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双馈风力发电矩阵式变流系统动态解耦研究

太阳能学报 2015年第2期36卷 342-348页

作者：李生民张玉坤何欢欢郑元西安理工大学自动化与信息工程学院西安710048

针对背靠背双PWM变流器励磁的双馈风力发电存在功率因数低以及传统矢量控制策略存在动态解耦性能不佳的问题,提出采用非线性控制策略的双级矩阵变换器励磁双馈风力发电系统解决方案。通过输入输出线性化解耦控制理论,将双馈风力发电系... 详细信息

针对背靠背双PWM变流器励磁的双馈风力发电存在功率因数低以及传统矢量控制策略存在动态解耦性能不佳的问题,提出采用非线性控制策略的双级矩阵变换器励磁双馈风力发电系统解决方案。通过输入输出线性化解耦控制理论,将双馈风力发电系统精确为一个线性化系统,采用矢量坐标变换和非线性控制策略,实现对双馈风力发电系统高性能解耦控制,提高了系统的动态性能,提升了系统的响应速度。结合系统各部分的控制目标,搭建整个系统的仿真模型,仿真结果表明采用双级矩阵变换器及其非线性控制策略可实现双馈风力发电有功和无功功率的解耦控制和最大功率点跟踪等性能指标,达到风力发电控制的要求。

关键词：双馈风力发电双级矩阵变换器非线性控制解耦控制

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含双馈风电电力系统的采样负荷频率控制

电力系统保护与控制 2023年第2期51卷 77-88页

作者：李谟发张志文练红海胡斯佳湖南大学电气与信息工程学院湖南长沙410082 湖南电气职业技术学院风能工程学院湖南湘潭411101

针对含新能源的多区域电力系统频率稳定问题,提出一种考虑控制信号更新周期变化的采样负荷频率控制(load frequency control,LFC)方案。首先,在充分考虑系统采样特性的基础上,建立新型电力系统采样LFC模型,并将模型转化为一个采样数据... 详细信息

针对含新能源的多区域电力系统频率稳定问题,提出一种考虑控制信号更新周期变化的采样负荷频率控制(load frequency control,LFC)方案。首先,在充分考虑系统采样特性的基础上,建立新型电力系统采样LFC模型,并将模型转化为一个采样数据网络控制系统。然后,利用整个采样区间[t_(k),t_(k+1))信息,构建一个新的双边闭环型Lyapunov泛函。结合所提出的泛函与自由矩阵不等式,导出系统的低保守性稳定准则。基于这个准则,提出确保系统镇定的采样控制器设计方法。最后,通过实例仿真验证了所提方法的有效性与优越性。

关键词：双馈风力发电负荷频率控制采样周期 Lyapunov泛函控制器设计

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双馈风力发电系统故障不脱网运行能力研究

太阳能学报 2009年第10期30卷 1408-1413页

作者：马洪飞徐殿国 Chen Zhe 哈尔滨工业大学电气工程系哈尔滨150001 奥尔堡大学丹麦9220

论述了变速双馈风力发电系统电网故障时的控制策略,提出了电网故障时转子过流保护、机械振荡阻尼控制、电压支持控制和无功功率泵升控制等策略,并通过仿真分析了三相短路故障时变速双馈风电系统的动态性能,采用该文的控制策略可有效保... 详细信息

论述了变速双馈风力发电系统电网故障时的控制策略,提出了电网故障时转子过流保护、机械振荡阻尼控制、电压支持控制和无功功率泵升控制等策略,并通过仿真分析了三相短路故障时变速双馈风电系统的动态性能,采用该文的控制策略可有效保护变换器,抑制机械振荡,提供一定的电压支持和无功功率泵升能力,使双馈风电系统具有较好的故障不脱网运行能力,并提高了整个电力系统的稳定性。

关键词：双馈风力发电故障不脱网运行转子过流保护阻尼控制电压支持

双馈风力发电系统并网逆变器不同控制策略分析

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电测与仪表 2016年第7期53卷 1-6,20页

作者：代志强王维庆何山谢永流樊小朝高龙新疆大学电气工程学院乌鲁木齐830008 教育部可再生能源发电与并网控制工程技术研究中心乌鲁木830047 国网宜宾电力公司四川宜宾644000

双馈风力发电系统并网逆变器采用并网电流反馈PI控制,虽然在理想电网条件下能够实现逆变器控制系统高功率因数、低稳态误差的性能,但存在电网谐波干扰情况时,系统的动稳态跟踪性能变差;此外,PI控制器可以直流信号实现零稳态误差,但无法... 详细信息

双馈风力发电系统并网逆变器采用并网电流反馈PI控制,虽然在理想电网条件下能够实现逆变器控制系统高功率因数、低稳态误差的性能,但存在电网谐波干扰情况时,系统的动稳态跟踪性能变差;此外,PI控制器可以直流信号实现零稳态误差,但无法消除交流信号的谐波分量,且需要多次的复杂坐标变换和解耦控制。由此,提出一种基于并网电流反馈、电容电流反馈的多谐振PR控制,提高了系统控制精度;引入低次谐波补偿项后,能够有效抑制并网电流波形畸变。仿真结果证明了提出的控制策略不仅能实现对交流信号无静差控制和具有良好的动稳态跟踪性能,而且系统并网电流的谐波含量较少,满足电网对风力发电系统并网的要求。

关键词：双馈风力发电并网逆变器电网谐波多谐振PR控制电能质量

双馈风力发电机组柔性并网及低电压穿越技术研究

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双馈风力发电机组柔性并网及低电压穿越技术研究

作者：居鑫重庆理工大学

学位级别：硕士

风能以其清洁无污染、可再生、储能量大的优点在新能源发电领域占有及其重要的地位。为此,世界各国都将风能发电技术作为其新能源开发技术的核心,随着风机装机容量的不断增大,极度地缓解了世界能源危机。同时电力电子技术也在不断进步发... 详细信息

风能以其清洁无污染、可再生、储能量大的优点在新能源发电领域占有及其重要的地位。为此,世界各国都将风能发电技术作为其新能源开发技术的核心,随着风机装机容量的不断增大,极度地缓解了世界能源危机。同时电力电子技术也在不断进步发展,传统的恒速恒频风力发电技术已经逐渐退出历史的舞台,变速恒频双馈风力发电机组已经大规模的应用到世界各个风电场。其中,变速恒频双馈风力发电机组因其具有根据风速变化通过变换器控制能够自主调节转子励磁电流,使其定子端电压能够快速与电网电压一致,这样使得整个系统与大电网可以进行柔性接入,实现无冲击电流并网的优点,在近十多年得到了广泛的应用,所以对双馈风力发电机组柔性并网及低电压穿越的深入研究具有重要意义。本文首先通过官方数据详细分析国内外风电发展规模,以及双馈风电机组并网和低电压穿越（LVRT）技术的研究现状。在详细分析双馈风力发电系统的基础理论之后,建立双馈电机以及双PWM变换器分别在三相静止ABC坐标系、两相静止αβ坐标系和两相旋转dq坐标系下的数学模型。针对双馈风电机组柔性并网及实现低电压穿越必须将非线性、强耦合的电机模型解耦的问题,本文拟将转子侧变换器（RSC）和网侧变换器（GSC）分别采用基于定子磁链定向和基于电网电压定向的控制策略作为后续柔性并网的解决方案。同时本文在分析网侧变换器控制策略时,发现其传统PI闭环方案在并网时存在跟踪响应速度慢、动态性能不理想的问题,故提出一种基于趋近律滑模变结构的控制方法解决上述问题,同时给出控制策略的详细分析方法,并在MATLAB/Simulink仿真平台上验证所提出控制策略的正确性。其次,分析研究了在电网故障情况下的双馈机组的电磁暂态模型,在对比几种常用的低电压穿越方案基础之上,本文拟采用一种不需要硬件电路的PR控制策略来实现双馈风电机组低电压穿越。仿真结果表明,PR控制策略在电网电压跌落的情况下,能够有效的抑制转子电流,稳定直流母线电压,并且可在短时间内实现低电压穿越,验证了PR控制策略的有效性。最后,本文在基于TMS320F28335实验平台上构建了双馈风力发电的实验系统,并对主控电路进行软硬件设计,以进一步验证理论仿真的可行性。

关键词：双馈风力发电双PWM变换器柔性并网趋近律滑模变结构低电压穿越 PR控制

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双馈风力发电系统次同步振荡分析与抑制

双馈风力发电系统次同步振荡分析与抑制

作者：张雄鑫哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

随着可再生能源发电容量的不断扩大,电网的风电渗透率逐渐提高,关于风电和电网融合问题的研究日益受到重视。在双馈风力发电机(DFIG)向电网传输电能的过程中,远距离输电及串补电容会诱发风电场的DFIG机组发生次同步振荡,限制了风电渗透... 详细信息

随着可再生能源发电容量的不断扩大,电网的风电渗透率逐渐提高,关于风电和电网融合问题的研究日益受到重视。在双馈风力发电机(DFIG)向电网传输电能的过程中,远距离输电及串补电容会诱发风电场的DFIG机组发生次同步振荡,限制了风电渗透率的提高并影响系统的稳定运行。在这种背景下研究相应的次同步振荡抑制策略,提高DFIG风电系统对次同步电压的抗干扰能力具有十分重要的理论意义和实用价值。本文首先建立了DFIG的数学模型,并对其运行在不同状态下的功率流动进行了讨论。接着建立了DFIG系统中网侧变流器(GSC)的数学模型,对其控制策略及动静态特性进行了探讨,提出了电压电流双闭环PI控制方案。之后根据DFIG系统中转子侧变流器(RSC)对DFIG系统中定子输出电能的控制关系,设计了转子电流环矢量控制系统,实现了DFIG有功和无功功率解耦控制,并通过Matlab/Simulink仿真验证所提控制方案的合理性。其次,分析了风电系统产生次同步振荡的原因,指出输电线路串补电容导致DFIG系统发生次同步振荡,并根据不同的作用对象将次同步振荡分为次同步谐振(SSO)、次同步扭矩相互作用(SSTI)、次同步控制相互作用(SSCI)三类。着重对SSCI的振荡过程进行了探讨,得出SSCI振荡发散的条件。然后,对发生次同步振荡时传统锁相方式的缺陷进行了讨论并提出基于双二阶广义积分器的软件锁相控制技术,针对次同步谐波电网下的锁相控制进行Matlab/Simulink仿真和实验验证。论文提出通过RSC直接谐振控制抑制发电机定子输出次同步电流的抑制策略,以及通过GSC谐振环抑制直流母线电压和无功功率次同步脉动的抑制方案,并对比分析谐振比例系数和截止频率对电流环动态响应速度以及对次同步电压的抗干扰能力的影响。最后,针对谐振控制器的频率适应性提出基于谐波电流提取的次同步振荡抑制策略,在同步旋转坐标系下通过高通滤波器将次同步谐波电流提取出来,加入到电流环中以抑制定子次同步电流,并对其动态响应速度及抑制效果进行探讨。最终通过Matlab/Simulink仿真和模拟抑制次同步振荡实验验证以上相关次同步振荡抑制策略的有效性。

关键词：双馈风力发电次同步振荡双PWM变换器准谐振控制器

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双馈风力发电系统低电压故障保护电路的设计

双馈风力发电系统低电压故障保护电路的设计

作者：于成东北农业大学

学位级别：硕士

近年来风力发电产业非常发展迅速,而风电场接入的电网通常都离负荷中心较远,所以相对脆弱,易受波动影响,运行的稳定性不能得到很好的保障,一旦电网电压发生大幅度跌落的情况时,风电机组会发生大规模的脱网,严重危害电网的稳定。对于双... 详细信息

近年来风力发电产业非常发展迅速,而风电场接入的电网通常都离负荷中心较远,所以相对脆弱,易受波动影响,运行的稳定性不能得到很好的保障,一旦电网电压发生大幅度跌落的情况时,风电机组会发生大规模的脱网,严重危害电网的稳定。对于双馈风力发电系统来说,当电网发生故障时,其正常工作不脱网是最主要的研究方向,我国也出台了针对风电场故障穿越的相关规定。因此,研究风电机组的故障穿越能力具有重要意义。本文设计了一套双馈风力发电系统在电网发生故障导致电压跌落时的保护方案,能够使双馈风机在低电压状态下得到保护,并且系统不受转子侧过电流和直流侧过电压的影响,保持不脱网运行。首先,研究了双馈风力发电系统的基本原理并分析了其数学模型,包括三相静止坐标系下的模型和两相旋转坐标系下的模型。接着研究了基于矢量控制的改进型控制策略,在理论分析的基础上,对改进型控制策略进行了包括电网电压轻微跌落（20%）、电网电压中度跌落（50%）两种状态下的仿真验证,对比分析了发生三相对称故障时是否采用该控制策略的波形。从仿真结果来看,该控制策略能够将起到抑制转子侧过电流的保护作用。其次,设计了硬件保护电路,包括带有并联动态电阻的主动式转子侧保护电路、含有储能装置和卸荷电阻的直流侧保护电路。并分别在MATLAB中搭建了相应模型,观察电网电压重度跌落（80%）的状态下,系统转子侧电流、直流侧电压的波形,对比了发生三相对称故障时采用传统保护电路和采用本文的保护电路的区别。仿真结果显示,本文中的硬件保护电路更具优势,能够更好地抑制转子侧过电流和直流侧过电压。最后,设计了基于静止同步补偿器的无功补偿装置,选用了效率更高的电压源型桥式电路结构,在MATLAB中建立了电网电压轻微跌落（20%）、电网电压中度跌落（50%）、电网电压重度跌落（80%）三种状态下的仿真模型,对比分析了发生三相对称故障时并网点电压加装无功补偿装置前后以及装置输出无功功率的波形。结果表明,该装置能够有效地为系统提供无功补偿,但故障严重时补偿能力有限。本文设计双馈风力发电系统的低电压故障保护电路,对于双馈风电系统以及电网运行的安全可靠提供了保障。

关键词：双馈风力发电故障穿越矢量控制硬件保护无功补偿

风电场经柔性直流输电系统故障穿越协调控制研究

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电力系统保护与控制 2020年第10期48卷 131-138页

作者：张钦智王宾李琰刘超山东理工大学电气与电子工程学院山东淄博255049 清华大学电机系北京100084 中国电力科学研究院有限公司北京100192

当大型风电场经柔性直流输电系统长距离输送时,需解决交流电网故障时导致直流功率过剩及电压上升等问题。传统方法中仅用卸荷电路或改变控制策略都各自存在缺陷,不能够快速、经济、可靠地完成故障穿越。针对以上问题,提出一种投入自调... 详细信息

当大型风电场经柔性直流输电系统长距离输送时,需解决交流电网故障时导致直流功率过剩及电压上升等问题。传统方法中仅用卸荷电路或改变控制策略都各自存在缺陷,不能够快速、经济、可靠地完成故障穿越。针对以上问题,提出一种投入自调控耗能电阻与通过风场最大功率跟踪减少输送功率相结合的故障穿越协调控制策略。在故障初期投入耗能电阻来弥补控制策略通信延时的问题。其次在引入最大功率跟踪减载后,可适当退出部分耗能电阻,从而避开单一方案的缺点,取得更好的故障穿越效果。最后基于PSCAD/EMTDC建立模型,仿真验证了该协调控制策略的有效性。

关键词：柔性直流输电双馈风力发电自调控耗能电阻最大功率跟踪故障穿越协调控制

双馈风力发电系统在电网不对称故障下的控制策略研究

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双馈风力发电系统在电网不对称故障下的控制策略研究

作者：蒋婷西安理工大学

学位级别：硕士

近年来,为了积极应对环境与能源问题,清洁能源-风电快速发展,世界各地电力系统风电渗透率不断提高。由于风电占总体发电系统的份额增大及其并网处易发故障等问题,这就要求风力发电系统能够抵御故障,维持电网的稳定性。风力发电系统中较... 详细信息

近年来,为了积极应对环境与能源问题,清洁能源-风电快速发展,世界各地电力系统风电渗透率不断提高。由于风电占总体发电系统的份额增大及其并网处易发故障等问题,这就要求风力发电系统能够抵御故障,维持电网的稳定性。风力发电系统中较为频发的故障是三相电网电压的不对称。双馈发电机作为目前风力发电场中的主流机型,占据风电产业较大比重。而双馈风电系统中双向变换器的控制策略决定了风力发电机组的运行特性,但其设计是建立在电网电压平衡的基础上的,故障时原有的控制措施失效,致使双馈风电系统从电网解列,这将导致大面积的停电,甚至造成巨大损失。因此,就需要研究如何改进双馈风电系统的控制策略来提高其在电网故障时的并网运行能力。本课题以双馈式风力发电系统为研究对象,从其主要组成部分DFIG和背靠背式变换器的工作原理入手,建立了关于双馈风力发电机的数学模型以及并网变换器的模型和控制方案,并在仿真平台中搭建了其整体模型进行后面的仿真实验。在此基础上,对电网电压不对称故障进行分析,给出故障对双馈发电系统定、转子以及直流母线的影响,在MATLAB/simulink中再现故障电压,通过仿真分析故障过程中各电气量的变化规律。其次,给出电网电压故障时故障电压相位的检测技术,并针对在电网电压不对称故障时,由于负序分量的存在,系统不能很好的稳定直流母线电压,在网侧变换器采用比例谐振控制策略代替传统的矢量控制,给出控制算法原理以及实现框图,并在仿真软件中对其控制效果进行了仿真实验和结果分析,验证了比例谐振控制策略能有效抑制故障时直流母线电压的波动,使双馈风电系统顺利完成故障穿越。最后,针对在电网电压不对称故障时,矢量控制不能很好的消除因负序分量引起的定、转子电压的振荡以及过压,在转子侧变换器采用定子磁链跟踪控制策略代替传统的矢量控制,给出控制算法原理以及实现框图,在仿真软件中对其控制效果进行了仿真实验和结果分析,结果验证了定子磁链跟踪控制策略应用在双馈风电系统的转子侧变换器中可以抑制无功、有功功率脉动,减小定转子过流和转子过压,实现故障穿越。

关键词：双馈风力发电电网电压不对称故障比例谐振控制定子磁链跟踪控制