永磁直驱风机通过MMC-HVDC并网的故障穿越策略

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。     

电网对称故障下含DFIG和PMSG的混合风电场群的协同控制策略

针对含双馈异步发电机和永磁直驱同步发电机的混合风电场群的低电压穿越技术进行详细研究。在推导双馈发电机和永磁直驱发电机的无功电流极限表达式的基础上,详细分析电压跌落程度和风速变化对其无功电流极限的影响规律,并获得满足风电场低电压穿越导则要求下双馈风电场和永磁直驱风电场的可控运行区域及其电流分配原则,进而提出无互联通信条件下混合风电场群的协同控制策略,该控制策略通过在电网故障过程中使风电场群输出最大无功电流以提高电网的暂态电压水平,并减少电网故障前后风电场群输出有功功率的变化以避免机群超速运行,使得该混合风电场群在全工况下的低电压穿越性能得到显著提高。通过仿真计算验证了所提控制策略的可靠性和有效性。     

永磁直驱同步风电系统并网运行仿真

针对永磁直驱同步风电机组(D-PMSG)并网问题,构建了经背靠背双PWM全功率变流器并网的D-PMSG仿真模型,包括电网电压正常情况下的稳态并网模型和电网电压跌落情况下的并网模型.在系统稳态并网时,运行于最优功率模式,控制逆变器运行于单位功率因数,使风电场有功出力最大;在电网电压跌落时,系统运行于无功补偿模式,为电网提供无功支持,提高系统低电压穿越能力.仿真结果表明所建立的D-PMSG模型不但可以实现最优功率并网而且具有良好的低电压穿越能力.     

并网永磁直驱风电机组故障穿越能力仿真研究

随着电力电子器件成本下降,拥有全功率变换器的永磁直驱风机成为各国关注热点。风电场容量不断增大,要求风电机组具有故障穿越能力。本文以直驱同步风电发电机组为研究对象,利用matlab/simulink搭建了直驱同步风电机组的动态数学模型,对直驱同步风电机组故障穿越能力进行仿真研究,试验结果表明：在风电场接入点发生故障时,直驱同步风电机组具有故障穿越功能。尤其在电网发生电压跌落时,直驱风机能为系统提供一定的无功支撑。有效防止系统电压过多降落。提高了系统故障运行的稳定性。     

直驱风机故障穿越全过程的通用电磁暂态建模方法

开发有效的风机电磁暂态模型是进行风电并网研究的基础。然而，风机厂家对其关键策略保密使得风机建模十分困难。为了解决此难题，该文对实际直驱风机进行大量故障穿越测试，利用实测数据解析风机的故障响应特性，提出适用于对称和不对称电压跌落的通用故障穿越响应曲线。然后，推导不同故障阶段下有功和无功功率响应的表达式，包括故障期间的穿越控制过程、故障清除后的恢复控制过程及不同过程间的暂态切换。据此该文设计一个通用的有功和无功电流参考值发生器，形成直驱风机故障穿越全过程的通用电磁暂态建模方法。最后，利用实际风机的测试数据验证所提方法的有效性。     

电网故障下直驱永磁风力发电机的无功功率控制策略

直驱永磁同步风力发电系统（Directly driven wind turbine with Permanent Magnet Synchronous Generators, D-PMSG）因具有结构简单、发电效率及运行可靠性高等优点已经逐渐成为风力发电的主流机型。随着风电场规模的逐渐增大,风力机的低电压穿越能力（Low Voltage Ride Through, LVRT）已经成为大型风电场并网的必备条件。文中针对电网故障下直驱永磁风力发电机的无功功率出力问题,采用在电网故障阶段并联备用变频器以及无功优先的控制方法,在电压跌落期间充分利用变频器的无功产生能力, 使风力发电系统在故障期间迅速增加无功功率的输出,提升机端电压,帮助电网电压恢复,从而增强了直驱永磁同步风力机的低电压穿越能力。     

电网电压不平衡下PMSG风电场可控运行区域研究

针对电网电压不平衡下永磁直驱风电场实现其并网有功功率无波动、并网无功功率无波动以及平衡并网电流3个传统控制目标,推导了永磁直驱风电场中网侧变换器输出负序电流能力以及为实现各控制目标所需的负序电流幅值,通过将二者结合,进而得到了基于不同电网电压不平衡度和系统有功出力的永磁直驱风电场实现各传统控制目标的可控运行区域,并利用仿真和实验对其进行验证,为实际永磁直驱风电系统在电网电压不平衡下控制策略的合理选取提供理论依据。     

混合风电场的无功功率协调控制策略与仿真

为了改善定速异步风电机组(FSIG)风电场的故障穿越能力,利用少量的直驱永磁风电机组(D-PMSG)与FSIG建立混合型风电场,通过对D-PMSG网侧变流器采用无功功率协调控制策略,利用它快速调节有功、无功的能力,来满足故障状态下FSIG的无功需求,以实现整个风电场的无功优化.利用Matlab/Simulink对混合风电场进行了建模和仿真,仿真结果表明,采用D-PMSG不仅可以提高风电场的故障穿越能力,还可以使风电场的有功输出更加平滑,满足风电并网规范的要求.     

风电不同外送输电系统低电压穿越特性研究

随着风电机组安装容量不断增加,风电场在电网故障情况下的暂态运行特性变得尤为重要。本文应用PSCAD软件建立了分别含有直驱永磁风电机组、双馈感应式风电机组的风电场动态模型,并研究了2种模型对电网暂态稳定性的影响。仿真分析了风电场-电网系统的传输线路上分别发生对称故障和不对称故障2种工况时,风电场中2种机组的低电压穿越能力以及在加装无功补偿装置后风电场低电压穿越能力。比较不同风电机组有功功率、无功功率和直流电压的特性,得出以下结论:双馈感应式风电机组虽然可以通过串联制动电阻提高低电压穿越能力,但在故障消除后电网电压的突变对双馈机有一定的影响,其对电网具有很强的依赖性;直驱永磁风电机组由于自身结构的特点,在电网故障时具有较好的运行特性,有利于优化电能质量。针对风电场不同机组采用无功补偿装置来提高故障时电网电压恢复能力,维持系统稳定运行。     

永磁直驱风机基于虚拟同步技术的高、低电压连续故障穿越策略

“双高”电力系统中,并网风机机端故障电压越发呈现高、低连续振荡的特点,这增加了机组穿越难度和脱网概率。该文基于虚拟同步机(virtual synchronous generator,VSG)技术设计了一种直驱风机高、低电压连续故障穿越策略：有功控制通过改进VSG技术设计功率补偿项,对外增加系统频率支撑,对内减少母线电压波动;无功控制以行业标准为依据,通过向电网注入无功电流支撑电压恢复。其中,低穿时通过超速限功率、紧急变桨等变功率跟踪方法快速、精准平衡有功流动,高穿时通过动态调节直流母线电压增加网侧逆变器可控性,以此提高机组故障连续穿越能力。相较于传统电流源特性的双闭环控制,应用电压源特性的VSG技术有利于提升故障期间风机的电网支撑作用。设计的穿越策略可持续性更强,能承受长时间、多频次、大范围的连续故障电压冲击,提高了机组在恶劣工况下的并网生存能力。最后结合Matlab/Simulink仿真平台进行实验验证。     

风速及风机地理位置分布特性对直驱风电场故障特征的影响分析

为探讨直驱风电场分群建模的必要性,研究了风速和风机地理位置分布特性对直驱风电场故障特征的影响。故障特征分析是继电保护构造判据的基础,考虑到故障暂态时段极短且继电保护动作速度快,故障特征分析时可以假定故障切除前风速不变。在此基础上,由于故障阻滞了有功功率的传输,故障后直驱风机产生的有功不能全部传送到网侧。卸荷电路保持了逆变器直流电容电压的稳定,并将多余电能释放。在直流电容电压恒定的情况下,逆变器向故障点注入的多为无功电流,且仅与控制策略和电压跌落程度有关,而与负荷电流无关。理论上,风机对故障点注入的电流与风机所处的地理位置有关。但由于直驱风机的弱馈特性,各风机感受到的电压跌落差别不大,对故障点的注入电流基本相同;虽然各风机距离故障点远近存在差异,但就电气量传输延迟对应的相角差而言,几乎可以忽略不计。综上分析,直驱电场无需分群建模,无需考虑负荷和地理位置影响。最后,仿真结果验证了理论分析的正确性。     

风电场并网线路单相接地故障单端测距误差特性分析

基于阻抗原理的输电线路单相接地故障单端测距精度受过渡电阻及线路对侧系统运行方式的影响。风电场总体表现出弱馈系统特征,但不同类型风电场的故障等值特性不同,使得风电场并网线路传统故障测距算法存在较大误差,且误差机理不明确。针对该问题,建模仿真了异步鼠笼、直驱永磁及感应双馈三种类型风电场运行特性,分别从并网线路系统侧及风场侧对比分析了负序、零序电流与故障点电压的相位差值。量化分析了不同风机类型及并网容量的风场等值序阻抗变化规律,给出了影响风电场并网线路测距精度的因素及作用机理。提出了不同类型风电场并网线路适用的故障测距策略及后续改进方向,大量算例仿真证明了所提故障测距策略的有效性。     

改进控制策略下永磁直驱风力发电机组低电压穿越能力的研究

针对不控整流+直流升压+PWM逆变器的永磁直驱风力发电机组,提出了一种改进的功率流控制策略。在电网电压跌落时,通过减小电机侧的有功功率输出来稳定直流侧电压,同时向电网发出无功功率。仿真结果表明,在电网发生三相对称故障时,所提的控制策略能够有效地保证电机侧和电网侧功率的平衡,并对并网逆变器出口电压有一定的提升能力,提高了风机的低电压穿越能力。     

永磁直驱风电系统低电压运行特性的分析

通过构建永磁直驱风电系统的仿真模型,实现网侧变换器输出有功和无功功率的解耦控制,增加卸荷负载以提高其应对电压跌落等故障的穿越能力,对风电系统运行在单位功率因数、超前和滞后功率因数情况下的跌落特性进行了仿真分析,讨论了电压跌落期间风电系统对电网的无功支持.仿真结果表明,直驱式永磁同步电机风电系统具有较强的低电压穿越能力,可以安全运行在不同功率因数下,同时能在电网电压故障期间对系统提供一定的无功支持.     

基于平滑切换的不平衡工况下直驱风机故障穿越控制策略

目前已有的风电机组故障穿越控制策略和相关标准主要针对三相平衡故障或仅考虑不平衡工况下的单一控制目标，文中重点研究了直驱风机并网系统在三相不平衡故障下的多目标协同故障穿越控制策略。首先，在不平衡工况下网侧逆变器瞬时功率模型的基础上，分析了传统控制策略下直驱风机输出电流三相不平衡、有功功率与无功功率二倍频振荡及其导致的直流母线电压波动机理。为了实现不平衡故障下的多目标协同控制，提出了基于最小二乘法的最优电流设定值求解方法。此外，考虑到故障过程中网侧变流器直流电压环对电流控制的钳制作用，提出了一种基于状态跟随的平滑切换控制策略以减小切换过程的暂态冲击，即故障穿越期间直流电压控制从网侧变流器平滑切换至机侧变流器。与传统故障穿越控制策略相比，所提故障穿越控制策略可以同时实现对不平衡电流、有功及无功功率波动的有效抑制，避免了单独控制有功或无功功率振荡时易出现的电流指令值饱和现象，提高了直驱风机故障穿越控制性能。最后，利用PSCDAD/EMTDC仿真验证了所提控制策略的有效性和优越性。     

并网逆变器电压支撑的参考电流值

为了使新能源并网逆变器在电网故障时,安然度过电压暂降,并通过注入无功功率以支撑电网电压,提出了实现三相电压均衡、提升或消除有功功率波动为控制目标的并网参考电流值的设置方案。首先分析了电网电压不平衡下,αβ静止坐标系中电压正负序分量、电网电流与功率的关系,引入参数k控制无功电流中正序与负序分量间的关系,推导出电网参考电流的表达式,以及消除有功功率振荡的k取值范围。再对最大并网电流进行了限制,以穿越电网故障,使并网逆变器不脱网。最后通过采用αβ静止坐标系中比例谐振电流环控制,三相并网逆变器在不同参考电流下实现了电网电压提升、均衡或者抑制有功功率振荡的功能。     

永磁直驱风机低电压穿越协调控制策略

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。     

一种PMSG低电压穿越综合控制策略

分析了关于直驱风电机组的不同低电压穿越方法的优缺点,结合直驱风电机组结构特点,提出一种能适应于不同电压跌落情况下的低电压穿越综合策略,即减少发电机出力,将变阻值卸荷电路和桨距角控制相结合,以避免直流电容过电压和发电机超速为原则,确保发电机和变流器的安全运行;网侧逆变器提供无功支持,同时采用基于磁控电抗器(Magnetically Controlled Reactor,MCR)的动态无功补偿装置进行无功补偿。在PSCAD平台上构建基于综合控制策略的直驱永磁风电机组模型,通过仿真验证了不同电压跌落下的直驱永磁风电机组低电压穿越能力,以及综合控制策略的可行性。研究表明低电压穿越综合策略能兼顾提升机组低电压穿越能力和故障穿越结束后风电机组的稳定运行能力。     

变流器瞬时功率平衡理论在直驱永磁风力发电机组低电压穿越中的应用

为了研究直驱永磁风力发电机组的低电压穿越运行特性,建立其数学模型,利用电力系统电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC搭建了机组仿真模型,进行了电网电压跌落故障发生时的机组低电压穿越特性仿真。利用低电压穿越设备对东北地区某风电场直驱永磁风力发电机组并网低电压穿越运行进行了测试。通过实测数据与仿真数据的对比,验证了所提出的直驱永磁风力发电机组并网运行控制策略及仿真结果的正确性。     

具有低电压穿越能力的集群接入风电场故障特性仿真研究

结合风电机组的结构和并网原理,对直驱风电机组提出了"卸荷电路+无功补偿"的低电压穿越改进控制方法,对双馈风电机组采用了DC-Chopper和SDBR(series dynamic braking resistor)代替Crowbar的低电压穿越改进控制方法。以PSCAD为平台分别构建了具备低电压穿越能力的直驱风电机组和双馈风电机组的并网仿真模型;结合风电并网技术规程,采用电压跌落器仿真验证了直驱、双馈风电机组在电网电压跌落下的低电压穿越能力。参照新疆达坂城实际风电场群接入系统方案,构建了包含具备低电压穿越能力的直驱、双馈风电机组的集群风电场仿真算例,研究了风电场送出线故障、集群风电场送出线电压跌落、系统线路电压跌落时风电场群故障穿越特性。仿真结果表明:集群接入风电场送出线电压跌落会影响相邻风电场及系统的电压和频率,故障结束后整个风电接入系统可以在风电接入技术规程要求的时间内恢复至稳态运行状态。研究成果有助于分析风电大规模集群接入系统的运行特性,提高电力系统对风电的接纳能力。