压前馈的办法。此办法得到了仿真和实验的双重验证,保障了运行的可行性和有效性。