基于功率指令切换的双级式构网型光伏故障穿越控制策略

在新型电力系统构建中,构网型光伏将发挥巨大作用。但受限于电力电子器件过流能力,目前针对构网型光伏的故障穿越控制策略还需进一步完善。综合考虑逆变器稳态和暂态过流抑制,提出了一种基于功率指令切换和虚拟阻抗的双级式构网型光伏发电故障穿越控制策略,该策略计及光伏直流侧动态响应,能够实现满足电流限幅约束的前提下向并网电压提供无功支撑,同时保持故障期间构网型光伏对系统惯性的支撑特性,提升大扰动下光伏换流器暂态功角稳定性。仿真结果表明,在电网发生严重电压跌落的情况下,所提控制策略可在保持逆变器直流侧电压稳定的同时实现故障穿越功能。

大功率光伏逆变器的低电压穿越控制

光伏逆变器作为将太阳能转化为可用电能的关键设备,其性能和效率对光伏发电系统的运行和电能质量具有重要影响。文章对光伏逆变器低电压穿越控制进行研究,着重探讨低电压穿越的原因和影响,分析现有的低电压穿越控制策略,并提出一种高效可靠的控制方法。

适用于海上风电分频输电的模块化多电平矩阵变换器故障穿越控制策略

作为海上风电分频输电(fractional frequency transmission system,FFTS)的重要装置,模块化多电平矩阵变换器(modular multilevel matrix converter,M3C)的故障穿越是海上风电并网安全稳定运行的重要问题之一。为研究M3C故障穿越控制,首先基于M3C双dq坐标系下的数学模型和稳态控制策略,在MATLAB/Simulink中搭建仿真模拟电网发生三相对称故障的情况,分析M3C的暂态特性,并提出故障穿越策略。通过改变M3C低频侧交流电压指令,迫使风电场根据自身低电压穿越策略减少输出功率,从而降低M3C传输的有功功率;M3C工频侧采取有功平衡优先、剩余最大无功输出的控制策略以支撑网侧跌落电压;且根据系统对有功无功功率的需求分为有功无功兼顾、有功优先、无功优先3种场景的控制方案。仿真结果表明,所提策略可以根据不同的控制需求提升M3C故障穿越的能力,保证M3C各子模块电容平均电压不超过阈值,无需额外卸荷电路和通信即可实现电网故障期间的安全穿越,同时有利于维持风机持续并网运行和电网电压的恢复。

光伏并网发电系统低电压穿越控制技术探究

在工业社会持续发展、科学技术日益更新,人类开展基本的生产生活活动时对能源的需求量不断增强,地球上不可再生资源逐渐变少。以煤炭等为主的化石燃料开采应用威胁到人类生存环境,引发严重生态恶化现象。在这种形势下,借助可再生资源让能源结构得到改变,实现人类和自然的和谐发展。太阳能作为取之不尽用之不竭的可再生资源,利用它来开展光伏发电已成为了当前极具发展潜力的新兴发电形式,而光伏并网系统作为太阳能光伏发电领域的分支,得到了社会各界的高度关注,其中低电压穿越技术是该系统应用的一项核心技术,直接关系到并网系统的稳定安全运行,故而对该技术展开深入探索很有必要。

全桥型MMC-HVDC直流短路故障穿越控制保护策略

直流故障穿越是柔性直流输电(voltage sourced converter based high voltage direct current transmission,VSCHVDC)技术面临的重要问题之一。全桥型模块化多电平换流器(full bridge modular multilevel converter,FBMMC)能够快速清除直流侧故障,是实现直流故障穿越的理想拓扑。该文首先分析现有换流阀闭锁保护策略下电容放电阶段和换流阀闭锁阶段的等效电路,推导电容电压和电流的解析式。针对实际工程中功率模块具有恒功率负载特性,换流站闭锁期间功率模块电容电压逐渐发散并最终导致交流断路器跳闸的问题,提出一种FBMMC-HVDC的故障穿越控制保护策略。在故障穿越期间,换流器处于可控状态,能够避免电容电压发散,无需切断交直流系统连接;在故障清除后能够立即恢复正常运行,具备暂时性和永久性直流故障穿越能力。在PSCAD/EMTDC软件中构建了FBMMC-HVDC仿真模型,对比上述两种保护策略,分析两种策略各自的优缺点。

风电系统中低电压穿越控制研究

目前在我国电力行业发展的过程中,风电系统的运用有着十分重要的意义,这不仅有效的提高了资源的利用率,还满足了人们的用电需求。不过,从当前我国风电工程发展建设的实际情况来看,其风电系统在实际运用的过程中,还存在着许多的问题,这就对风力发电有着严重的影响。因此为了保障风电系统的正常运行,人们就将低电压穿越控制技术应用到其中,以避免风电系统在运行过程中,出现故障问题。本文首先对低电压穿越控制系统的相关内容进行简要的介绍,其次讨论了低电压穿越控制系统在风电系统的实际应用,以供参考。

海上风电经柔直送出系统受端交流故障联合穿越控制策略

针对传统故障穿越控制存在的风电场减载响应慢、直流耗能装置成本高等问题,文章提出一种风电场快速降压减载和直流耗能装置配合的受端交流故障联合穿越控制策略。通过阐明受端电网故障时的直流过电压机理,分析送端系统交流电压与风场侧电流、直流侧电压的耦合关系,提出了基于前馈直流电压补偿的送端换流站降压法;根据风电并网导则确定风电场稳定运行域,基于风电场减载裕度优化直流耗能装置容量,提出了受端交流故障时风电场降压减载和直流耗能装置联合的穿越控制动作时序;基于PSCAD软件搭建某海上风电柔直工程的电磁暂态模型。不同工况的仿真结果表明,文章所提出的联合穿越控制方法能够减少直流耗能装置的配置容量,并提升海上风电柔直送出系统的故障穿越能力。

双馈风力发电机低电压穿越控制策略量化评价

近年来风电发展迅速,低电压穿越(LVRT)能力是衡量其暂态运行能力的关键指标。已有学者对提高双馈风力发电机(DFIG)的LVRT能力进行了大量研究,然而针对不同的LVRT控制策略缺乏定量的评价标准。针对DFIG,利用局部输入—输出稳定理论,以外部电压变化为扰动,提出了DFIG的LVRT控制策略定量评价标准。首先,基于局部输入—输出稳定理论的积分—积分估计形式,结合DFIG实际运行要求以及不同控制策略在持续电压干扰下的响应,分析了各个控制策略的局部输入—输出稳定属性。然后,考虑到利用线性函数估计输入—输出增益保守性较大,采用了分段线性函数,并设计了相应算法。最后,基于量化的局部输入—输出稳定属性,提出了定量评价指标,分析了不同控制策略的优劣,并给出了具体改进方案。算例测试证实了改进方案能够在无附加硬件时,充分利用不同控制策略的优势。

基于概率可靠性评估的永磁直驱风机低电压穿越控制模型参数辨识

参数的准确获取有助于提高永磁直驱风机低电压穿越控制模型的仿真精度。复杂模型不仅存在参数多、无法全部测试获取的问题,非目标参数的不精确状况也会影响到目标参数辨识的准确度。通过灵敏度分析判断参数获取的难易程度,作为选择辨识顺序的依据。将非目标参数随机设置在经验范围内,采用概率可靠性评估方法选取用于准确辨识目标参数的观测变量。针对目标参数,采取兼顾辨识优先顺序和对应观测变量选取的分步辨识策略,获取高概率可靠性的辨识结果作为最终参数值,消除非目标参数设置不准确的影响。基于所提方法,对永磁直驱风机低电压穿越控制模型中目标参数进行理论辨识,并通过实测数据进行验证。

应用于交直流混合配电网的PET故障穿越控制

电力电子变压器有望替代传统变压器成为交直流配电网的能量传输枢纽,当交流电网电压发生常见的单相跌落故障时,对电力电子器件及用户都会造成严重影响,需要其相应的故障穿越控制,保证电力电子变压器不会因故障闭锁脱网,并且维持其稳定的运行状态。文中提出一种适合交直流配电系统的模块化多电平变流器型电力电子变压器拓扑,并设计各部分的控制策略。首先,采用序分量控制维持不对称故障下输入级电流和电压的稳定性,在此基础上提出一种无功分段补偿控制向网侧提供无功支撑,以实现故障期间的低电压穿越。其次,调制波信号中注入合适的三次谐波,抑制电压单相跌落时子模块电容电压波动,提高故障时直流电压的稳定性。最后借助Matlab平台搭建了仿真模型,验证了该拓扑及控制策略的正确性与可行性。

低电压穿越控制策略下双馈风电机组故障电流特性的研究

在电压跌落程度不大的远区非严重故障情况下,低电压穿越控制策略的采用使得双馈风电机组的转子绕组仍由变频器进行励磁。因此,非严重故障情况下双馈风电机组的故障电流特性取决于低电压穿越控制策略下变频器的响应特性。针对此,本文分析了低电压穿越控制策略下转子侧变流器的故障响应特性,得到了转子绕组故障电流的统一计算模型。在此基础上,对非严重故障情况下双馈风电机组的定子绕组故障电流特性进行了研究,建立了定子绕组故障电流的统一解析表达式。数字仿真结果证明了理论分析的正确性。

双馈风力发电系统低电压穿越控制策略研究

近年来,在双馈风力发电系统的使用过程中,高电压引起了严重的安全隐患,人们开始引进低电压穿越控制系统,并采用有效的运行策略,满足了双馈风力在发电过程中对用电系统的低电压穿越控制,有效提高了风力发电机的可靠性,实现了高效平稳运行。文章基于发电模型,分析论证各个情况,验证控制系统的有效性。

异步电机高频电压穿越控制系统设计

异步电机在高频电压作用下输出偏差较大、功率饱和度差,为了提高异步电机高频电压穿越控制能力,提出基于零相移滤波和电机动态频率响应特性分析的异步电机高频电压穿越控制方法。构建异步电机高频电压穿越的交流频率和直流电压参数分析模型,采用直流型分布式电源输出转换控制的方法进行异步电机高频电压输出特征检测,建立异步电机高频电压穿越的间歇性波动控制模型,采用零相移滤波方法进行控制过程的干扰抑制,根据电机的动态频率响应进行干扰抑制和反馈调节,结合交直流混合微电网控制结构实现异步电机高频电压穿越控制系统设计。测试结果表明,采用该系统进行异步电机高频电压穿越控制的输出稳定性较好,功率响应饱和度较高,提高了电机的输出效能。

交流不对称故障下MMC-HVDC系统的故障穿越控制研究

MMC-HVDC系统中交流电网发生不对称故障会导致三相电压不平衡,进而产生正负序分量影响系统的控制性能,严重时甚至引起换流站闭锁。介绍了MMC-HVDC系统的拓扑结构、工作原理以及数学模型。在分析交流不对称故障下系统运行特性的基础上,设计了适用于交流不对称工况的MMC负序电流抑制器,用以抑制交流不对称故障下换流站的负序电流,并对此时系统直流侧电压存在二倍频波动的问题进行分析,提出了两相旋转坐标系下的PI解耦控制来实现对直流侧电压二倍频分量的抑制,使系统在交流不对称故障下具备故障穿越能力。在PSCAD/EMTDC建立仿真模型,验证了所提出的故障穿越控制策略的有效性。

一种改进状态滤波的单边直线感应电机穿越边端效应控制

单边直线感应电机(single-sided linear induction motor,SLIM)应用于中低速磁悬浮牵引系统时,因常导电磁悬浮气隙的波动而导致电机的实际机械气隙波动,从而引起电机动态等效电路相关控制参数的时变不稳定。对此该文分别将初级电流的d/q轴分量和考虑动态端部效应影响的等效互感、电阻参数作为状态观测量,进行了以内部状态互联的双观测器为基础的数学建模,同时根据观测器内部参数波动受限于局部有界的条件,从非周期和周期性时间波动两个方面进行了状态偏差的李雅普诺夫稳定性论证。另一方面,考虑到SLIM在初级电流场穿越横向铁心端部时出现的谐波扩散现象,对互联观测器内部的状态滤波器进行了改进设计,使得SLIM能直接穿越畸变电流扩散区运行而不影响电机控制系统的稳定性。实验部分对所提算法的有效性进行了验证。

变速恒频双馈风电机组低电压穿越计算机控制方法研究

为了提高变速恒频双馈风电机组低电压穿越能力,改善故障穿越后机组的稳定性,提出一种新的变速恒频双馈风电机组低电压穿越计算机控制方法。介绍了变速恒频双馈风电机组模型,其主要包括直流侧电容、机测变流器、网测变流器和变速恒频双馈机。在电压骤降程度较小的情况下,通过励磁方法实现低电压穿越计算机控制。在电压骤降程度较严重的情况下,通过转子侧Crowbar电路与直流侧Crowbar电路实现低电压穿越计算机控制。实验分析了电压骤降较小和较严重情况下控制方法的控制结果,以及变速恒频双馈风电机组低电压穿越性能,结果表明所提方法控制性能高。

基于模型预测控制的风电场故障穿越有功无功优化控制策略

电网故障易造成并网风电场内风力发电机端电压骤变进而导致风力发电机跳闸,威胁风电场的安全运行。提出一种基于模型预测控制(Model Predictive Control,MPC)的风电场故障穿越有功无功优化控制策略。首先,基于下垂控制,根据并网点(Point of Common Coupling,PCC)电压得出故障下的风电场总有功无功参考值。其次,基于风电场的预测状态空间模型与功率-电压灵敏度计算公式,建立以最小化各风力发电机端电压波动为优化目标的基于MPC的优化问题数学模型,求解得到各风力发电机有功无功参考值。在深度故障下,协调控制静止无功发生器(Static Var Generator,SVG)补偿系统无功缺额以维持PCC电压稳定。仿真结果表明,所提控制策略能将PCC点电压与WT端电压快速有效地稳定在可行范围内,提升风电场的故障穿越能力。

风电场经柔性直流输电系统故障穿越协调控制研究

当大型风电场经柔性直流输电系统长距离输送时,需解决交流电网故障时导致直流功率过剩及电压上升等问题。传统方法中仅用卸荷电路或改变控制策略都各自存在缺陷,不能够快速、经济、可靠地完成故障穿越。针对以上问题,提出一种投入自调控耗能电阻与通过风场最大功率跟踪减少输送功率相结合的故障穿越协调控制策略。在故障初期投入耗能电阻来弥补控制策略通信延时的问题。其次在引入最大功率跟踪减载后,可适当退出部分耗能电阻,从而避开单一方案的缺点,取得更好的故障穿越效果。最后基于PSCAD/EMTDC建立模型,仿真验证了该协调控制策略的有效性。

基于零动态和超扭曲的双馈风机暂态控制策略

为充分考虑双馈感应发电机(doubly-fed induction generator,DFIG)故障状况下的非线性特性,使用一种参数自适应超扭曲滑模控制器(super-twisting adaptive sliding mode control,STASMC)对多输入多输出(multiple input multiple output,MIMO)系统的零动态(zero dynamics,ZD)方法进行改进,提出一种ZDSTASMC控制方法用来提高DFIG的暂态电压稳定性.使用ZD方法解耦了原始系统的内部和外部动态,简化控制设计任务.为进一步提高在参数不确定性和外部扰动下的电压调节能力,将ZD方法与STASMC相结合,通过STASMC构造辅助输入提升了DFIG的暂态性能,减少建模误差和实际过程中各种误差的影响.改进后的ZD方法可减小线性化误差的影响,加强了DFIG的暂态性能.通过算例在三相故障下的仿真,验证了所提ZD-STASMC控制相比ZD控制方法以及常规比例-积分控制方法,在故障期间有更好的暂态性能,故障切除后也能更快恢复稳定.ZD-STASMC策略能有效增强DFIG的故障穿越能力.

永磁直驱风机低电压穿越协调控制策略

已有的平衡控制策略无法同时兼顾直流侧电压稳定和并网有功无2倍工频波动,为此提出一种适用于永磁直驱风机的改进低电压穿越协调控制策略。该策略基于功率平衡思想,电网电压不对称故障期间,利用机侧变流器追踪并网输出有功,确保直流侧两端的功率流动基本平衡;通过在直流侧增加前馈控制环节,在消除并网有功2倍工频波动分量的同时,可维持直流侧端电压稳定;通过修正网侧变流器的参考电流指令,可使网侧电流维持在额定值附近。基于Matlab/Simulink搭建了永磁直驱风电仿真系统,验证了其有效性。在电网单相、两相短路故障时,该策略均可在抑制直流侧电压和并网有功波动的同时,有效地限制网侧电流幅值,更好地支持系统低电压穿越。