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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

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中国电机工程学报 2024年第2期44卷 827-837,I0033页

作者：王爽陈小月郑智慧李炬添张振林睿王羽鲁海亮武汉大学电气与自动化学院湖北省武汉市430072 中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司广东省广州市510663

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... 详细信息

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。

关键词：海上风电永磁直驱风机控制保护策略不对称接地甩负荷暂态过电压

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永磁直驱风机的小步长硬件在环仿真研究

电力系统保护与控制 2018年第23期46卷 111-117页

作者：朱谷雨王致杰邹毅军谭伟刘琳上海电机学院上海201306 上海科梁信息工程股份有限公司上海200233

随着风电并网规模不断增大,主动配电网的动态电压稳定性和动态供电质量问题日益突出。永磁直驱风机的动态特性与电网交互作用对电力系统稳定存在重要影响,风电场中越来越多的开关器件给风机并网控制策略的验证带来了新的挑战。基于RT-LA... 详细信息

随着风电并网规模不断增大,主动配电网的动态电压稳定性和动态供电质量问题日益突出。永磁直驱风机的动态特性与电网交互作用对电力系统稳定存在重要影响,风电场中越来越多的开关器件给风机并网控制策略的验证带来了新的挑战。基于RT-LAB平台采用FPGA实时仿真器,搭建了永磁直驱风机的硬件在环仿真平台,实现了永磁直驱风机的亚微秒步长实时仿真,为直驱风机的控制策略验证及优化提供了一种快速有效的验证方法。仿真结果证明了小步长硬件在环仿真方法的有效性。

关键词：永磁直驱风机硬件在环 FPGA RT-LAB

永磁直驱风机通过MMC-HVDC并网的故障穿越策略

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高压电器 2017年第10期53卷 150-157页

作者：于洋徐谦杨升峰徐政浙江大学电气工程学院杭州310027 浙江省电力公司经济技术研究院杭州310008

当受端交流电网发生严重短路故障,经柔性直流并网的风电场必须降低出力,使直流输电系统的直流电压保持在安全范围内。针对永磁直驱风机经MMC-HVDC并网系统,提出一种提升其故障穿越能力的控制策略。该策略结合降低风电场交流电压和降低... 详细信息

当受端交流电网发生严重短路故障,经柔性直流并网的风电场必须降低出力,使直流输电系统的直流电压保持在安全范围内。针对永磁直驱风机经MMC-HVDC并网系统,提出一种提升其故障穿越能力的控制策略。该策略结合降低风电场交流电压和降低风机输出有功电流2种方式,可以实现风电场侧有功功率的快速降低。同时,为了在故障时限制永磁直驱风机直流链电压的增长,在风机中引入直流电压偏差控制。仿真结果表明:主网发生对称和不对称故障时,MMC直流电压和永磁同步风机直流链电压均可维持稳定,系统可以实现故障穿越。

关键词：风电并网永磁直驱风机模块化多电平换流器故障穿越直流电压偏差控制

锁相环控制对永磁直驱风机并网次同步振荡稳定性的影响——控制参数安全域

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电力自动化设备 2020年第9期40卷 142-147页

作者：任必兴杜文娟王海风李海峰赵静波孙蓉黄强国网江苏省电力有限公司电力科学研究院江苏南京211103 四川大学电气工程学院四川成都610065 国网江苏省电力有限公司江苏南京210024

主要从控制参数安全域的角度研究了锁相环(PLL)控制对并网永磁直驱风机(PMSG)次同步振荡稳定性的影响。基于所建立的全系统动态互联模型,通过特征值分析方法计算得到了PLL控制参数安全域。研究发现,参数安全域中出现的一系列"峰值点"主... 详细信息

主要从控制参数安全域的角度研究了锁相环(PLL)控制对并网永磁直驱风机(PMSG)次同步振荡稳定性的影响。基于所建立的全系统动态互联模型,通过特征值分析方法计算得到了PLL控制参数安全域。研究发现,参数安全域中出现的一系列"峰值点"主要是由模式谐振诱发的PLL与电压源型换流器(VSC)之间的强动态交互作用引起的,并通过非线性仿真验证了模式分析所得结论的正确性。进一步地,从PLL参数安全域的角度详细筛查了模式谐振诱发PMSG次同步振荡失稳的机理,分析了系统参数和VSC控制参数这2个因素对风电并网次同步振荡特性的影响。

关键词：锁相环永磁直驱风机次同步振荡控制参数安全域特征值分析方法

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永磁直驱风机低电压穿越协调控制策略

电气传动 2017年第7期47卷 43-49页

作者：杨艺云肖静张阁肖园园司传涛广西电网有限责任公司电力科学研究院广西南宁530023

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... 详细信息

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。

关键词：永磁直驱风机低电压穿越协调控制策略不对称故障 2倍工频波动

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

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中国电力 2021年第12期54卷 102-111页

作者：乔腾张益铭曹一家王力袁清智能电网运行与控制湖南省重点实验室长沙理工大学电气与信息工程学院湖南长沙410114 可再生能源电力技术湖南省重点实验室湖南长沙410114

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... 详细信息

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。

关键词：永磁直驱风机参数辨识灵敏度分析概率可靠性评估低电压穿越控制模型

永磁直驱风机并网系统次同步振荡问题分析研究

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永磁直驱风机并网系统次同步振荡问题分析研究

作者：王欣浩华北电力大学

学位级别：硕士

伴随新能源和直流工程的广泛应用,电力系统的电力电子化特征日益明显,电力电子化电力系统已经初步形成。风机迅猛发展,大容量高比例可再生能源接入电网,大量直流输电接入电网,形成了“强直弱交”的电力系统新局面。次同步振荡频繁发生,... 详细信息

伴随新能源和直流工程的广泛应用,电力系统的电力电子化特征日益明显,电力电子化电力系统已经初步形成。风机迅猛发展,大容量高比例可再生能源接入电网,大量直流输电接入电网,形成了“强直弱交”的电力系统新局面。次同步振荡频繁发生,造成严重后果。目前次同步振荡的机理还没有研究透彻,没有形成统一认识,以往研究认为直驱型风电机组不会发生次同步振荡问题,新疆哈密地区的直驱风机次同步振荡问题打破了已有认识,属于新型的次同振荡,一时间成为电力系统领域的研究热点,对此方面的研究具有工程和理论价值。本文首先从永磁直驱风机并网系统基于RTDS的建模仿真入手,在掌握永磁直驱风力发电系统基本原理的基础上,在RTDS中建立风机并网系统的仿真模型,再通过稳态时域仿真验证了建模的正确性,为后面的研究奠定基础,也为相关学者提供借鉴意义。接着用数学解析法对次同步振荡问题进行理论研究。阻抗法是近年来新兴的一种风机次同步振荡的研究方法,利用阻抗可以判别系统是否存在发生次同步振荡的不稳定频率。本文基于完整的全系统非线性方程,考虑了控制器中锁相环的动态和完整的内外环结构的作用,利用Park变换将abc三相坐标系转换到dq坐标系,在系统稳态运行点处线性化,建立了时域线性化方程,通过拉普拉斯变换转换到复频域,消去中间变量,得到端口阻抗表达式。然后针对实际中控制器参数未知的特点,线性化方法在实际中并不可行,只有通过测量的方法才能获得阻抗。本文阐述了扫频的基本原理,在RTDS仿真中测量了阻抗频率特性(Bode图),并和上一章中通过线性化推导得出的阻抗的Bode图进行对比,结果较为一致,不仅验证了扫频方法的可行性、扫频结果的准确性,而且验证了上一章中理论推导的准确性。针对传统扫频存在安全性和经济性的缺点,提出一种在控制器内部添加扰动的扫频方法,阐述了二次侧扫频的原理,重新推导了线性化方程,并对扫频结果与一次侧添加扰动的传统扫频方法进行了对比,结果表明,在控制器中添加扰动的扫频方法不仅具有安全和经济的优点,而且具有更高的测量准确度。最后将获得的阻抗利用广义Nquist判据进行稳定性分析,针对三组不同的控制器参数,利用Nyquist判据分别得到稳定、稳定裕度很小和不稳定的结论,通过RTDS的时域仿真波形可以看出,三组控制器参数分别对应稳定、临界稳定和不稳定的,从而验证了广义Nyquist判据用于dq阻抗法分析风机并网系统次同步振荡问题的可行性和准确性。

关键词：永磁直驱风机次同步振荡 RTDS建模小干扰线性化阻抗频率特性扫描

永磁直驱风机通过直流输电并网的控制策略研究

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永磁直驱风机通过直流输电并网的控制策略研究

作者：于洋浙江大学

学位级别：硕士

风电是最有开发前景的可再生能源之一。由于海上风能资源更加丰富而且非常适合大规模开发,海上风电的利用越来越引起关注。与双馈风机相比,永磁直驱风机不需要变速箱而且拥有更好的低电压穿越性能,因而在海上风电开发中具备竞争力。高... 详细信息

风电是最有开发前景的可再生能源之一。由于海上风能资源更加丰富而且非常适合大规模开发,海上风电的利用越来越引起关注。与双馈风机相比,永磁直驱风机不需要变速箱而且拥有更好的低电压穿越性能,因而在海上风电开发中具备竞争力。高压直流输电(high-voltage direct current,HVDC)不受电缆电容充电电流的影响,因而适用于将远距离海上风电输送至陆上电网。本文研究了用于永磁直驱风机并网的不同直流输电拓扑,并设计了相应的控制策略。本文的主要研究工作如下:(1)分析了永磁直驱风机的结构以及基本控制方法。(2)研究了模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的拓扑结构。针对永磁直驱风机经MMC-HVDC并网系统,提出一种提升其故障穿越能力的控制策略。该策略结合降低风电场交流电压和降低风机输出有功电流两种方式,可以实现风电场侧有功功率的快速降低。同时,为了在故障时限制永磁直驱风机直流链电压的增长,在风机中引入直流电压偏差控制。仿真结果表明:主网发生对称和不对称故障时,MMC直流电压和风机直流链电压均可维持稳定,系统可以实现故障穿越。(3)提出一种永磁直驱风机经混合直流系统并网的拓扑,直流系统整流侧采用模块化多电平换流器,逆变侧采用电网换相换流器(line commutated converter,LCC)。该系统结合了 MMC和LCC各自的优点,既可以为风电场无源系统提供电压支撑,又可以降低投资成本和运行损耗。MMC可以通过子模块投切瞬间改变直流侧级联子模块输出的总电压。基于此项特性,提出整流侧MMC控制直流电流的方法,将MMC的控制维度从交流侧拓展至直流侧。仿真结果表明,在逆变侧主网发生远区故障时,整流侧MMC可以抑制直流电流增长,降低换相失败发生的机会;在逆变侧发生换相失败后,可以帮助系统平稳地恢复直流功率,实现故障穿越功能。

关键词：风电并网永磁直驱风机模块化多电平换流器故障穿越混合直流直流控制器

不对称故障下永磁直驱风机故障相电压支撑优化控制

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华北电力大学学报（自然科学版） 2022年第4期49卷 73-79,112页

作者：盛四清田颢璟王倩华北电力大学电气与电子工程学院河北保定071003

电网发生短路故障时,风机需要向系统提供无功功率支撑电网电压恢复。弱电网不对称故障时如果只向系统注入正序无功功率,在提升故障相电压的同时会导致非故障相电压抬升,加剧风机机端三相电压不平衡度,因此需要风机注入一定的负序无功功... 详细信息

电网发生短路故障时,风机需要向系统提供无功功率支撑电网电压恢复。弱电网不对称故障时如果只向系统注入正序无功功率,在提升故障相电压的同时会导致非故障相电压抬升,加剧风机机端三相电压不平衡度,因此需要风机注入一定的负序无功功率来抑制非故障相电压抬升。为了进一步优化不对称故障下永磁直驱风机的故障相电压支撑策略,首先建立电网不对称故障下风机送端系统数学模型及正负序解耦控制锁相环,然后推导风机机端电压与有功无功之间的耦合关系。提出以机端故障相电压最高为优化目标,约束条件为三相电流最大值不超过换流器限流上限,在这种情况下风机发出无功的同时输出一定的有功功率更有利于非故障相电压的支撑。根据华北某实际风电送端系统在MATLAB/Simulink中搭建仿真模型,验证单相接地故障时该控制策略的可行性和有效性。

关键词：永磁直驱风机不对称故障弱电网无功支撑锁相环