不平衡电网电压下双馈感应发电机转子侧变换器的比例–谐振电流控制策略

为了研究不平衡电网电压条件下双馈感应风力发电机(doubly-fedinduction generator,DFIG)系统增强运行能力的有效控制策略,提出了网侧、转子侧变换器的比例–谐振电流控制方案以及两者之间的协同控制策略。针对电网电压不平衡条件下DFIG转子侧变换器,提出了一种在两相定子静止αβ坐标系中实施的比例–谐振(proportional-resonant,P-R)电流控制方案,以实现对DFIG转子电流无需正、负相序分解的统一调节。采用正序d+轴电网电压定向简化了各种增强运行能力控制目标下的转子正、负序电流指令值算法,设计了相应的DFIG不平衡控制策略。实验研究表明,这种P-R电流控制方案能够实现转子侧变换器选定控制目标,具备优良的动态调节性能,可增强不平衡电网电压故障下DFIG风力发电机系统的不间断运行能力。

风电系统网侧变换器并联方案与控制策略研究

面向并联的网侧变换器设计了交错式PWM方案,并基于此提出了系统在各种电网情况下的控制策略。该方案的关键是根据具体的网侧变换器为其PWM载波设计恰当的相位差。这样可显著削减因为变换器器件开关引起的电网电流谐波。该方案的另一个价值在于,在不同电网电压条件下,甚至短暂的电网故障情形下,通过对电网电压和电流的负序分量进行检测和控制。所设计的广义电网同步和电流控制器的方案可有效工作。对提出的调制策略和控制方法进行了仿真和实验,结果验证了方案正确可行。

离网型双馈风力发电机组控制策略研究

本研究首先分析了离网型风力发电机组的数学模型,以及转子侧变换器、定子侧变换器的数学模型。然后根据数学模型,在转子侧变换器推导了直接电压矢量控制,其控制目标为定子侧的输出电压的幅值与频率;在定子侧变换器推导了基于定子电压矢量定向的矢量控制,采用电压平方外环、电流内环的双环控制,其控制目标为直流母线电压。为验证该控制策略,搭建了仿真模型,仿真结果显示,该方法能够实现离网型双馈风力发电机组输出稳定的电压。

不平衡电网电压下基于滑模变结构控制的双馈风电系统转子侧变流器控制策略

在两相静止坐标系下,建立了基于功率控制的双馈电机统一的数学模型,该模型在平衡和不平衡电网电压条件下均适用。采用基于滑模变结构的直接功率控制方法实现了对双馈风电系统转子侧变流器的控制,该方法控制结构简单,动态响应快,鲁棒性强。在不平衡电网电压条件下,提出了一种新型的功率优化补偿控制策略。该控制策略可直接对转子侧变换器的功率给定进行补偿,无需对定、转子电流进行正、负序分解,简化了系统控制结构;更重要的是其能有效降低定子电流扰动对功率补偿量的影响,系统鲁棒性得到明显提高。仿真和实验结果均证明了该控制策略的正确性和有效性。

电网电压不对称故障跌落时双馈风电机组控制策略研究

双馈风电机组在发生电网电压跌落故障时,电机定子磁场中不仅有暂态的直流分量,而且还有负序分量。为了抑制由于不对称的电网电压而引起的定子电流不均衡,以及提高含DFIG风电系统的安全性和运行稳定性,本研究对电网不对称条件下DFIG风电系统提出了两种有效的控制策略,结合双馈风力发电机在三相静止和同步旋转坐标系下的数学模型,利用基于功率控制的动态转矩电流协调控制来抑制电网电压不对称定子电流不平衡的影响。分析了双馈风力发电机在非对称情况下的网侧变换器、转子侧变换器和DFIG定子输出瞬时有功和无功功率的构成。为了解决以上问题,本文将DFIG风电机组作为分析对象,详细研究了DFIG的工作原理和其在电网电压不平衡工作状态下的运行情况,然后提出了一种利用双二阶广义积分器的正、负序分量提取的方法,并结合抑制电流负序分量的控制策略与抑制直流母线电压的控制策略,从而实现了对网侧电流的优化调整,并在保持直流母线电压稳定的条件下,进一步提升了DFIG风力发电机的性能。最后,构建了一个适用于不对称电网电压条件的DFIG风力发电机组自我调节模型,通过MATLAB/Simulink进行仿真实验,证明了这些控制策略在解决电网电压不对称问题中的可行性和有效性。

双边不对称工况下无网侧变换器型可变频率变压器的控制策略

针对可变频率变压器转子电压不可控的问题,提出一种无网侧变换器的可变频率变压器(NGSCVFT)拓扑结构。基于该拓扑结构,建立双边对称和不对称工况下NGSC-VFT的完整数学模型,并深入研究NGSC-VFT的控制策略。定子侧串联补偿变换器以维持直流母线电压、独立控制无功功率和消除定子负序电压为目标,转子侧串联补偿变换器以消除转子负序电压为目标。仿真结果表明:采用所提NGSCVFT拓扑结构,无需网侧变换器即可维持直流母线电压,有功功率动态跟踪效果更快,直流电容电压更低,无功功率可独立控制,双边不对称工况下转矩和功率的波动得到进一步抑制。新拓扑提高了VFT系统的不对称故障穿越能力。

双馈风力发电系统转子侧PWM变换器及其对双馈感应发电机的运行控制

首先建立了双馈感应发电机(Doubly-Fed Induction Generator,DFIG)在同步旋转坐标系下矢量形式的数学模型,并以此对DFIG的运行性能、功率之间的关系及控制目标进行分析,在此基础上设计出以定子电压定向的转子侧PWM变换器控制策略,最后建立了基于英飞凌XC2785单片机的双馈风力发电系统试验平台,使双馈风力发电系统能在次同步、同步和超同步三种状态下运行,并实现定子侧变速恒频和功率因数可调。试验结果验证了该方案的可行性和正确性。

双馈风电机组转子侧变换器改进优化控制

准比例谐振控制器在静止坐标下能够对特定频率的交流信号实现无静差控制,基于此结合双馈风力发电机的静止αβ坐标系下的数学模型,提出了转子侧变换器PR控制。该方法将电流内环的有功和无功分量转换到静止坐标系下,利用准PR控制器进行跟踪给定信号,实现了有功、无功功率解耦控制。与传统PI控制策略相比,优化的控制策略减少了坐标旋转变换,提高了控制系统的鲁棒性。在PSCAD/EMTDC环境下搭建了仿真模型,仿真结果验证了文章控制策略的有效性和无功在抑制电网电压波动的作用。

电网电压对称故障时双馈风电机组转子电压补偿控制策略

为抑制电网电压跌落时双馈风力发电机(DFIG)的转子过电流,在分析了DFIG转子侧数学模型的基础上,提出一种转子电压补偿控制策略,即通过控制转子侧变换器(RSC)的输出电压,对转子反电动势(EMF)进行补偿。根据RSC的电压容量,分析了其完全补偿范围,同时分析了补偿控制算法对定子磁链的影响。该补偿控制算法减慢了定子暂态磁链的衰减速度,但是可以有效控制转子暂态电流。RSC的完全补偿范围与转子转速以及电压跌落深度有关,当EMF幅值在RSC的完全补偿范围之内时,该控制策略可基本消除转子电流波动;当EMF幅值在RSC的完全补偿范围之外时,该控制策略可有效抑制转子电流冲击。仿真结果表明,当电网电压标幺值跌落至0.2时,采用转子电压补偿控制可将转子电流幅值削弱39%。因此,所提出的控制策略可以增强DFIG的低电压穿越能力。

双馈风机转子侧变换器参数对次同步振荡的交互影响机理及其应用研究

当双馈风机转子侧变换器（rotor-side converter,RSC）参数设置不当时,与串补线路相连的双馈风电场可能会发生次同步振荡（subsynchronous oscillation,SSO）,但目前对于变换器参数对SSO的交互影响规律及其作用机理研究还不够深入。分析了RSC内外环比例系数对SSO交互影响规律,研究表明,外环比例系数对SSO的影响程度与内环比例系数强相关,而内环比例系数对SSO的影响相对独立。针对这一现象,推导了RSC在系统中的等效电阻与其内外环比例系数的关系,从机理上解释了RSC内外环比例系数对SSO的交互影响规律,并利用特征结构分析法验证了机理解释的正确性。最后,直接利用所推导的计及内外环放大倍数的等效电阻值来配置虚拟电阻控制器参数。结果表明,相较于仅考虑内环参数配置的虚拟电阻控制器,所配置的虚拟电阻控制器效果更优,具有较强阻尼且不影响系统稳定性。

不对称故障下双馈风力发电机转子变换器控制研究

由于双馈感应发电机(DFIG)的传统控制策略在电网电压不对称跌落下的控制性能较差,提出了一种基于抑制转子侧负序电流的控制策略,以提高DFIG在电网电压发生不对称跌落的控制性能。在不对称跌落下,该控制策略可对DFIG的转子电流的正、负序分量同时进行控制,使用MATLAB/Simulink建立仿真模型,仿真结果表明此控制策略可改善DFIG系统在电网电压不对称跌落下的运行性能。

适用于DFIG连接到直流微网的双变换器设计与实现

针对双馈感应式发电机DFIG(doubly-fed induction generator)-DC连接系统电流谐波严重、双VSI连接系统损耗大等问题,设计了1种将三相DFIG连接到直流微电网的新型双变换器连接系统。首先,详细阐述了双变换器连接系统的拓扑结构、脉宽调制PWM(pulse-width modulation)测量和DFIG模型等工作原理。与传统连接系统不同,所提连接系统采用开放端绕组结构,在定子绕组的每一侧使用1个三桥臂整流器,这些桥臂通常由绝缘栅双极晶体管IGBT(insulated gate bipolar transistor)组成,为了减少控制开关的数量和降低成本,采用二极管替代了1个整流器中的IGBT;然后,给出了新型拓扑结构下SSC和RSC的控制策略;接着,与DFIG-DC连接系统和双VSI连接系统在电流谐波畸变、转矩脉动和半导体损耗等方面进行了仿真比较,说明所提方法优越性;最后,针对0.56 kW DFIG进行实验验证,结果表明了所提方法在损耗、谐波以及转矩脉动的优势。

考虑直压波动的双馈风机转子侧改进控制的研究

双馈风力发电机(以下简称双馈风机)在传统转子侧矢量控制中,控制的前提是默认直流母线电压(以下简称直压)恒定,而没考虑其波动。当直压波动时,对象模型中的功率也会随之波动而导致输出不平稳,同时,在工程实际中,为保证直压的稳定,一般采用较大的电容,会造成较大的成本消耗。因此本文提出针对直压波动的转子侧改进控制算法,引入前馈控制,消除直流母线电压波动造成的影响,保证直压波动情况下对象模型功率的稳定输出,且运用改进控制后,可降低电容容量,节约工程成本。最后基于PSCAD/EMTDC仿真对所提出的改进控制策略进行仿真验证,与传统控制策略进行对比分析,结果表明:本文提出的转子侧改进控制策略控制精度高,响应迅速,在直压波动时可降低功率的波动,输出更平稳,验证了所给控制策略的正确性及有效性。

风电变流器网侧SVPWM变换器的控制研究

分析了三相电压型网侧变换器的数学模型,在网侧变换器的d-q坐标模型的基础上对其矢量控制策略进行了研究。提出了一种网侧变换器的控制策略,介绍了其基本原理与实现方案。最后进行了仿真分析,仿真结果表明,其控制策略具有良好的动态响应。

双馈风力发电系统双PWM变换器比例谐振控制

在双馈风力发电系统功率变换器及发电机数学模型的基础上,结合比例谐振(proportional resonant,PR)控制器的特性,提出了双脉宽调制(pulse-width modulation,PWM)变换器PR控制策略。该方法充分利用了PR控制器能够在静止坐标系下对交流输入信号无静差控制的优势,将矢量控制策略下的有功电流和无功电流分量转换到静止坐标系下进行调节,实现网侧变换器维持直流电压稳定和调节功率因数的控制任务和双馈电机有功、无功功率的解耦控制,与传统的双闭环PI控制相比,该策略无需繁琐的坐标旋转变换,不存在受温度及电路参数影响的耦合项和前馈补偿项,且易于实现对系统低次谐波电流的补偿,减小了控制算法实现难度,提高了控制系统的鲁棒性和电网电能质量。

基于九开关变换器的双馈风电系统运行原理与控制研究

典型的双馈风力发电系统通常采用背靠背双脉宽调制变流器,但该结构共需12个IGBT,所需开关器件多。为减小双馈风电变流器的体积,提高变流器的功率密度,提出利用新型九开关变换器代替背靠背变流器的方案。该方案节省了3个IGBT,通过合适的调制控制策略仍能保证与原系统具有同样的控制性能。结合九开关变换器特有的正弦脉宽调制方式,分析九开关变换器在双馈风力发电系统中的应用特点,把九开关变换器等效为网侧等效变换器和机侧等效变换器,给出系统的控制策略,并通过Matlab/Simulink仿真及实验验证该新型拓扑方案的可行性及控制策略的正确性。理论分析与实验结果均表明,这种新型拓扑结构在双馈风力发电系统中具有较好的应用前景。

电网电压不对称故障条件下DFIG风电机组控制策略

提出了一种可应用于双馈异步发电机(DFIG)转子侧变换器的新型电流控制器,即双dq-PI转子电流调节器。在电网电压不对称故障条件下,该电流调节器可对DFIG的转子电流正、负序分量同时进行控制。推导了电网电压不对称故障条件下DFIG的数学模型,根据风力发电机在电网电压不对称故障条件下的运行规程,提出了4种控制目标,同时基于正序定子电压定向简化并得到了转子电流调节器的正、负序电流参考给定量。在一台额定功率为10kW的DFIG实验机组上,对所提出的转子电流控制器进行了实验验证,结果表明基于该控制器的控制方案可大大改善DFIG系统在电网电压不对称故障条件下的运行性能,提高系统的故障穿越能力。

光储联合发电系统控制策略

受光照、温度等自然条件影响,光伏电源输出有功功率具有较大的波动性。因此,本身既非恒压源又非恒流源的光伏电源并网运行时会产生一系列问题,如对电网冲击性大、需增加旋转备用容量、难以参与电网调度等。利用电池储能系统来控制有功功率输出,可以使平滑光伏电源功率波动成为可能。研究了光储联合发电系统的运行模式,提出了适用于光储联合发电系统的拓扑结构和控制策略,并对储能用功率转换系统(PCS)进行了分析和设计,最后基于某光伏电站的实际历史运行数据,对所提出的方案进行仿真研究,仿真结果验证了光储联合发电系统控制策略的有效性和可行性,为光储联合运行示范工程提供了一定的理论依据和有力借鉴。

双馈风力发电机网侧变换器仿真

首先从电压型变换器的基本原理出发分析了双馈风力发电网侧变换器的基本结构,建立了网侧变换器分别在三相静止坐标系和dq坐标系下的数学模型。然后在网侧变换器的dq坐标模型的基础上采用电网电压定向矢量控制策略,介绍了其基本原理与实现方案。最后,利用matlab/simulink搭建了SVPWM、Park、控制系统等电力电子模型,在该模型上采用矢量控制策略进行了变换器在整流和逆变两种工作状态下的仿真,仿真结果表明,其控制策略具有良好的动态响应,而且通过选取合适的电感、电容,可以使网侧电流快速的进入稳定状态,且波形相对平滑,谐波含量较小,直流侧电压也可以很快进入稳定值,超调量小。

基于SVM P-DPC控制策略的研究

为提高风力双馈电机(Doubly-Fed Induction Generator,DFIG)发出的电能质量,文章针对转子侧变换器提出了一种基于空间矢量调制(Space Vector Modulation,SVM)的预测(Predictive,P)直接功率控制(Director Power Control,DPC)的SVM P-DPC策略。该控制策略通过预测模型能够预测出消除下一个采样周期中功率偏差所需要的转子励磁电压,并结合SVM技术,实现对DFIG输出功率的控制。利用Simulink仿真平台,搭建该控制系统的仿真模型,并在2.2 k W的DFIG实验平台上进行实验验证。仿真及实验结果表明,该控制策略动态响应快,鲁棒性强,双馈电机发出的功率稳定。