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基于永磁直驱风力发电机的频率调节和电压穿越

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基于永磁直驱风力发电机的频率调节和电压穿越

作者：张威山西大学

学位级别：硕士

我国电力工业正处于高质量转型发展阶段,以高比例新能源与高度电力电子化为特点的新型电力系统正在飞速发展,给系统稳定带来了严峻的挑战。为提高直驱风电系统的频率调节能力与电压穿越性能,本文做了以下研究工作:(1)建立了永磁直驱式... 详细信息

我国电力工业正处于高质量转型发展阶段,以高比例新能源与高度电力电子化为特点的新型电力系统正在飞速发展,给系统稳定带来了严峻的挑战。为提高直驱风电系统的频率调节能力与电压穿越性能,本文做了以下研究工作:(1)建立了永磁直驱式风电系统和超级电容储能的数学模型,阐述了机侧与网侧变流器的工作原理和传统控制策略,同时介绍了基于虚拟同步发电机控制的永磁直驱式风电机组频率调节和电压穿越的基本原理,为后文的改进研究奠定了基础。(2)针对风、光新能源存在惯性不足、波动大的问题,本文提出了一种基于永磁直驱式风电机组的自适应虚拟同步发电机控制策略。在网侧变流器中引入该控制策略,结合风电系统的功频特性,通过自适应控制调整转动惯量J和阻尼系数D以平抑系统频率的波动;若机侧变流器采用最大功率跟踪控制策略,直流侧母线电压将会出现幅值越限的现象,为解决此问题,本文在直流侧引入超级电容储能单元,使直流侧母线电压更快的恢复到稳定状态。通过MATLAB/Simulink仿真验证了自适应虚拟同步发电机控制策略的优越性。(3)针对传统直驱风电机组穿越能力弱的问题,本文首先对传统虚拟同步发电机控制策略进行了改进,通过将频率的下垂环节改为功率补偿环节来加快风电系统直流侧母线电压的稳定。当电压出现严重跌落时,采用转子超速与超级电容的联合控制策略,一方面解决单独使用转子超速控制时电压穿越能力弱的问题,另一方面用转子超速控制可限制输入功率,以此来减少超级电容的储能容量,降低了建设成本。最后,将改进虚拟同步发电机控制策略与传统控制策略作对比,单一控制策略与联合控制策略作比较,在MATLAB/Simulink仿真中验证了所提控制策略的有效性和可行性。

关键词：永磁直驱式风电机组虚拟同步发电机控制频率调节电压穿越超级电容储能

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单相光伏逆变器电压穿越控制策略

太阳能学报 2015年第11期36卷 2718-2724页

作者：欧阳静张立彬胥芳胡克用胡雄心特种装备制造与先进加工技术教育部/浙江省重点实验室浙江工业大学杭州310014 杭州师范大学钱江学院杭州310036

提出一种适用于单相光伏并网逆变器的在电网电压故障时刻有功和无功功率实时调整的控制策略,实现逆变器的高电压及低电压穿越。为了快速准确地检测跟踪电网电压,消除A/D采样和输出滤波网络延迟的影响,提出一种瞬时值预测算法,实现对电... 详细信息

提出一种适用于单相光伏并网逆变器的在电网电压故障时刻有功和无功功率实时调整的控制策略,实现逆变器的高电压及低电压穿越。为了快速准确地检测跟踪电网电压,消除A/D采样和输出滤波网络延迟的影响,提出一种瞬时值预测算法,实现对电网电压的快速跟踪。实验验证了该策略的可行性和有效性。

关键词：电压穿越无功补偿暂态故障光伏并网逆变器

基于储能型DVR的双馈风电机组电压穿越协调控制

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电力系统自动化 2013年第4期37卷 14-20页

作者：许建兵江全元石庆均浙江大学电气工程学院浙江省杭州市310027 重庆市电力公司长寿供电局重庆市401220

针对双馈感应发电机(DFIG),提出了一种基于超级电容器(SC)储能的动态电压调节器(DVR)实现电压穿越的协调控制策略。在电网电压故障时,基于SC的DVR对DFIG端口电压进行完全补偿,使得DFIG端口电压始终维持在正常水平;并通过DFIG和基于SC的... 详细信息

针对双馈感应发电机(DFIG),提出了一种基于超级电容器(SC)储能的动态电压调节器(DVR)实现电压穿越的协调控制策略。在电网电压故障时,基于SC的DVR对DFIG端口电压进行完全补偿,使得DFIG端口电压始终维持在正常水平;并通过DFIG和基于SC的DVR协调控制,减少DFIG在故障期间输出的有功功率,从而减少故障期间所需的DVR功率和容量。在MATLAB/Simulink环境下搭建仿真模型,分别进行了对称和不对称故障下的零电压穿越、低电压穿越和高电压穿越仿真。仿真结果证明了所提出的协调控制策略的有效性。

关键词：双馈感应发电机风力发电超级电容器动态电压调节器电压穿越协调控制

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基于储能与风机协调控制的电压故障穿越策略

现代电力 2023年第5期40卷 788-796页

作者：林毅唐雨晨陈浔俊黄海孙峰洲江全元国网福建省电力有限公司经济技术研究院福建省福州市350000 浙江大学电气工程学院浙江省杭州市310027 国网福建省电力有限公司福建省福州市350000

针对风电机组电压穿越问题,提出一种基于储能与风机转子协调控制的电压故障穿越控制方法。利用风电机组转子惯量响应配合储能功率响应,调节故障期间风机的输出有功功率,进而减少储能装置所需补偿功率与容量,同时保证风电机组并网电压维... 详细信息

针对风电机组电压穿越问题,提出一种基于储能与风机转子协调控制的电压故障穿越控制方法。利用风电机组转子惯量响应配合储能功率响应,调节故障期间风机的输出有功功率,进而减少储能装置所需补偿功率与容量,同时保证风电机组并网电压维持在正常水平,从而提高风电机组电压故障穿越能力。最后,在MATLAB/Simulink仿真平台搭建双馈感应发电机和永磁同步电机模型,分别对电压对称跌落、不对称跌落与电压抬升进行仿真验证。仿真结果证明了所提故障穿越控制方法的有效性。

关键词：储能协调控制双馈感应发电机永磁同步发电机电压穿越

基于永磁直驱风力发电机的低/高电压穿越技术的研究

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基于永磁直驱风力发电机的低/高电压穿越技术的研究

作者：潘莞奴沈阳工程学院

学位级别：硕士

风力发电是目前新能源应用中前景最广泛的绿色发电方式之一。随着全球风电比重以及我国风电装机容量的与日俱增,即使发电技术的飞快进步促使风电成本大幅的下降,但随之而来发生的机组风电并网之后的严重低电压穿越现象,以及风机故障修... 详细信息

风力发电是目前新能源应用中前景最广泛的绿色发电方式之一。随着全球风电比重以及我国风电装机容量的与日俱增,即使发电技术的飞快进步促使风电成本大幅的下降,但随之而来发生的机组风电并网之后的严重低电压穿越现象,以及风机故障修复后出现的低电压引发高电压故障的连锁解列脱网现象愈发严峻。所以,为了风电机组及电网更加稳定的运行且减少经济损失,针对永磁直驱风力发电机的低/高电压穿越技术开展了以下的研究:首先,了解目前风电能源形势和风电机组的发展走向及其存在的问题,进而介绍了风电系统的运行方式及机组类型。再从变流器的拓扑结构入手,根据现今直驱型风电发展的趋势和近况,简单概述了电压穿越的基本技术准则和要求及国内外专家和学者对于低/高电压穿越的技术基础研究的最新进展。然后,分析了永磁直驱风电系统各机组的拓扑结构和其运行的原理,以便于设计和搭建这个系统中的风轮机的数学结构模型,以及对应连轴的永磁同步发电机和电力电子器件双PWM变流器等主要的风力发电模块在等效坐标变换下的数学结构模型。其次,由于变流器两侧结构和功能控制特性的不同,研究和分析风电机组在稳定状态下变流器机侧和网侧各自对应的双闭环结构功率控制策略。并且剖析电压骤升产生的影响,由高电压下的功率变化关系入手,着重提出一种故障期间可以根据电压骤升大小降低直流侧电压的双卸荷电路高穿技术方案,同时在网侧变流器无法利用自身补偿无功时并接静态同步补偿器（STATCOM）共同向电网补偿一定的感性无功。并根据HVRT并网准则要求,让该技术策略经过Matlab/Simulink仿真软件分析和验证其可行性。最后,基于直驱风电系统发生低电压故障时的暂态特性,着重总结和分析了该类风电机组现有的几种典型低电压穿越技术,针对各类技术中的不足和其优势,提出一种分层控制改进的LVRT技术方案,其中的直流可变阻值卸荷电路会根据不同电压跌落的程度实时选择对应的卸荷电阻值,并利用仿真Matlab/Simulink软件实验仿真与分析,有效验证该技术控制方案协调互补的优越性能。

关键词：永磁直驱风力发电机电压穿越建模控制策略仿真

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高速永磁风电系统电压故障穿越技术研究

高速永磁风电系统电压故障穿越技术研究

作者：付剑浩青岛科技大学

学位级别：硕士

我国疆域辽阔,风能资源丰富,发展风力发电将有力地支撑经济社会发展、保障能源安全和促进“双碳”目标的实现。但是由于风电机组在并网点电压故障期间的运行能力直接关系到系统运行的稳定性,因此提高风电机组的电压穿越能力是十分必要... 详细信息

我国疆域辽阔,风能资源丰富,发展风力发电将有力地支撑经济社会发展、保障能源安全和促进“双碳”目标的实现。但是由于风电机组在并网点电压故障期间的运行能力直接关系到系统运行的稳定性,因此提高风电机组的电压穿越能力是十分必要的。目前,永磁同步风机由于技术的进步已逐渐成为风力发电机组的主流,本文以现场大规模应用的永磁同步风机为研究对象,针对不同电压故障,研究了高速永磁风电系统的电压故障穿越技术,做了以下工作:1.针对并网点电压对称跌落期间风电系统的故障穿越问题,提出了一种结合辅助硬件电路与网侧改进控制策略的对称低电压穿越技术方案:(1)设计了基于双卸荷电阻的直流Crowbar电路,在不同电压跌落深度时投入不同阻值的卸荷电阻,消耗了机网侧间的不平衡功率;(2)改进了对称低电压穿越期间网侧换流器的控制策略,通过调整有功电流与无功电流的给定来调节网侧功率因数,使得系统在故障穿越期间能够响应电压跌落深度发出一定的无功功率,实现了对并网点电压的支撑。仿真结果表明:在并网点电压对称跌落时,所提对称低电压穿越方案有效地提高了高速永磁风电系统的对称低电压穿越能力。2.针对并网点发生对称高电压和连续故障时风电系统的故障穿越问题,提出了一种适用于高速永磁风电系统的对称高电压穿越与连续穿越方案:(1)对称高电压穿越期间,通过改进网侧控制策略,根据电压骤升程度控制网侧换流器从电网吸收无功功率以促进并网点电压的恢复,配合DC-Crowbar电路实现了对称高电压穿越;(2)低-高电压连续故障期间,根据不同故障阶段并网点电压的大小切换网侧变流器控制模式,调整在不同穿越阶段内系统与电网间的无功交换,实现了对称低-高电压连续穿越。仿真结果表明:在并网点电压发生对称骤升故障和低-高电压连续故障时,所提出对称高电压穿越和连续穿越方案有效地提高了高速永磁风电系统的对称高电压穿越和低-高电压连续穿越能力。3.针对并网点电压不对称跌落期间风电系统的故障穿越问题,基于消除有功功率二倍频波动的控制目标,提出了一种不对称低电压穿越期间网侧变流器的改进控制策略:正序控制回路有功与无功电流指令按照对称低电压穿越的方法给定,而负序控制回路有功与无功电流指令则根据正负序电压与电流间关系进行给定,简化了网侧变流器的控制。仿真结果表明:在并网点电压不对称跌落时,所提不对称低电压穿越方案有效地提高了高速永磁风电系统的不对称低电压穿越能力。

关键词：高速永磁风电电压穿越直流Crowbar电路无功不对称跌落

浅谈电压穿越对发电厂敏感负荷重要辅机变频器的影响及应对策略

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机电工程技术 2016年第4期45卷 110-114页

作者：王京马洪波山西大唐国际云冈热电有限责任公司山西大同037039

近年来火电厂陆续发生了多起由于火电厂敏感负荷辅机变频器在电压跌落时触发低电压保护,变频器闭锁输出,辅机停车,造成机组非停、发电设备损坏的事故,进一步加剧对电力系统的冲击,严重影响发电厂可靠性、经济性和电力系统安全性。针对... 详细信息

近年来火电厂陆续发生了多起由于火电厂敏感负荷辅机变频器在电压跌落时触发低电压保护,变频器闭锁输出,辅机停车,造成机组非停、发电设备损坏的事故,进一步加剧对电力系统的冲击,严重影响发电厂可靠性、经济性和电力系统安全性。针对此问题采取有效措施防范电压穿越,对实现网源协调有极为重要的意义。

关键词：电压穿越变频器辅机敏感负荷网源协调

三相光储发电系统并网电压穿越控制策略及其仿真分析

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电气自动化 2020年第4期42卷 14-16,51页

作者：陶用伟朱勇王常沛李泽群杨键黄琼贵州电网有限责任公司凯里供电局贵州凯里556000

为了提高逆变器电压控制精度,提出了一种三相光储发电系统并网电压穿越控制策略,并通过仿真测试分析了配电网正常工作状态下系统的控制方案。研究结果表明:储能系统需要根据光伏发电单元的功率变化对直流母线功率进行调整,由此实现整个... 详细信息

为了提高逆变器电压控制精度,提出了一种三相光储发电系统并网电压穿越控制策略,并通过仿真测试分析了配电网正常工作状态下系统的控制方案。研究结果表明:储能系统需要根据光伏发电单元的功率变化对直流母线功率进行调整,由此实现整个发电系统保持恒定的输出功率状态。光伏系统输出功率达到0.4 s时从9.2 kW减小为5.3 kW,并在0.8 s时恢复正常光强,这时光伏输出功率也重新变为9.2 kW。锂电池保持恒定的SOC值,在光强减小到600 W/m^2时,形成了比并网功率更低的输出功率,引起直流母线出现功率波动的情况。通过储能单元来实现恒定的直流母线功率,并网电流与直流母线电压都处于稳定的状态。

关键词：发电系统电压穿越控制策略仿真分析

频率紧急控制中动作时延和措施量对低惯量系统控制有效性的影响

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电工技术学报 2024年第17期39卷 5394-5405页

作者：李兆伟方勇杰吴雪莲李建华赖业宁华北电力大学电气与电子工程学院北京102206 南瑞集团有限公司(国网电力科学研究院有限公司) 南京211106 国家电网有限公司公司华东分部上海200120

频率紧急控制是保障电网故障后频率安全的第二道防线,通常由基于事件触发的稳控系统实现,已成为支撑特高压直流安全送电的标配。随着高比例新能源的快速发展,系统调频能力和惯量水平不断下降,电网故障后的频率响应特性出现跌落深度大、... 详细信息

频率紧急控制是保障电网故障后频率安全的第二道防线,通常由基于事件触发的稳控系统实现,已成为支撑特高压直流安全送电的标配。随着高比例新能源的快速发展,系统调频能力和惯量水平不断下降,电网故障后的频率响应特性出现跌落深度大、速度快的新特征,紧急控制能否有效是关系系统频率安全的关键因素。该文首先建立了计及频率紧急控制的高比例新能源电力系统频率响应模型和传递函数;其次从永久性扰动和短时性扰动两方面,详细分析了系统频率响应特性以及频率紧急控制动作时延和措施量的有效性,并给出了紧急控制有效时新能源接入比例的限值;最后结合实际电网仿真模型开展了时域仿真验证,指出低惯量电力系统短路故障引起的连锁短时性功率扰动将成为频率安全防御的关键和难点。

关键词：新能源频率安全频率紧急控制低惯量电力系统短时性功率扰动新能源低电压穿越