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。

计及转子变换器控制的双馈感应发电机短路电流计算方法

双馈感应发电机的结构有别于传统的同步和异步电机,其暂态特性及故障反应机理的研究不够深入。基于状态转移矩阵,通过以磁链为状态变量对电机稳态模型和以控制策略为基础的转子变换器暂态等效模型,整体求解及分析其解的特征。解析得出,状态变量系数分为4个区域,正对角区域决定状态变量解的频率和衰减时间常数,反对角2个区域同时不为0时对频率和衰减时间造成偏移,否则,没有影响。暂态模型相应改变区域下方两个区域,对频率和衰减时间常数造成影响。

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。

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。

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。

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。

基于深度置信网络的双馈风机变换器开路故障诊断

双馈风机的定子与电网直接连接,转子通过转子侧变换器和网侧变换器与电网进行功率交换。变换器的电力电子开关容易发生开路故障,影响双馈风机的安全稳定运行。文中针对双馈风机常见的变换器开路故障,提出一种基于深度置信网络的故障诊断方法。首先分析了双馈风机在转子侧变换器和网侧变换器的单个和双个开关管故障下的输出响应。基于双馈风机的变换器开路故障数据,构造多层受限玻尔兹曼机结构,充分利用深度置信网络优异的模式识别能力,深度提取不同故障条件和运行工况下转子电流和网侧电流的信号特征,提高算法准确度。仿真结果表明,该故障诊断方法能够准确识别单开关和双开关的多类型复杂故障。

双馈风力发电机双PWM变换器协同控制

基于两相旋转d-q坐标系下双馈风力发电机转子侧和网侧变换器的数学模型,设计了单神经元自适应控制器和谐振控制器,提出了网侧和转子侧变换器的协同控制策略。基于电网电压定向的解耦控制,转子侧变换器实现对定子侧输出有功功率和无功功率的跟踪调节,网侧变换器维持直流母线电压稳定和调节功率因数。该方法能够对交流输入信号实现无静差控制,能够实现对系统自身产生的低次谐波进行补偿。仿真分析表明,该控制策略不仅能通过精准的电流调节达到协同控制的目的,而且提高了控制系统的鲁棒性和电网电能的质量。

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。

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。

双馈感应风力发电机低电压穿越控制策略的理论分析与实验研究

分析了电网对称及非对称故障时,双馈感应风力发电机定子磁链的动态过程、电网故障过程中发电机定子磁链对转子的影响。在此基础上,分析了单靠改进转子变换器控制策略实现发电机低电压穿越的条件,提出一种利用软硬件结合的方法实现低电压穿越的控制策略,在电网严重故障时限制了双馈感应发电机定、转子电流,保护了双馈发电机励磁变换器,实现了快速地向电网提供功率支持。建立了双馈感应发电机低电压穿越控制模型和3kW双馈感应发电机励磁变换器低电压穿越控制实验系统。实验结果表明,本文提出的双馈感应发电机低电压穿越控制策略动态响应快、方法行之有效。

双馈感应风力发电机低电压穿越控制策略

针对双感应馈风力发电机低电压穿越问题,提出了一种新型的转子侧变流器控制策略,该控制策略采用基于定子磁链定向的矢量控制方法,对转子稳态励磁电流添加补偿量,得到新的转子电流励磁给定值,抵消了定子磁链直流分量和负序分量对转子电流的部分影响,并能够有效地抑制双馈感应发电机转子过电流,增强了双馈感应风力发电机的低电压穿越能力。Matlab仿真结果验证了该控制策略的有效性和可行性。

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。

电网对称故障时双馈感应发电机低电压穿越控制

分析电网对称故障时,双馈感应风力发电机定子磁链变化过程、导致定转子过电流的原因、电网故障发生具体时刻及故障程度对双馈感应发电机定转子的影响,提出一种双馈感应风力发电机转子侧变换器低电压穿越控制策略,改善了双馈感应发电机在电网故障时定、转子过电流的情况,实现了双馈感应发电机在电网对称故障时的低电压穿越。在理论分析基础上,建立双馈感应发电机转子侧变换器低电压穿越控制模型和3 kW双馈感应发电机励磁变换器低电压穿越控制实验系统。实验结果表明,所提出的双馈感应发电机低电压穿越控制策略动态响应快、方法行之有效。

适用于DFIG并网线路的改进负序方向元件

负序方向元件广泛应用于输电线路的纵联保护。随着风力发电快速发展,双馈感应发电机(DFIG)大规模接入电网使得电源的负序等值阻抗不再固定,传统负序方向元件不再适用。通过推导转子侧变流器不间断控制和撬棒投入两种工况下DFIG的负序等值阻抗解析表达式,得到两种工况下的负序等值阻抗相角的变化规律。发现传统负序方向元件受DFIG接入的影响,存在灵敏度下降甚至不正确动作的问题。为此,提出了一种负序方向元件的改进措施:故障前,利用DFIG参数在线确定不同工况下的最大灵敏角;故障后,根据DFIG运行状态,采用灵敏度和可靠性较高的动作判据。数字仿真结果验证了改进后的负序方向元件具有灵敏度高、自适应DFIG运行状态等优点。

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。

不平衡电网电压下双馈异步风力发电机组控制策略研究

针对传统的基于PI控制策略的双馈风力发电机组(DFIG)在不平衡电网电压下运行时,其输出功率与直流母线电压出现倍频波动的问题,建立不平衡电网电压下的DFIG和网侧变换器数学模型,提出一种基于模糊-比例谐振控制器(Fuzzy-PR)的矢量控制策略.通过Matlab/Simulink平台搭建仿真模型,分析、比较传统控制策略和改进控制策略在不平衡电网电压下的仿真结果,验证了基于Fuzzy-PR的矢量控制策略可以有效地保证不平衡电网电压下的DFIG的稳定运行.

双馈感应电机的两种直接功率控制策略的对比仿真

为比较双馈感应电机(DFIG)基于空间矢量调制(SVM)的直接功率控制(DPC)策略和基于SVM的预测直接功率控制(P-DPC)策略的性能特点,提出两种直接功率控制策略。针对转子侧变换器,建立DFIG的系统模型,依次给出了SVM DPC策略和SVM P-DPC策略的设计过程,并利用Simulink搭建各自的仿真模型进行仿真对比。仿真结果表明,两种直接功率控制策略都能保证定子输出功率的稳定解耦控制。相同条件下,SVM P-DPC策略的设计过程复杂,但定子输出功率的超调小,且动态响应速度快。