全功率型风电机组调频控制器的实用化辨识方法

建立和实际调频响应特性一致的风电机组模型,是分析高比例新能源电力系统频率安全稳定的前提和基础。目前,针对风电机组涉频仿真建模的研究较少,多在调频控制器结构已知的前提下采用智能算法进行控制参数的辨识,缺乏通用性与工程实用性。首先,文中建立了能够涵盖国内主流型号全功率型风电机组的通用电磁暂态模型,并在此基础上,针对风电机组的可行调频控制策略,构建了包括超速减载控制、桨距角控制、虚拟惯量控制和下垂控制的全要素综合调频控制系统。然后,基于机组调频响应特性与调频控制策略/参数的对应关系,提出了采用机组实测频率响应特性曲线形态辨识调频控制器结构、采用机组实测频率响应特性曲线特征值辨识调频控制器参数的实用化辨识方法。最后,通过所提实用化调频控制器辨识方法建立的机组电磁暂态模型与厂家“黑盒”模型及现场试验的调频响应特性的对比,验证了所提调频控制器辨识方法的有效性。

全功率变速抽水蓄能机组控制策略与调节特性

全功率变速抽水蓄能机组协调控制中通常采用变流器控制机组功率、调速器控制机组频率(转速)的快速功率控制,其忽视了对机组频率安全与效率的影响,且控制模式单一。分析了机组多控制模式振荡特性和功频响应特性,提出了机组发电工况快速频率控制与快速功率控制相结合的协调控制策略,以及水泵工况定导叶开度变转速控制策略。设计了常规试验与性能优化试验结合的变速工况调试方法并应用于我国第一台全功率变速抽水蓄能机组启动调试中,验证了控制策略和调试方法的有效性。现场测试结果表明,调速器和变流器控制不协调易引发机组振荡,采取所提协调策略后机组安全高效运行,且具备百毫秒级的有功、无功快速调节能力。

六边形变换器在全功率抽水蓄能系统中的应用研究

在抽水蓄能系统中,可调速机组可以适应更宽的水头范围,提高机组运行效率。六边形变换器(Hexverter)作为一种高压大容量变换器,可以解决目前变速抽水蓄能系统中变流装置容量小、能量转换效率低以及调速慢等问题。本文提出了基于六边形变换器的全功率抽水蓄能控制系统,对六边形变换器的一般数学模型进行了分析,提出的基于网侧和机侧两种频率的多重解耦控制策略可以实现网侧和机侧功率的控制以及机侧输出电压电流频率灵活可调,基于零序网络的桥臂直流电压平衡控制策略可以实现桥臂直流均压。最后通过仿真和实验验证了六边形变换器在全功率抽蓄系统的应用的有效性。

风力发电机组全功率变频器增益自动控制技术

风力发电机组全功率变频器增益自动控制对系统的可靠性和鲁棒性要求较高。由于风力发电的环境和气象条件的不确定性,增益自动控制系统需要能够适应各种工作条件,并保持稳定和可靠的运行,这对控制算法和参数调整提出了挑战。为此,提出一种风力发电机组全功率变频器增益自动控制技术。分析全功率变频器原理和结构,增强风力发电机组全功率变频器增益控制效率。设计一个判别器,在输出模块中,将特征映射到指定维度的特征向量空间中,通过度量学习计算二者之间的相似程度,判断风力发电机组功率是否发生波动。采用免疫PID算法对增益自动控制。结果表明:研究方法能够有效控制风力发电机的功率波动,方法应用后功率的幅值始终处于±0.5 k W范围内。

构网型全功率风电机组网侧变流器耦合分析及抑制策略

随着风力发电的高比例接入电网,全功率风电机组的稳定运行能力面临着挑战。传统的网侧变流器采用锁相环(PLL)同步策略,构网型全功率风电机组的网侧变流器则基于功率同步策略,利用直流电压的动态特性实现直流电压同步的构网型控制。由于构网型控制存在功率耦合问题,无功通过耦合通道影响有功功率,进一步引起网侧直流电压的动态波动。该文针对网侧变流器构网型控制所存在的耦合问题,建立了直流电压-无功功率耦合模型,利用相对增益理论方法详细分析了系统参数对耦合效应的影响,并采用一种基于无功前馈的直流电压补偿方法,在实验中利用该方法可将由无功变化引起的直流电压动态超调降低81.8%。通过实验验证了理论分析的正确性及所提方法的有效性。

全功率变流变速抽蓄机组水泵入力调节特性

基于全功率变流器的变速抽水蓄能机组具有调节范围广、控制性能优等特点,是全球抽水蓄能行业研发的前沿技术,相关精细化数值模型亟待建立,水泵工况入力调节动态特性及调节指令优化亦亟待研究。本文运用MATLAB/Simulink构建了全功率变流变速抽水蓄能电站水-机-电系统耦合的过渡过程数值仿真模型,建立了基于功率反馈的机组入力调节控制策略,并通过数值仿真,揭示了全功率变流变速抽水蓄能机组的能量转换特性,对机组在水泵工况入力调节时的动态特性进行了研究。结果表明:当入力减小时,机组的入力调节速度和主要参数的超调量与功率指令变化速率呈正相关,但超过一定变化速率之后该影响逐渐降低。本文可为我国全功率变流变速抽蓄机组的未来实际投运提供技术支持。

永磁直驱风电全功率变流器并联控制方法研究

为提高永磁直驱风电全功率变流器并联控制精度,研究了永磁直驱风电全功率变流器并联控制方法。首先分析永磁直驱风电全功率变流器并联拓扑结构,建立永磁直驱风电全功率变流器模型,再计算无功功率受有功功率波动造成电压幅值产生波动,结合虚拟阻抗控制方法,实现对永磁直驱风电全功率变流器的并联控制。实验结果表明,采用该方法控制永磁直驱风电全功率变流器并联运行的机侧环流与网侧环流波动较为稳定,且环流控制精度较高,最高可达到99%,验证了该方法的控制性能。

考虑全功率换流器低电压穿越的潮流解存在性分析

针对低电压穿越期间含全功率换流器系统可能失去潮流解的问题,分析了故障期间电网等值参数和潮流特性的变化规律,考虑换流器的控制特性,采用数值计算定性分析了不同系统变量对潮流解存在性的影响规律。基于电网等值参数变化规律和潮流雅克比矩阵行列式实时计算的方法,提出了仅需非故障电网等值参数和并网点实测电压的有功电流限幅自律控制方法。仿真结果表明,所提方法能够保证故障低电压穿越期间潮流解的存在,有利于电力系统的安全稳定运行。

电压源型全功率风电变流器控制策略研究

在弱电网特征下的电力系统运行环境中,传统的电流源型变流器控制方式容易出现振荡现象,这增加了风电机组的穿越难度和脱网概率。文章基于虚拟同步发电机技术(virtual synchronous generator,VSG),结合电压源型变流器控制方式和电流源型变流器控制方式,设计了一种新型的电压源型变流器的控制策略。其在正常并网运行条件下,采用电压源型变流器控制方式,有功控制通过VSG增加有功补偿,无功控制前端注入无功电流;在启停机和高低电压穿越工况下,采用电流源型变流器控制方式。该控制策略融合了电压源型变流器控制方式与电流源型变流器控制方式两者的优点,不仅具备频率支撑特性,同时还具备快速的有功无功响应能力。对全功率风电变流器的并网过程、有功无功响应及高低压穿越过程进行仿真和样机实验,结果显示,所提新型控制方案在风电变流器各运行工况下都能取得很好的控制效果,使风电机组具备良好的稳态及动态性能,并能很好地适应新能源并网的需求。

全功率变频抽水蓄能机组工程设计与认识

对全功率变频抽水蓄能机组技术的发展现状、性能优势、设备选型、工程设计等进行全面论述,为我国在全变频抽水蓄能领域的发展提供理论依据,为我国电网中新建和升级改建全功率变频机组提供论证参考和设计指导,为未来全功率变频项目的规划、设计、建设、运行等方面奠定工程实施基础。

考虑谐波注入的风力发电机组全功率变流器谐波电流抑制方法

由于现有的谐波电流抑制方法的推力波动较大,且抑制效果差,文章提出了考虑谐波注入的风力发电机组全功率变流器谐波电流抑制方法。通过分析输入正弦波时的径向电磁力,成功建立了风力发电机组全功率变流器的谐波分析数学模型。同时,考虑利用谐波注入法来生成电流指令,运用谐波电流控制器(Harmonic Current Controller,HCC)抑制谐波电流,实现对风力发电机组全功率变流器谐波电流的抑制。实验结果显示,应用所提方法的实验组的推力波动为0.5%,推力曲线波动范围最小,有效提高了谐波电流抑制效率,应用效果较好。

国内首台应用全功率变流技术小水电机组并网运行

2023年8月17日,国内首台应用全功率变流技术的小水电机组改造项目——浙江绍兴新昌藏潭桥水电站2号机组实现全功率并网运行。该项目由南瑞集团有限公司、浙江绍兴供电公司、新昌县水利水电局共同实施。项目机组改造后,可根据来水水情,通过电流闭环控制和电压开环控制方式调节,实现变速恒频运行。

四方电气DX100系列变频器全功率段正式投产

随着DX100系列变频器280-350kW功率段的试产完成,DX100全系列正式步入全面投产的新篇章。DX100系列是四方电气经过长时间研发和改良推出的一款通用型开环矢量变频器。基于全新的软硬件平台研发,全面继承公司高端系列变频器的失量控制、V/F控制算法,具备更小巧的结构造型。相同功率机型体积对比E580系列缩小20%~57%不等。

全功率变速抽水蓄能机组保护配置及整定方法

正确的保护配置和整定方法是全功率变速抽水蓄能机组安全运行的关键。结合典型全功率变速抽水蓄能机组接线方式,在分析机组运行特性的基础上,提出了适用于各种运行状态的保护配置方法;分析了变频器对机组短路特性的影响;在此基础上,提出了将复压过流保护作为特殊区域的主保护,并给出了适用的保护整定计算方法。所提出的保护配置和整定方法在春厂坝变速抽水蓄能示范电站得到了应用。

全功率变流器永磁直驱风电系统低电压穿越特性研究

随着风电机组安装容量的不断上升,风电系统在电网故障情况下的运行变得尤为重要,电网导则要求风电机组在电网电压瞬间跌落一定范围内不脱网运行。针对使用背靠背全功率变流器的永磁直驱风电系统,提出一种在电网电压瞬间跌落情况下不脱网运行的方法。电网发生电压瞬间跌落时,网侧变流器运行在静止无功补偿(STATCOM)模式,依据电网电压跌落的深度决定发出无功电流的大小,通过快速提供无功电流来稳定电网电压,实现直驱型风电系统的低电压穿越功能。仿真和实验结果表明电网电压故障时使直驱风电系统运行在STATCOM模式可以有效提高低电压穿越能力。

全功率变换风电机组的电压源控制(一):控制架构与弱电网运行稳定性分析

针对弱电网缺乏频率支撑能力以及引发接入风电机组振荡失稳的问题,该文给出全功率风电机组的一种电压源控制方法。网侧变换器根据直流侧电压的动态直接实现对电网的自主同步,省略了锁相环;机侧控制环路中附加惯量传递控制环路实现风电机组对电网的惯量响应功能。特征值分析结果表明,电压源控制下的全功率风电机组可在短路比为2的弱电网下稳定运行,加入惯量传递控制会降低风电机组弱电网运行的稳定性。为了便于致稳控制策略的设计,采用“复功率系数法”,从阻尼特性的角度揭示附加惯量传递控制降低风电机组弱电网运行稳定裕度的机理。在此基础上,分别提出在机侧变换器与网侧变换器增加阻尼的致稳控制策略,使电压源控制的全功率风电机组能够在短路比为2的弱电网下稳定运行,且同时具备较强的惯量响应能力。最后,基于PSCAD/EMTDC仿真平台,验证了控制方法的可行性以及理论分析的正确性。

电网不对称故障时全功率变流器风电机组控制策略

电网导则要求并网风电机组在电网电压在一定范围内瞬间跌落时不脱网运行。为满足这一要求,研究了全功率变流器风电机组在电网故障时的运行特性。建立了不对称电网故障下网侧变流器的数学模型,分析了正、负序双电流控制策略存在问题的原因,提出了一种直流侧采样电压带变频陷波函数的双电流控制策略,并针对电网频率波动的情况加入锁相环对陷波器进行实时修正。仿真结果表明:当电网出现不对称故障和频率波动时,所提出的控制策略较正、负序双电流控制策略具有更好的动态调节性能。

电网电压不平衡时全功率风电并网变流器的控制策略

电网电压不平衡条件下,电压负序分量将导致直驱式永磁同步风电机组(permanent magnet synchronous generator,PMSG)全功率并网变流器的直流侧电压出现2倍电网频率的谐波,长期处于此工况下将显著影响直流侧电容的使用寿命,危及机组的稳定运行。建立了电网侧变流器的数学模型,在计及并网阻抗对有功功率影响的基础上,提出了一种以增强直流侧电压稳定性为目标的控制策略。其中,电网侧变流器正负序电流指令通过保证直流侧电容及并网电抗器之间无2倍频振荡的有功功率流得到,指令的计算无需求解复杂的高阶矩阵,也没有引入更多的变量。由直驱式永磁同步风电机组的仿真结果验证了所提出的电压控制策略的有效性。与传统的平衡控制策略相比,这种控制策略能在实现直流侧电压稳定控制的同时,使输出至电网的有功功率2倍频波动得到有效抑制,提高了该型机组不平衡电网电压条件下不间断安全稳定运行能力。

电网短路故障引发的全功率风电机组频率失稳机理与控制方法

电网故障期间全功率风电机组由于持续的电流控制作用存在与电网频率异步、失稳的风险。为分析频率失稳机理,建立全功率风电机组并网系统的非线性降阶模型。由于该模型具有与同步机暂态稳定模型相似的结构特征,因此自然引入了"类机械转矩"和"类同步转矩"等概念,并利用等面积法揭示由暂态"转矩"不平衡所导致的全功率机组频率失稳这一内在机制。定量分析锁相环带宽、风机端口到故障点电气距离等因素对频率稳定裕度的影响,得出锁相环带宽越小,风机端口到故障点电气距离越近,越利于频率稳定等研究结论。提出一种有功、无功电流时序控制方法,在确保全功率机组频率稳定的同时,可以向电网提供无功电流支撑以满足并网导则要求。最后在PSCAD/EMTDC仿真平台上验证了分析结论的正确性与控制方法的有效性。

一种新型的风力发电全功率变流器

提出了一种新型的风力发电全功率变流器,由电机侧自耦调压整流器(ATRU)和网侧Z源逆变器(ZSI)组成,具有结构简单、可靠性高、转换效率高等优点,为风力发电系统提供了一种可选的解决方案。文中首先简要地介绍了ATRU和ZSI的基本工作原理,对ATRU在变速风电机组中应用的可行性展开了推导分析,提出了相关设计要求。随后,针对网侧ZSI,详细地分析了其输入电压和直流链电压之间的内在关系,揭示了发电机和逆变器之间的参数匹配要求。设计了一种系统控制策略,实现了机组的最大功率跟踪,并提出了一种基于输入电压前馈的逆变器直流链电压控制方法,保证机组在各种风况下直流链电压的恒定。最后,设计了一套仿真实例,结果验证了新型全功率变换器及其控制策略的可行性和正确性,为下一步工程实现奠定了理论基础。