永磁直驱式风电变流器整流侧过电压抑制方法

永磁直驱式风电变流器在风电系统中扮演着重要角色,但整流侧过电压问题一直是影响其安全稳定运行的关键因素,因此提出了一种针对永磁直驱式风电变流器整流侧过电压的抑制方法。首先,分析了整流侧过电压的产生机理,包括电网电压波动、风力变化等因素对整流侧电压的影响。然后,设计了一种基于负荷能量泄放回路和储能单元的过电压抑制策略,当检测到直流母线电压过高时自动投入负荷泄放回路,消耗掉富余能量,抑制直流侧过电压,同时通过在直流母线上设计专用储能单元,将富余能量转移到储能系统中存储,故障恢复后或按需要将所存储的能量馈入电网。此外,还探讨了如何通过电力电子双向变换设备将储能单元接口到变流器的直流母线,以实现能量的高效利用和电压的稳定控制。

永磁直驱型风机海上风电送出系统不对称接地及甩负荷电磁暂态研究

为明确海上风电交流送出系统过电压的特征与水平,需考虑风电机组的故障穿越特性。该文结合永磁直驱风机变流器的控制原理,提出海上风电送出系统不对称接地过电压的解析计算方法。基于PSCAD对风电机组进行精确电磁暂态建模与故障电压穿越测试,以国内某500 kV大规模海上风电工程为背景,仿真计算送出系统不对称接地及甩负荷过电压。结果表明:系统不对称接地过电压大小与风机正负序控制策略有关;海缆电网侧甩负荷将产生持续百ms的1.3 pu以上的暂态过电压,风机过电压保护动作延时越长,暂态过电压越严重。实际海上风电工程计算需紧密联系风机控制保护策略及其参数,并综合关键设备耐压水平进行评估,通过风机控制策略优化可以降低系统过电压水平。

海上直驱永磁风电系统非对称故障主动识别方法

传统风电系统故障识别方法容易受到线电压误差影响出现误判,导致故障数据识别结果精度不高,因此提出海上直驱永磁风电系统非对称故障主动识别方法。分析非对称故障下风电系统的运行特性。根据连续时间信号,采用主动学习方法消除信号基频。使用逆向扩散法调整主动学习参数,判断故障态、预警态事件。利用电压幅值和时间宽度双重标准分析线电压误差,采用数据互校验方法确认故障事件可信性,完成故障主动识别。实验结果表明,所提方法能够主动发现风电系统中的电流异常情况和谐波畸变程度,直流分量最大误差仅为0.05 A。

直驱式永磁同步风力发电机交错并联网侧变流器环流控制策略

对采用平均模型对交错并联拓扑下的直驱式永磁同步风力发电机网侧变流器的环流问题进行了研究的同时,对三相电流在旋转坐标系下的零序分量的控制策略进行了深入分析,并从抑制环流的目的出发提出了在传统SVPWM调制算法基础上增加一个零序电流环的控制策略。仿真与实验结果验证了策略的可行性与正确性,表明提出的交错并联拓扑下的网侧变流器环流抑制策略具有较好的控制效果。

基于畸变电流的直驱式永磁风电变流器故障诊断研究

针对直驱式永磁风电变流器开关管开路故障诊断的问题,提出了一种基于机侧电流畸变规律的故障诊断方法。该方法研究了在不同开路故障类型下的机侧三相电流的畸变规律,总结畸变规律并设计诊断变量,实时监测低通滤波后的机侧三相电流并计算诊断变量,然后根据诊断变量得出诊断信号,最后根据诊断信号完成实时故障诊断,并在单管故障诊断方法的基础上提出了支持双管故障诊断的方法。实验结果表明,该方法对单管故障和双管故障均能进行准确且快速的诊断,诊断成本较低,鲁棒性较好,不容易出现误诊和漏诊。

兆瓦级永磁直驱式风力发电系统中背靠背变流器系统的设计

本文介绍了用于2MW直驱风力发电系统的自研全功率变流器的组成与设计,详细分析了该变流器系统所采用控制策略,认为在这一功率等级下,采用Us/fs=E0/fs矢量控制技术较常用的最大转矩/电流比控制更有利于系统的安全运行。同时,对其中的其它关键系统设计(通讯系统、系统保护与监控系统)做了说明。通过在风场的实际测试与运行,结果表明所设计的变流器系统能够满足设计要求,并配合整套风机系统实现最大功率捕获。

直驱型永磁同步风力发电机机侧变流器谐波抑制

永磁同步发电机定子电流中含有大量谐波,会大大增加电机的铜耗与铁耗,降低发电机组效率。该文利用谐振控制器对交流信号无差控制,针对定子电流中的主要谐波,采用谐振角频率可变的比例积分谐振控制器(PI-resonant controller,PI-RES controller)提出一种新的机侧变流器控制策略,在转子同步旋转坐标系下对定子电流进行控制,对指定次谐波进行抑制。仿真与实验结果表明,所述控制策略对指定次谐波电流抑制效果明显,提高了发电机组的效率。

永磁直驱风电系统变流器拓扑分析

永磁直驱风电系统变流器为永磁同步发电机和电网的接口,对其常用的拓扑进行了详细的分析和说明,包括不控整流+逆变器、不控整流+DC/DC变换+逆变器、背靠背双PWM变换器等拓扑,对其工作原理、应用和优缺点进行了介绍和对比,并针对风电机组对大功率变流器的需求,对大功率拓扑结构的特性和应用进行了详细的介绍。不控整流+Boost变换+并网逆变器和背靠背双PWM变换器2种拓扑是目前的优选方案,多电平变换器因其优良的性能将具有良好的发展前景。

变流器开路故障下永磁直驱风电系统运行分析

变流器是永磁直驱风电系统中故障率最高的器件,文中针对变流器故障后系统运行特性的变化,在变流器数学模型的基础上,深入分析变流器中一个开关管发生开路故障后的工作情况。研究表明:一个开关管发生开路故障后系统可持续运行,但会影响该变流器的正常工作,引起对应侧电流波形畸变。在MATLAB/Simulink环境下建立永磁直驱风电系统模型,并搭建永磁直驱风力发电实验平台,分别在3种不同的开路故障下进行仿真和实验,围绕机侧和网侧电流、直流母线电压、有功输出比例、总谐波畸变率,评估故障对系统运行特性的影响。根据仿真和实验结果得出变流器开路故障特征:一个变流器的开路故障对另一侧的正常运行影响较小,但故障器件对应侧的相电流出现波形畸变。

永磁直驱风电系统变流器开路故障诊断新方法

针对变流器发生开路故障后系统的运行特性,提出利用电流的Park矢量模值对电流绝对值的平均值进行归一化,用归一化后的数值和电流平均值的正负对风电系统变流器的单开路故障进行诊断。仿真和实验结果表明该文提出的故障诊断方法不仅能准确地对变流器的开路故障进行诊断,且能防止负载突变、电网电压骤降时误诊断的发生。

基于三电平全功率变流器的直驱式永磁风电并网控制技术

为提高基于大容量直驱式永磁同步风力发电系统的大功率风电并网的可靠性,设计了风电并网三电平全功率变流器。主要是利用传统并网控制技术即基于电网电压定向的电压、电流双闭环矢量控制策略,采用双PWM控制技术对三电平全功率变流器进行控制,以实现对有功和无功的解耦控制。运用Matlab/Simulink仿真软件进行风电并网系统仿真,仿真结果表明:三电平全功率变流器可有效改善风电大功率并网质量。

结合风速预测的直驱风电机组减载调频策略

直驱永磁风电机组常用的减载调频控制策略缺乏对风电机组运行经济性和调频能力的考虑,易导致系统出现调频能力不足或备用功率冗余的问题,对此提出了一种基于变减载率的优化减载调频策略。首先划分不同的风速模式,确立不同模式下的超速与变桨距协调控制方案;其次考虑系统调频能力和发电量两因素,设计函数求取不同工况下的最优减载率;由于风速波动频繁,风机控制具有延迟,因此利用风速预测和滑动窗口法对最优减载率做进一步调整;最后搭建系统仿真模型,通过改进的频率控制动态调整减载率参与系统调频。仿真实验表明,所提控制策略与常用的策略相比在实时风速、负荷扰动下系统频率动态偏差减小、达到最低值的时间延长,风机发电量增加,桨距角变化量减小。该策略能满足调频需求,提升调频质量,减小机械磨损,提高风机运行的经济性。

基于相电流瞬时频率估计的永磁直驱风电变流器开路故障诊断

为了提高永磁直驱式风电变流器的稳定性和可靠性,该文针对风电变流器功率管单管和双管故障,提出一种基于相电流瞬时频率估计的开路故障诊断方法。该方法首先提出一种基于加权滑动Hilbert变换的相电流瞬时频率估计方法,然后通过归一化的相电流瞬时频率残差来构造新的故障检测变量检测故障的发生;其次提出基于改进相电流均值法的多功率管开路故障定位方法实现故障功率管的定位。该文提出的故障诊断方法能够同时实现机侧和网侧的21种开路故障诊断,且避免增加额外的传感器,无需使用Park矢量变换和大量故障样本,故障特征更为显著、鲁棒性强。实验结果验证了所提故障诊断算法的有效性和鲁棒性。

直驱式永磁同步风力发电系统的并网控制

本文针对新疆金风公司1.5MW直驱式永磁同步风力发电系统,采用多变流器并联的方式,应用基于电网电压定向的电压、电流双闭环矢量控制策略,实现并网逆变控制。仿真实验结果表明,采用该控制策略实现了独立调节系统输出的有功功率和无功功率,注入电网的电流为正弦波,馈入电网的谐波畸变率很小,且系统具有良好的动静态性能。

线性自抗扰控制器在直驱式永磁风电机组虚拟惯量控制中的优化应用

针对常规PID控制器存在参数难以调节、抗干扰能力较弱,且参与调频后风机转速恢复速度慢、容易引起频率的二次波动等问题,提出了一种基于线性自抗扰控制器的直驱式永磁风电机组虚拟惯量控制新方法。通过优化辅助控制功率,使机组在抑制系统频率波动的基础上能够快速恢复风机转速,减弱对系统频率造成的二次扰动。仿真实验和物理实验验证了该方法的有效性和可行性。

直驱式永磁风力发电机组并网控制

为了省去直驱式永磁同步风力发电机组D-PMSG(direct-drive permanent magnet synchronous genera-tors wind turbine)串接的交-直-交变流器,减少初期投资费用,文中设计了D-PMSG并网控制策略。通过对交-直-交变流器的控制,使发电机定子电压与低频母线电压满足准同期并网条件时,短接串连在主电路中的双PWM变流器,将发电机定子直接连接在箱式变压器上,电能以低频传输到背靠背换流站,在换流站变换为工频送入电网。运用PSCAD/EMTDC软件仿真了两台机组的并网过程,并分析了并网控制策略的经济成本,结果表明这种并网方法具有一定的可行性。

直驱永磁风电机组电磁暂态仿真与稳定性分析

介绍了直驱永磁风电机组基本组成及换流器控制原理,推导了换流器的数学模型,并基于PSCAD/EMTDC软件搭建直驱风电机组风电场的电磁暂态模型,通过系统响应的模拟仿真,分析了直驱永磁风电机组的动态特性以及发生单相接地故障时的暂态特性。

减载运行方式下直驱永磁风电机组虚拟同步控制策略

随着风电并网容量的增加,导致系统惯量支撑能力不足,电网频率失稳等问题日益显著,虚拟同步发电机技术模拟同步发电机运行特性成为一种有效的解决方案。以风电场主流机型之一的直驱永磁风电机组为研究对象,在并网控制中引入虚拟同步控制策略,提高直驱永磁风电机组的等效惯量,使其向电网输送平滑功率。并利用机组自身超速和变桨协调控制提供备用容量,通过虚拟同步发电机的惯量响应控制环节增发有功出力,从而提升系统一次调频能力。仿真结果表明,所提出的协调控制策略能够充分利用风电机组自身减载运行和虚拟同步发电机技术,有效提升并网系统的频率稳定和惯性支撑效果,有利于电力系统的安全稳定运行。

面向海上风电仿真的永磁同步发电机电磁暂态等效建模方法

海上风电的建模与仿真是构建新能源为主体的新型电力系统的关键支撑技术。永磁同步发电机(PMSG)作为直驱或半直驱机型的核心元件,现有模型存在一定的局限性:商业软件提供的灰箱模型无法得知建模原理,开放程度不够,限制了风电机组应用高效电磁暂态建模算法与并行加速算法;目前常用的PMSG建模方法无法生成接口与外电路连接;PMSG是同步发电机的一种,而同步发电机有不同阶数的数学模型,现有模型不便更改。针对上述问题,该文提出阶数可选的PMSG电磁暂态等效建模方法。首先对发电机电压、磁链方程进行离散化;然后通过单步长延时消除代数环,重构PMSG模型,推导得到其诺顿等效电路并构建模型整体仿真框架;最后,在RTDS仿真平台中进行仿真分析。结果表明四阶、二阶模型在场站级仿真具有适用性,而六阶模型实现了对基准模型的多工况高度拟合,平均相对误差小于4%,能够同时满足场站级与机组内部各仿真需求。

直驱式永磁同步风电机组的风电场降阶等值模型

针对直驱式永磁同步风电机组的风电场等值建模这一难题,采用模型降阶方法和参数辨识技术,提出了一种风电场降阶等值模型构建方法。该方法首先根据直驱式永磁同步风电机组的数学表征构建聚合风电场的等值模型,采用平衡截断模型降阶方法进一步对风电场等值模型进行降阶处理,建立风电场降阶等值模型;然后利用确定自回归移动平均方法辨识等值风电场的模型参数,并通过实例风电场进行仿真分析。算例分析表明,数据的降阶等值模型能够合理表征风电场的并网运行状况,在风速波动和电网扰动下均能反映出风电场的动态输出特性,可为直驱式永磁同步风电机组的风电场运行分析及并网研究提供参考。