直驱风机网侧换流器引发次/超同步振荡机理研究

针对实际电网发生的直驱风机引起的次/超同步振荡现象,以典型的单机并网模型为例进行研究。考虑锁相环的动态特性,在电网dq坐标系下建立直驱风机等效控制模型。分析网侧换流器对电网谐波的响应过程,发现当换流器输入输出谐波间相位满足一定关系时,会因为正反馈在某一频率下产生次/超同步振荡。振荡强度和振荡频率与锁相环比例和积分系数、电流内环比例系数及电网强度等多个因素相关。基于该相位关系,给出直驱风机引发次/超同步振荡的判据,并由该判据可以获得直驱风机引发次/超同步振荡的频率,时域仿真及频谱分析结果验证了该判据的有效性。

弱电网下直驱风机网侧换流器建模及稳定运行控制策略分析

直驱风机网侧换流器可能因与弱电网动态交互引发系统失稳问题.为探究系统的交互机理,保证系统的稳定运行,首先对直驱风机并网模型进行了合理简化,建立了弱电网下直驱风机网侧换流器与电网交互的单输入单输出传递函数模型,并应用经典频域判据进行稳定性分析,探究电气与控制环节对于系统稳定性的影响.其次在分析锁相环导致系统失稳的原因基础上,提出了一种新型3阶锁相环控制结构设计方案,并对锁相环参数进行了多目标优化设计.结果表明,3阶锁相环具有更好的谐波衰减效果,在短路比为2的极弱电网下仍可以保持稳定运行.最后基于MATLAB/Simulink仿真平台验证了所提设计方案的有效性.

双馈异步风力发电机网侧换流器控制策略研究

双馈异步风力发电机(DFIG)采用两个背靠背、通过直流环节连接的两电平电压型PWM换流器进行交流励磁,实现变速恒频运行和最大风能追踪控制,因此DFIG的运行控制主要是对交流励磁变换器的控制。双馈异步风力发电系统的控制分为机侧换流器控制与网侧换流器控制。研究网侧换流器的控制策略。双馈异步风力发电系统网侧换流器主要用以保证输入电流正弦,控制输入功率因数和保持直流母线电压的稳定。根据网侧换流器系统的数学模型,分析其工作原理与稳态特性,设计基于电网电压定向的电流内环PI控制及电压外环PI控制的双闭环控制略。通过matlab/simulink软件仿真,直流母线电压在双闭环控制策略下能快速的达到给定值并处于稳态,换流器输入电流亦保持正弦。所提出的双闭环控制策略能很好地实现换流器输出电压和输入电流的有效控制,具有实际意义和应用价值。

DFIG网侧换流器设置双开关表的直接功率控制策略研究与仿真

针对双馈型风力发电机中背靠背布局的双电平三相电压型PWM整流器中的网侧换流器,在分析其数学模型的基础上,采用设置双开关表的直接功率控制(DPC)策略,对网侧换流器进行控制,并且利用MATLAB/Simulink软件对设计的控制器进行了仿真分析。仿真结果显示,该DPC策略能够保证直流母线电压稳定,网侧功率因数为1,有效地控制有功功率和无功功率,使能量双向流动,具有良好的性能。

双馈型风电机组网侧换流器无功功率调节控制策略

伴随社会经济发展速度的不断提升,风电机组单机容量不断递增,与此同时,风电场数量也随之递增,从而导致整个电网中风电容量也在增加,从某种程度来说,风电场对电网具有极其深远的影响.借助双馈型风电机组能够达到良好的应用效果,这与其自身的无功功率调节有着密切的联系,最大限度改善风电网运行状态,强化其自身的无功功率道的调节,提升其自身的实用功能.

基于自抗扰技术的DFIG网侧换流器直接功率控制策略探究

针对双馈型风力发电机中网侧变换器,在分析其数学模型的基础上,采用基于自抗扰控制的直接功率控制策略对网侧变换器进行控制。并且利用Matlab/Simulink软件对设计的控制器进行仿真,仿真结果显示,该控制策略能够保证直流母线电压稳定,网侧功率因数为1,当系统发生扰动时,该控制策略较传统PI控制具有更强的鲁棒性,控制效果理想。

基于模块化多电平换流器的高压直流电网机电暂态仿真模型

提出了基于模块化多电平换流器的高压直流电网机电暂态仿真模型。阐述了模块化多电平换流器交流侧等效模型及其控制系统模型,介绍了基于能量等效原则的换流器直流侧等效电容的计算方法。建立了基于隐式梯形积分的直流网络计算模型,能够处理含有中间连接点的任意结构的直流网络。提出了包括直流侧故障在内的4种形式的故障处理方法。在四端直流电网系统中,通过与电磁暂态模型的对比,验证了所提模型及故障处理方法的仿真准确性。

MMC直流侧故障有源限流策略

为了避免直流短路故障威胁到模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)型柔性直流电网的安全可靠运行,该文提出了一种适用于半桥型MMC直流侧故障的有源限流策略,限制直流短路电流和桥臂电流的峰值及上升速率。首先,该文阐述了故障期间系统控制策略对故障电流的影响,然后通过反馈桥臂电流分别调整差、共模调制波,进而改变上、下桥臂中子模块的数量及分配,达到快速抑制交、直流侧故障电流的目的。其次,推导了考虑有源限流策略下的故障电流解析式,并分析了该限流策略对控制系统稳定性的影响,为有源阻尼参数选取提供理论依据。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建四端柔性直流电网模型,仿真结果表明:有源限流策略不仅能够显著降低直流断路器开断故障电流,且能保证桥臂内器件的安全。

直流电网中直流断路器失灵保护方案研究

针对基于模块化多电平换流器的柔性直流电网直流侧故障难以快速清除的问题,对基于MMC的柔性直流输电技术的基本原理和3种主流的直流侧故障隔离技术进行了研究。分析比较了3种高压直流断路器技术路线,选择混合式高压直流断路器作为清除柔性直流电网直流侧短路故障的方案,介绍了一种混合式高压直流断路器的基本结构和直流故障处理过程。参考交流电网断路器失灵保护策略,提出基于柔性直流电网的输电线路和母线上直流断路器失灵保护方案,并在PSCAD/EMTDC上搭建模型进行仿真验证。研究结果表明:所提出的断路器失灵保护方案在线路和母线上断路器未成功动作时使相邻断路器跳闸,实现故障的彻底隔离,并清除短路故障电流。

含并联直驱风电机组并网的风电场多开环模式谐振

针对电力系统中的次同步振荡问题,采用开环模式谐振分析方法研究了多台具有相同参数的直驱风电机组并联并网后引发电力系统次同步振荡的多开环模式谐振现象,构建了以直驱风电机组为反馈子系统和电力系统其余部分为前馈子系统组成的闭环互联模型。针对网侧换流器直流电压外环和锁相环动态主导的振荡模式,研究2个子系统之间的多开环模式谐振。模式分析计算结果表明,多台直驱风电机组的并网会导致锁相环模式的阻尼降低;并联并网直驱风电机组的数目增加会导致电力系统的次同步振荡。

永磁直驱风电系统网侧换流器混合控制策略研究

针对永磁直驱风电系统网侧换流器模型存在非线性和强耦合的特点,提出了一种非光滑控制和反推控制相结合的混合控制策略。在dq两相同步旋转坐标系下建立网侧换流器非线性数学模型,采用非光滑控制理论和反推控制方法分别设计了外环直流电压控制策略和内环电流控制策略。在外环控制方面,通过结合非光滑理论的有限时间控制方法和扩张状态观测器(extended state observer,ESO)对于系统扰动的估计作用,设计了直流电压控制器。在内环控制方面,采用附加扰动补偿的反推控制方法进行设计,利用扩张状态观测器对外部扰动造成的系统内环不确定因素进行估计,将估计量引入到反推迭代控制律的设计中进行补偿,通过选择合适的Lyapunov函数,推导出内环电流反推控制律,使内环系统满足Lyapunov渐近稳定条件。仿真结果表明,与常规的PI线性控制策略相比,所提混合控制策略能够有效提高永磁直驱风电系统在电网扰动时的并网动态特性。

次同步扰动下的双馈风机系统多频率响应分析

基于传递函数的思想分析了次同步扰动下双馈风机系统的多频率响应。首先,基于次同步扰动信号的响应路径,将双馈风机系统分为受控异步机系统和网侧换流器系统。其次,基于次同步扰动信号在受控异步机系统内各环节的作用或响应流程,定性推导并分析了受控异步机系统各环节的频率响应,获得了异步机转子和定子的多频率响应。再次,基于次同步扰动信号在网侧换流器系统各环节的作用或响应流程,定性推导并分析了网侧换流器系统各主要环节的频率响应,获得了网侧换流器注入系统的各频率响应。由此,获得了双馈风机系统整体在并网点输出的电流多频率响应,揭示了次同步扰动下,双馈风机并入系统的多频率特性。最后,基于仿真验证了上述理论分析的正确性。

提升双馈风力发电系统低电压穿越能力的跟踪控制方法

为提升双馈风力发电系统的低电压穿越(LVRT)能力,提出一种基于状态相关Riccati方程(SDRE)技术的网侧换流器(GSC)跟踪控制方法。并网导则要求风电场在LVRT过程中须注入一定无功功率支撑电压恢复,为了改进非线性状态调节器在无功支撑能力上的不足,针对双馈风力发电系统的GSC设计非线性无功功率跟踪控制器,并采用SDRE技术求解状态反馈控制律。在维持LVRT过程中直流电压稳定的基础上,该方法能充分利用GSC的无功功率调节能力,为电网提供无功功率支撑以避免电压恶化。最后,在Matlab/Simulink平台搭建9 MW双馈风力发电系统,并在三相接地故障下进行仿真验证,结果显示,所提出的GSC控制方法具有良好的暂态表现,能够有效提高双馈风力发电系统的LVRT能力。

高频扰动下的双馈风机系统频率响应及其振荡风险分析

随着大量电力电子设备接入电力系统以及双馈风机的应用,发生在直流外送系统中的高频振荡问题受到广泛关注。为此,开展了高频扰动下双馈风机系统的频率响应及其振荡风险研究。一方面,通过仿真分析验证了高频扰动下双馈风机系统存在类似次同步扰动下的多频率响应,揭示了高频扰动下双馈风机并入系统的多频率特性;另一方面,采用扫频法和阻抗法分析了200~1 100 Hz频段内双馈风机系统的阻抗频率特性,验证了基于简化模型的阻抗法分析高频振荡风险的有效性,并初步评估了特定参数下的双馈风机系统高频振荡风险。

葛上直流输电系统中的换流变压器

换流变压器在换流过程中的功能是“变压”和“裂相”,与换流阀组一道,在交流电网和直流线路之间起联接和协调作用,将功率由交流系统传输到直流系统。 为了适应换流器的工作条件,换流变压器具有一系列独特的性能,这使换流变压器的设计和制造比一般变压器更为困难。换流器交流侧电流中含有高次谐波(特征谐波),使变压器损耗增加,并可能产生局部过热;换流阀的不同步触发,将在交流侧和变压器中产生非特征谐波和直流分量。