计及不同电压跌落和GSC馈出电流的DFIG精细化故障计算模型

当含双馈感应发电机(DFIG)的交流电网发生故障时，DFIG输出特性的精确性将影响到整个故障网络计算结果的准确性。首先，从DFIG的不同电压跌落出发，详细推导了撬棒保护投入、转子侧变流器(RSC)励磁控制和外环控制下DFIG定子侧输出电流的计算公式。接着，考虑网侧变流器(GSC)的馈出电流，推导了GSC和RSC在不同控制策略下DFIG的输出电流表达式，进而提出了计及不同电压跌落和GSC馈出电流的DFIG精细化故障计算模型。最后，在MATLAB/Simulink平台中进行了DFIG并入无穷大系统和典型电网仿真来验证该精细化模型的准确性。仿真结果表明，所提精细化模型理论计算值与仿真值误差较小；与现有模型相比，该模型在应用于电网故障计算时具有更高的准确性。     

考虑低电压穿越全过程的双馈风电机组短路电流计算方法

双馈风电机组在电网故障期间保持并网运行,其输出的短路电流对电力系统保护和控制产生较大影响。电网故障下,双馈风电机组通常先投入撬棒保护并闭锁转子侧变流器,而后重启转子侧变流器控制机组输出无功功率。目前,针对双馈风电机组短路电流已有较多研究,但是尚未考虑低电压穿越全过程中机组运行状态切换所造成的电气参量的变化,可能造成短路电流的分析和计算出现较大误差。为此,分别建立了撬棒投入和转子侧变流器无功控制两个阶段的双馈感应发电机(doubly-fed induction generator,DFIG)数学模型,推导了这2个阶段DFIG定子短路电流的表达式,分析了低电压穿越方式的切换对DFIG输出短路电流的影响,提出了低电压穿越全过程DFIG短路电流的计算方法,并通过时域仿真验证了理论分析的正确性。     

电网电压跌落下双馈风力发电系统强励控制

为增强电网故障下双馈风力发电系统(DFIG)的低电压穿越(LVRT)运行能力,提出一种DFIG转子侧变换器(RSC)强励控制策略。在基于定子磁链定向的矢量控制策略中增加多频比例谐振控制器(MFPR),当电网故障造成发电机定子电压跌落时,多频比例谐振控制器能够对转子侧变换器(RSC)的输出励磁电压进行补偿,抑制转子故障电流,实现DFIG的低电压穿越运行。分析了转子电压等级与DFIG的低电压穿越运行区间的关系,为DFIG转子侧变换器的电压等级设计标准提供了参考依据。控制系统结构简单,保证了系统的响应速度,可同时对电网对称跌落和不对称跌落产生的故障电流进行抑制。通过对1.5 MW双馈风力发电机组进行仿真研究,验证了理论分析的正确性和所提控制策略的可行性。     

电网故障下双馈风电无功特性分析及暂态支撑

在对称电网故障下电网电压跌落程度和风速变化对双馈风电发电机(DFIG)的电磁暂态过程和其无功电流极限的影响规律分析基础上,分别讨论了故障持续期间DFIG定子侧以及网侧变流器的无功支撑特性,并结合并网风电场低电压穿越(LVRT)要求,提出了故障期间利用机组容量输出最大无功电流的DFIG改进控制策略,向电网提供最大暂态无功支撑。最后通过实验验证了所提改进控制策略的可行性。     

一种考虑RSC和GSC的双馈风机短路电流实用计算方法

由于双馈风机(DFIG)的短路电流特性与传统电机不同,使其保护整定变得困难。针对电网对称故障下双馈风机短路电流,提出一种同时考虑机侧变流器(RSC)和网侧变流器(GSC)故障期间特性的双馈风机短路电流实用计算方法。在电网电压轻度跌落时,考虑RSC和GSC对风机暂态特性的影响。在电网电压深度跌落时综合考虑RSC、GSC和撬棒保护(Crowbar)的影响,把风机短路电流视为定子短路电流和变流器GSC输出电流两部分之和。建立双馈风机短路电流计算数学模型,并在数学模型中体现Crowbar动作的延时性。计算过程以Crowbar动作时刻为时间分界点,获得短路电流时域表达式,计算短路电流的最大值和有效值。在PSCAD中进行仿真验证,验证所用方法的准确性和有效性。     

基于故障电流解析表达的FCL协助DFIG低电压穿越研究

双馈感应电机(DFIG)与公共耦合点(PCC)间投入故障电流限制器(FCL)实现低电压穿越(LVRT)时,定子电压受FCL阻抗与网侧变流器(GSC)电流影响,无法设定定子电压,需要对DFIG与FCL整体建模以分析故障电流。基于恒定电流控制策略推导转子侧变流器(RSC)与GSC电流,提出DFIG故障电流的解析表达式。考虑到电压定向下定子相角振荡会导致dq轴恒定电流在xy轴下变化,不利于定子电流稳定,采用dq轴与xy轴相重合的定向方案。对比不同的RSC与GSC电流参考值、FCL阻抗值与切出时间下DFIG LVRT过程中的电磁转矩振荡,选择LVRT性能较好的一组控制参数。仿真结果表明,FCL阻抗取值受RSC与GSC电流参考值影响,且FCL阻抗越大,所取切出时间越短。     

具有不对称故障穿越能力的双馈风力发电机组短路电流分析与计算

风电大规模接入电网背景下,电网故障电流特征发生根本性改变,现有电力系统继电保护技术将难以适应。然而,目前国内外关于双馈风力发电机组(DFIG)短路电流特性的研究多依赖于具体指定的变换器控制与保护策略,研究所得结论多样化,从电力系统继电保护需求角度缺乏通用性,且针对不对称故障电流特性的研究仍相对较少。在分析电网发生不对称故障对DFIG自身安全与运行控制影响的基础上,以风电并网故障穿越要求为约束,揭示了DFIG故障穿越控制与其馈出短路电流特性间的关联规律,进一步从理论上推导了不依赖变换器控制策略的DFIG稳态短路电流计算公式;并系统分析了不同电网故障情况下DFIG故障电流变化特性及规律。这些结论能够为含大量DFIG电网继电保护适应性分析及其新原理研究提供支撑。     

基于双馈风电场低电压穿越的高温超导故障限流器建模及其参数优化

针对电网故障下的双馈风力发电机组(Doubly-Fed Induction Generations, DFIG)的低电压穿越问题,提出装设电阻型高温超导故障限流器(High Temperature Superconducting Fault Current limiter, HTS-FCL)的低电压穿越保护策略。基于HTS-FCL的电特性与温度特性,采用热电类比法建立了详细的HTS-FCL仿真模型。基于DFIG的暂态模型,推导了电网故障下的DFIG暂态响应,分析了HTS-FCL保护投入后其参数对DFIG暂态响应的影响,采用模糊优化与粒子群算法相结合的方法优化了HTS-FCL的主要参数。仿真结果表明,HTS-FCL参数优化结果有较好的适用性,所提策略能够实现电网严重故障下的DFIG低电压穿越。     

提高双馈感应发电机无功支撑能力的低电压穿越控制策略研究

为提高双馈感应发电机(DFIG)低电压穿越(LVRT)能力的同时满足电网无功支撑需求,对传统矢量控制策略进行改进,设计了无功协调控制模块。重点研究Crowbar切除时DFIG的低电压穿越问题,充分利用此时DFIG无功调控能力,为确保双馈风机在电网故障较严重时仍满足电网无功需求,配置静止同步补偿器(STATCOM)作为额外无功辅助设备。最后,在PSCAD/EMTDC平台搭建1.5MW并网DFIG仿真模型,在电网电压跌落时,对控制策略改进前后运行结果的分析表明,所提控制策略能更好地发挥DFIG无功支撑能力,减少STATCOM利用率,实现风电场的低电压穿越。     

双馈风电系统低电压故障保护方法的研究

提出一种基于串联动态制动电阻(SDBR)的低电压主动保护方法,在电网故障时吸收由于电网电压跌落引起的不平衡功率,保证故障期间双馈风电机组不脱网运行。分析SDBR对DFIG的暂态影响,提出SDBR的投切控制策略。根据低电压穿越(LVRT)规范对无功功率的要求,研究转子侧变流器无功补偿控制方式。利用PSCAD/EMTDC仿真平台,建立基于SDBR的双馈风电系统仿真模型,对三相对称故障时DFIG的低电压穿越能力进行仿真研究。仿真结果表明,串联动态制动电阻能够有效的抑制定、转子过电流,限制直流母线过电压,从而提高DFIG的低电压穿越能力,保证风电系统的不脱网运行。     

双馈风机控制方式对继电保护影响的研究

双馈风机(DFIG)的接入会影响配电网继电保护的正确动作,其中控制策略的影响不可忽视。基于DFIG两相静止坐标系下的数学模型,分别建立了DFIG机侧变流器的矢量控制和直接功率控制的模型。理论分析表明当电网发生短路故障时,不同控制策略下的DFIG短路特性有着较大差异,从而对继电保护造成不利影响。从仿真结果可知,直接功率控制响应速度快,超调量大;矢量控制响应速度慢,超调量小;DFIG出口处电压下降越多,两种控制方式瞬间提供的短路电流差别越大。最后采用向转子电流参考指令中加补偿项的方法对机侧变流器矢量控制进行改进。仿真分析结果验证了改进后的矢量控制能有效地减少DFIG在故障期间对继电保护的不利影响。     

不同控制策略对双馈风机暂态特性影响仿真研究

本文根据网侧基于电网电压定向的矢量控制策略和直接功率控制策略及机侧基于定子磁链定向的矢量控制策略和直接功率控制策略,在PSCAD平台上分别搭建了基于矢量控制策略和直接功率控制策略的两套双馈风机仿真模型,对比分析了电网发生对称性短路故障导致机端电压不同程度轻微跌落和严重跌落时基于不同控制策略的风机的暂态特性,分析了不同时刻投入撬棒电路时基于不同控制策略的风机短路电流特性,并仿真分析了基于不同控制策略的网侧变频器不发无功时对直流母线电压的稳定作用及发无功时对电网电压的支撑作用,最后总结了不同控制策略对双馈风机对称性短路故障暂态特性的影响。     

双馈风电机组在不对称电网故障下的稳定性控制研究

为避免电网电压不对称跌落导致双馈风电机组(DFIG)脱网运行,分析了电网不对称故障时双馈风力发电机组直流母线电压波动机理,直流侧过电压这一现象主要由定子侧直流分量和电网电压负序分量引起.通过参考系坐标变换导出在正负序坐标系中双馈感应发电机的电压和电流方程,建立了正、负序坐标系下DFIG数学模型,利用机、网变流器协调控制方法,在不对称电网故障期间,机侧变流器转子电流的负序分量控制为零,网侧变流器采用双闭环正、负序电流控制抑制网侧负序分量,结合功率计算模块,有效抑制了机组电磁转矩与电流的2倍频波动,以及直流母线电压与电流负序分量的波动,改善了DFIG在不对称电网故障下的动态性能.仿真结果表明了该控制策略的可行性.     

适用于电网不对称故障的双馈风力发电机虚拟同步控制策略

双馈感应发电机(DFIG)虚拟同步控制策略可使DFIG为电网提供频率与电压支撑,改善其并网特性。现有虚拟同步控制策略的主要目标是模拟同步发电机机电动态特性,未深入探讨电磁暂态过程中如何对DFIG进行控制。分析了电网发生不对称故障时,基于虚拟同步控制的DFIG的故障特性;得出了现有虚拟同步控制策略难以抑制DFIG故障电流与电磁转矩振荡的结论。在此基础上,提出了一种适用于电网不对称故障的DFIG电压补偿虚拟同步控制策略,该策略通过补偿转子电压的故障分量来改善DFIG转子电压的响应速度,抵消或削弱转子反电势故障分量的影响。仿真对比了现有虚拟同步控制策略与所提出策略的控制效果,验证了所提策略能够显著降低DFIG转子故障电流,抑制电磁转矩的暂态冲击与持续振荡,有效提高DFIG不对称故障穿越能力。     

Short Circuit Current Calculation Method of Doubly-Fed Induction Generator with Crowbar Protection Based on Flux Transient Characteristics

With the wide application of doubly-fed induction generator (DFIG), accurate calculation and analysis of the short circuit currents of DFIG with crowbar protection has become very important key to realizing the low voltage ride through (LVRT) capability of DFIG and establishing the corresponding grid protection scheme. In view of this, a method to calculate the short circuit currents of DFIG with crowbar protection when different types of fault occur in the grid is proposed in this paper. First, the DFIG stator and rotor 2nd-order differential equations in the cases of grid symmetrical fault and asymmetrical fault are established respectively. And the short circuit current calculation model when crowbar resistance remains unchanged in the fault duration is obtained. On this basis, the short circuit current calculation model when crowbar resistance varies in the fault duration is derived. And then, the influence of crowbar resistance and DFIG rotor speed on the short circuit current calculation model is analyzed, including the variation pattern of flux eigenvalues with the crowbar resistance, and the variation feature of flux amplitude and phase angle with the rotor speed. Besides, the transient variation characteristics of different flux components are studied. Finally, time-domain simulation tests verify that the proposed calculation method is correct and applicable to different types of crowbar circuits in the market. Besides, the influence of crowbar resistance and DFIG rotor speed on the stator short circuit current peak, peak time and current frequency in different fault cases is revealed.     

电压不对称骤升下DFIG暂态特性及无功协调控制

针对双馈感应风力发电机(DFIG)电网电压不对称骤升故障,传统的研究大多集中于定子磁链暂态特性的分析,忽略了故障时间对DFIG的影响。以单相和两相不对称骤升故障为例,详细分析了DFIG在不同故障发生时刻的定子磁链暂态特性,并推导出对应的定子磁链和转子电压表达式。此外,DFIG一般运行在单位功率因数下,这忽略了其自身RSC和GSC的无功协调能力。针对这一问题,提出了DFIG无功协调控制方案,以此帮助风电系统实现穿越故障。仿真结果验证了暂态特性推导的正确性以及RSC和GSC无功协调控制方案的有效性,所提控制策略有效抑制了并网点电压的骤升,同时满足了系统无功支撑的需求。     

考虑风速分区的风-储系统短期频率响应协同控制策略

在高风电渗透率电力系统中,针对双馈感应风电机组的转子转速与电网频率解耦所造成的机组惯性与频率响应能力缺失的问题,提出了基于模糊逻辑控制的风—储系统协同运行控制策略。该控制策略通过在风—储控制系统中嵌入模糊逻辑控制器来决策风—储系统响应电网频率波动的总有功出力和风力机转子动能的调频参与系数。基于此,根据不同风速下的风电机组运行特性将风速分区,并针对各风速区间构建了适应该区间转速—功率特点的风—储系统运行策略,使风—储系统具备能适应多种风况的短期频率响应能力。仿真结果表明:文中所提出的风—储系统协同运行控制策略能有效提升风—储系统的惯性以及短期频率响应能力,不仅能使风—储系统的短期频率响应能力适应多种风况,还可避免风电机组退出调频造成的频率二次跌落问题,同时改善了高风电渗透率电力系统的频率稳定性。     

电网电压骤升时DFIG定转子电流分析及无功电流配置改进

在双馈感应发电机（DFIG）高电压穿越（HVRT）问题中,电压骤升引起的暂态过电流不足以触发撬棒保护动作,致使HVRT下的定转子短路电流特性比低电压穿越（LVRT）更复杂。推导了计及电磁暂态过渡过程和转子侧换流器（RSC）调控共同作用影响下的定转子电流表达式。在此基础上考虑并网规范要求的DFIG无功电流支撑,控制RSC和网侧换流器（GSC）输出与骤升幅度相对应的分量,使DFIG工作于无功支持状态。仿真结果表明,定转子电流表达式准确描述了HVRT期间的故障电流,所得结果更具一般性,且对故障电气量的计算具有重要意义;改进无功电流配置实现了DFIG的HVRT。研究结果对掌握DFIG的动态过程具有一定的参考价值。     

限制转子电流的双馈风电机组虚拟同步控制策略

随着新能源的大规模开发利用,其在能源结构中的占比不断提高。为了维持大电网的平稳运行,要求双馈风机等新能源机组参与电网调频。双馈风机的转子侧变流器存在容量限制,而调频过程中转子电流变化可能会超出此限。为应对这一问题,首先分析了双馈风力发电机的数学模型,并得出了额定转速下dq系的转子电流控制模型;然后使用误差转化函数与李雅普诺夫方法,设计了限制转子电流的控制器,并与常规的虚拟同步控制相结合,提出了一种改进的虚拟同步控制策略,可以兼顾风机调频的需求与调频动态过程中转子电流的限制。通过仿真验证了所提出控制器参与电网调频的能力以及对于转子电流的良好控制。