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DFIG风电机组网侧变换器的复开关表直接功率控制

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电力系统自动化 2007年第21期31卷 67-71页

作者：郭晓明贺益康何奔腾胡家兵朱青山浙江大学电气工程学院浙江省杭州市310027 浙江电力调度通信中心浙江省杭州市310007

传统直接功率控制(DPC)所用开关表的输出控制矢量离散且固定,导致脉宽调制变换器的交流输入电流富含谐波,在交流输入电压波动和不对称的情况下更为明显,无法满足基于双馈异步发电机(DFIG)的变速恒频风电机组在故障下的不间断运行要求。... 详细信息

传统直接功率控制(DPC)所用开关表的输出控制矢量离散且固定,导致脉宽调制变换器的交流输入电流富含谐波,在交流输入电压波动和不对称的情况下更为明显,无法满足基于双馈异步发电机(DFIG)的变速恒频风电机组在故障下的不间断运行要求。在分析网侧变换器数学模型和DPC原理的基础上,提出了一种基于复开关表的DPC新策略。该策略可根据变换器的交流输入电压、瞬时功率等工作状态,提供细化的开关表以供选择,从而在保留传统DPC结构简单特点的同时,获得了高精度的控制效果。仿真和实验结果表明,该控制策略在电网发生对称性过电压、电压跌落和不对称性故障时,均能保持三相输入电流的平衡、稳定,用于DFIG风电机组交流励磁变频电源的控制中能提高电网故障下风电系统的穿越运行能力,并减少脉宽调制变换器产生的电力谐波污染。

关键词：双馈异步发电机直接功率控制复开关表风力发电不对称性故障故障穿越能力

风电机组经低频输电系统并网的故障穿越协调控制

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供用电 2022年第11期39卷 11-17,31页

作者：朱海勇吴小丹王宇潘磊陆立文邹强董云龙赵辉南京南瑞继保电气有限公司江苏南京211102 国网江苏省电力有限公司镇江供电分公司江苏镇江212001

近年来,基于全桥功率模组的模块化多电平矩阵变换器(M3C)的海上风电低频输电系统(LFTS)发展迅速,具有广阔的应用前景。为保障电网的安全运行以及降低海缆的过压风险,经LFTS并网的风电机组必须具备故障穿越能力。研究风电机组经LFTS并网... 详细信息

近年来,基于全桥功率模组的模块化多电平矩阵变换器(M3C)的海上风电低频输电系统(LFTS)发展迅速,具有广阔的应用前景。为保障电网的安全运行以及降低海缆的过压风险,经LFTS并网的风电机组必须具备故障穿越能力。研究风电机组经LFTS并网时的故障穿越能力,针对工频系统故障导致M3C传输有功受限,使得工频、低频系统功率不平衡,造成低频系统过电压问题,设计了一种基于多绕组移相变压器的宽频宽压电源系统(宽频电源)。当工频系统故障引起M3C闭锁时,通过宽频电源接管低频侧电压控制,实现风电并网系统故障穿越。搭建了35 kV/11 MW海上风电系统的PSCAD模型,仿真实验结果表明了所提方法的正确性,具有良好的LFTS工程应用前景。

关键词：低频海上风电模块化多电平矩阵变换器故障穿越能力宽频宽压电源系统协调控制

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新型模块化多电平变流器容错运行策略

电力系统及其自动化学报 2017年第6期29卷 21-28页

作者：荣飞刘诚黄守道湖南大学国家电能变换与控制工程技术研究中心长沙410082

为了解决模块化多电平变流器(MMC)在部分子模块故障时,因系统处于不对称运行状态而造成输出电流畸变、电容电压纹波较大、直流电流波动过大等问题,提高系统容错运行能力,本文提出了一种新型MMC容错运行策略,针对不同范围的调制比,对调... 详细信息

为了解决模块化多电平变流器(MMC)在部分子模块故障时,因系统处于不对称运行状态而造成输出电流畸变、电容电压纹波较大、直流电流波动过大等问题,提高系统容错运行能力,本文提出了一种新型MMC容错运行策略,针对不同范围的调制比,对调制波进行相应调整。同时在载波移相调制基础上,提出一种利用当前关断模块替换故障模块导通的调制策略,并给出相应的优化方法,来增大桥臂正常模块平均导通时间,维持桥臂能量不变,减小桥臂间的不对称性。在MATLAB/Simulink上进行了仿真和实验验证。结果表明,本文提出的容错运行策略能够改善MMC故障运行时的输出波形,减小畸变率,提高了MMC的故障穿越能力,有利于MMC系统的稳定可靠运行。

关键词：模块化多电平变流器载波移相调制调制波重构故障穿越能力

风电场经VSC-HVDC并网故障穿越协调控制策略

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电力工程技术 2020年第3期39卷 30-35页

作者：鲁裕婷赵天乐都洪基南京理工大学自动化学院江苏南京210094

近年来基于电压源换流器的高压直流(VSC-HVDC)输电技术发展迅速,为保证电网安全运行,经VSC-HVDC并网的风电场必须具备故障穿越能力。文中研究风电场经VSC-HVDC并网时的故障穿越能力,针对并网点故障换流站传输有功降低使得交流系统和直... 详细信息

近年来基于电压源换流器的高压直流(VSC-HVDC)输电技术发展迅速,为保证电网安全运行,经VSC-HVDC并网的风电场必须具备故障穿越能力。文中研究风电场经VSC-HVDC并网时的故障穿越能力,针对并网点故障换流站传输有功降低使得交流系统和直流系统功率不平衡,造成直流电压迅速升高影响系统运行的问题,设计了一种基于传统耗能电阻电路而改进的耗能电阻拓扑结构。当电网侧发生故障时,通过投入耗能电阻吸收功率差额并且结合风电机组进行协调控制,使得VSC-HVDC风电并网系统能够顺利平稳地穿越故障。最后,在PSCAD/EMTDC搭建基于VSC-HVDC的风电场并网模型,验证了所提方法的有效性。

关键词：基于电压源换流器的高压直流(VSC-HVDC) 风电场故障穿越能力耗能电阻拓扑协调控制

VSC-HVDC供电无源电网的频率控制策略

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电力科学与技术学报 2015年第2期30卷 87-91,118页

作者：陈世和张曦潘凤萍罗嘉朱亚清广东电网公司电力科学研究院广东广州510080

向无源网络供电的柔性直流输电系统在送端交流电网故障下,由于限流器作用,会使受端交流电网出现功率缺额问题,进而影响受端电网的电压稳定性。通过分析有功功率不平衡量,研究影响直流电压变化的机理,获得扰动下直流电压变化与频率响应... 详细信息

向无源网络供电的柔性直流输电系统在送端交流电网故障下,由于限流器作用,会使受端交流电网出现功率缺额问题,进而影响受端电网的电压稳定性。通过分析有功功率不平衡量,研究影响直流电压变化的机理,获得扰动下直流电压变化与频率响应之间的映射关系,进而提出逆变站的频率控制策略;利用负荷频率特性调节,将故障信息通过频率传递给保护装置,提高了系统故障穿越能力。PSCAD/EMTDC仿真结果表明:所提出的控制策略能够有效地提高VSC-HVDC受端系统的故障穿越能力。

关键词：柔性直流输电故障穿越能力频率控制电流限制

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海上石油平台供电策略研究与故障特性分析

海上石油平台供电策略研究与故障特性分析

作者：宣羿浙江大学

学位级别：硕士

海上石油平台向陆上输油环节,需要采用高压大功率电动机,通常平台内自带柴油发电机组,无法满足功率需求,而需要陆上电网供电。在平台离岸距离较远的情况下,采用直流输电经济性较高。海上石油平台的大功率输油泵通常由高压电缆绕线式同... 详细信息

海上石油平台向陆上输油环节,需要采用高压大功率电动机,通常平台内自带柴油发电机组,无法满足功率需求,而需要陆上电网供电。在平台离岸距离较远的情况下,采用直流输电经济性较高。海上石油平台的大功率输油泵通常由高压电缆绕线式同步电动机驱动。电动机负载对于陆上交流电网来说,可以认为是远距离大负荷无源系统,适合通过模块化多电平换流器(Modulator Multilevel Converter, MMC)向其供电。由于大功率同步电动机启动过程复杂,并且离岸距离远检修不便,因此要求系统能长期稳定运行并具有较强的故障穿越能力。根据海上石油平台的上述特性,本文做了如下工作：(1)分析了同步电动机与模块化多电平换流器的数学模型,提出了一种采用柔性直流输电技术为平台机组供电的方法,将高压直流输电(High Voltage Direct Current, HVDC)的研究成果与电机驱动相结合,并对其进行了建模分析。(2)搭建了该系统在PSCAD/EMTDC下的数字仿真平台,实现了系统的稳态运行。并且对系统的调速特性和负荷抗扰动能力进行了测试,并且对结果进行了分析。(3)分析了送端与受端瞬时接地故障对系统的影响,根据故障特性,采用了直流电压限幅控制以抑制送端接地故障下功率缺额对受端系统的影响;提出了无功-电压下垂控制以提升在受端发生瞬时金属性接地时的故障穿越能力。在搭建的仿真平台上对其进行了测试,并且进行了分析。

关键词：海上石油平台高压电缆绕线式同步电动机模块化多电平换流器故障穿越能力直流低压限幅无功-电压下垂控制

基于LADRC的永磁直驱风电系统网侧变流器控制策略的研究

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同方学位论文库

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基于LADRC的永磁直驱风电系统网侧变流器控制策略的研究

作者：杨豹天津理工大学

学位级别：硕士

面对当前能源危机日益严重的现状,人们开始发掘可再生能源。风能作为一种清洁能源为缓解当前能源紧张的局势,替代传统的能源发电方式提供了一种绿色清洁,并且切实可行的途径,不仅受到全球各国的普遍认可,同时世界风电装机容量也正在逐... 详细信息

面对当前能源危机日益严重的现状,人们开始发掘可再生能源。风能作为一种清洁能源为缓解当前能源紧张的局势,替代传统的能源发电方式提供了一种绿色清洁,并且切实可行的途径,不仅受到全球各国的普遍认可,同时世界风电装机容量也正在逐年增长。并网变流器作为风能与电网之间的接口,在保障并网电能的质量和效率方面,具有举足轻重的地位,同时风电机组也需要具备在一定程度电压波动等外部扰动下保持不脱网运行的能力。因此,本文将对直驱型永磁同步风电系统网侧逆变器的控制策略进行研究,对提高风电机组的稳定运行和故障穿越能力有重要工程实践意义。首先本文从研究背景和风力发电的现状及应用出发,介绍了三相并网逆变器的发展趋势和研究意义,通过简要分析风电机组的拓扑结构、逆变器的控制策略和调制方式理解其控制理论基础。在为后续章节打下基础的同时,重点分析了直驱型永磁同步风电机组网侧变流器的双闭环控制结构,根据网侧变流器的拓扑结构建立了三相静止坐标系和两相旋转坐标系下的数学模型,结合电网电压定向的矢量控制策略,分别设计了电压外环和电流内环PI控制器,并进行参数整定。然后,针对传统的PI控制器具有响应速度慢、容易出现超调,抗扰性能差等缺陷,本文对直流母线电压外环进行改进,分别设计了一阶LADRC和二阶LADRC控制器对母线电压进行控制,同时分析了对应二阶LESO和三阶LESO的收敛性,并且利用频域的方法推倒了LADRC的抗扰性能,不仅改善了风电系统母线电压的暂态过程,还提高了系统稳定运行的能力。与此同时,通过MATLAB/Simulink数字仿真软件搭建了1.5 MW直驱型永磁同步风电机组三相并网系统的仿真模型,对所设计的LADRC控制器进行仿真验证。最后,借助合作公司3.6MW级全真风场模拟实验平台进行物理实验,模拟了电网电压平衡跌落,机侧突然加载、减载等工况下直流母线电压的故障穿越能力。验证了本文所提控制策略的有效性和可行性。

关键词：直驱型永磁同步风电系统网侧变流器 LADRC 抗扰性故障穿越能力

基于改进自抗扰控制的风电系统并网变流器控制策略研究

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同方学位论文库

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基于改进自抗扰控制的风电系统并网变流器控制策略研究

作者：陈昱龙天津理工大学

学位级别：硕士

近年来随着全球能源需求的增长和相关气候环境保护条例的颁布,可再生能源尤其是风力发电行业快速发展。永磁直驱风力发电机组因其无变速齿轮箱和采用全功率变流器的结构,具有较高发电效率、安全可靠和更高的电网适应性等特点得到广泛应... 详细信息

近年来随着全球能源需求的增长和相关气候环境保护条例的颁布,可再生能源尤其是风力发电行业快速发展。永磁直驱风力发电机组因其无变速齿轮箱和采用全功率变流器的结构,具有较高发电效率、安全可靠和更高的电网适应性等特点得到广泛应用。所以为提高永磁直驱风电系统故障穿越能力而进一步研究其控制策略就有了相当重要的意义。文章介绍了风力发电原理,建立了直驱式永磁风电系统中风力发电机、机侧整流器和网侧逆变器数学模型并进行坐标变换,分析了风电系统故障时并网变流器功率不平衡时的直流母线电压变化过程,并说明保持其稳定的必要性,简述了网侧逆变器不同控制策略。针对传统PI控制技术对系统扰动的实时估计补偿能力较弱的问题,设计了基于集总扰动观测误差的改进线性二阶自抗扰控制技术,然后对改进后的控制技术在频域内进行稳定性证明和抗扰能力分析。针对线性扩张状态观测器(LESO)在运行控制起始阶段,输出信号因初始值与系统初值不同,产生峰值现象造成观测器收敛效果变差的不足,设计一种变误差增益系数的非线性ESO来削弱峰值现象,然后又将滑模控制与自抗扰控制技术相结合,使用滑模控制律取代线性反馈控制律和扰动补偿环节,进一步提高系统的控制精度。最后使用MATLAB&Simulink搭建了永磁直驱风力发电并网系统数字仿真平台进行验证,对风电控制系统采用多种控制方式进行仿真对比分析,模拟验证机侧加减载和高、低电压穿越等工况发生时系统的故障穿越能力。结果表明提出的两种改进控制方法的正确性,能够更好的降低各种扰动对于直流母线电压的不良影响,有效地加强了系统抗扰动能力。

关键词：永磁直驱风电系统网侧变流器自抗扰控制器故障穿越能力滑模控制

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同方学位论文库

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光伏模块化直流升压汇集系统及控制策略研究

光伏模块化直流升压汇集系统及控制策略研究

作者：易伟沈阳工业大学

学位级别：硕士

随着全球变暖和环境问题的日益突出,世界各国都加大了对新能源的利用和开发,光伏直流升压汇集系统作为实现大规模光伏发电并网的关键技术之一,光伏直流升压汇集系统具有高电压、大容量、高效率等优点。故针对光伏直流升压汇集系统的拓... 详细信息

随着全球变暖和环境问题的日益突出,世界各国都加大了对新能源的利用和开发,光伏直流升压汇集系统作为实现大规模光伏发电并网的关键技术之一,光伏直流升压汇集系统具有高电压、大容量、高效率等优点。故针对光伏直流升压汇集系统的拓扑结构及控制策略的研究具有重要意义。本文首先介绍了国内外当前大功率光伏直流升压变流器的研究情况,通过大功率、高变比、高电压DC-DC变换电路拓扑比较,综合考虑变换效率、应用范围、控制难度等因素,完成大功率高电压直流升压变流器拓扑评估及选取。随后,本文提出了一种适合于±30kV/1.5MW分散型光伏直流升压系统和±30kV/1MW集中型光伏直流升压系统的拓扑结构及控制策略。大功率直流升压变换器是以Boost全桥隔离升压变流器为基本单元,通过前级并联、后级串联的组合方式构成,此结构可以满足大容量、高变比的直流升压变流器的设计需求,并实现在恒定电压下功率叠加的目标。之后,本文研究了适合光伏直流升压汇集系统并网的模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)拓扑结构及控制策略。对全桥型MMC的基本原理进行分析,并详细分析每相桥臂间的电压和电流关系;通过坐标轴变换建立全桥型MMC的电磁暂态数学模型,为全桥型MMC的控制系统设计奠定理论基础。采用三角载波移相调制策略作为全桥型MMC的调制策略,通过对子模块触发控制,从而实现全桥型MMC的闭环控制;为了实现光伏直流升压汇集系统平稳启动,研究了多级变流器串/并联系统的启动控制策略。最后,本文对光伏直流升压汇集系统进行故障穿越能力分析,在MATLAB/SIMULINK仿真平台下,对系统发生直流侧双极短路故障和交流侧短路故障进行仿真实验研究,通过实验分析验证了MMC型光伏并网逆变器具有比较良好的故障穿越能力。

关键词：大功率直流升压模块化多电平换流器控制策略故障穿越能力