考虑低电压穿越影响的双馈感应 发电机谐波电流特性

双馈感应发电机（DFIG）作为当前应用最广泛的风力发电机,其特殊的结构使其故障运行特性十分复杂,尤其在低电压穿越（LVRT）运行状态下,已对电网安全运行和保护控制的顺利实施造成一系列影响。目前对DFIG的短路电流特性已有大量研究,但是针对定转子电流谐波特性的研究还鲜有报道。考虑LVRT的影响,对电网不对称故障情况下DFIG定、转子谐波电流的特性进行研究。从电磁暂态过程的角度详细推导了Crowbar动作后的DFIG定子谐波电流的解析表达式;在Crowbar未动作时,从转子侧变流器影响机理出发,研究了由变流器控制引起的定、转子谐波电流的产生机理。所得结论通过仿真进行了验证     

内置Crowbar电路的双馈风电机组短路特性研究

风电装机容量在电网中所占的比例不断增高,当电网运行出现故障时,不能忽略风电机组短路电流对继电保护装置所造成的影响。当电网电压大幅度跌落时,撬杠保护(Crowbar)动作使风力发电机组的拓扑结构发生变化,影响风电送出线路继电保护装置的整定计算。文章在推导撬杠保护动作时风电机组等值模型的基础上,分析得到双馈感应风力发电机组的短路特性以及用于短路电流计算的模型,最后在PSCAD平台下验证了模型进行线路保护装置整定时的有效性。     

变阻值Crowbar电路及其在提高双馈式风电机组低电压穿越能力中的应用

双馈风力发电机的低电压穿越能力较差,Crowbar技术是提高双馈风力发电机低电压穿越能力的有效手段。分析了DFIG机端短路时Crowbar阻值对转子电流和暂态过程的影响,指出传统Crowbar电路采用固定的阻值,无法兼顾低电压穿越过程中各阶段对该阻值的不同要求。为此提出了一种变阻值Crowbar的电路,采用这种电路只要控制脉宽就可以改变Crowbar电路的等效电阻,在电网发生地电压故障后,可以根据保护过程不同阶段的特点及时调整Crowbar电路电阻,提高双馈风力发电机的低电压穿越能力。为了验证调整效果对新设计的Crowbar电路的调整效果进行了仿真。仿真结果表明,变阻值Crowbar能够通过控制脉宽实现对Crowbar等效电阻的有效控制。     

基于Crowbar与动态电压恢复器提高风力机低电压穿越

针对双馈式风电机组,文章提出了Crowbar与动态电压恢复器组合电路实现DFIG低电压穿越。在电网故障时,通过采用DVR的完全补偿法控制策略来补偿电网故障电压,从而使风电机组定子端电压保持恒定;并且Crowbar在电网故障比较严重时投入与DVR同时作用,Crowbar以限制双馈电机转子侧的过电流。最后在PSCAD/EMTDC中构建仿真模型,仿真结果表明,在电网故障时,投入DVR与Crowbar电路,可将电网电压恢复到额定值,并及时有效地抑制了转子侧的过电流,进而提高了风电机组的低电压穿越能力。     

双馈风电机组并网运行改进控制策略研究

针对国内广泛采用基于定子磁链定矢量的控制方案,提出了双馈感应发电机并网运行的改进策略,以实现规定扰动下双馈风电机组的不间断运行稳定运行能力的提高,构建了DFIG机组的数学模型,分析了并网能量转换过程及扰动下的转矩不平衡与转子过电流的改进控制方案.仿真计算结果验证了该控制方案提高并网风电机组稳定性策略的有效性.     

双馈风机低电压穿越的改进技术

为提高电压跌落条件下双馈风电机组的运行稳定性,介绍了crowbar与chopper共同配合作用的低电压穿越技术,并从提高crowbar阻值整定上限这一角度通过理论分析与仿真验证说明了crowbar与chopper配合作用的优势。提出低电压穿越过程中机侧变流器的无扰切换控制方法,通过仿真验证了这种方法可以大大减少crowbar投切次数与低穿过渡时间,且控制简单可行。     

双馈电机的Crowbar参数整定及保护特性研究

为了防止变速恒频双馈风力发电机短路电流对转子侧变换器造成损坏,常采用Crowbar保护电路。建立风力发电机短路电磁过渡过程的数学模型,通过对数学模型进行拉普拉斯变换及其反变换,求取短路电流的表达式,并求出最不利的情况下电流的最大值,在该值下对Crowbar电路的参数进行整定及保护。为了验证所整定的Crowbar电阻的精确性,分别以3 MW,2.75 MW,660 kW发电机为例进行分析,仿真结果表明,在该数学模型下,所整定的电阻提高了对Crowbar电路的旁路电阻整定的准确性,不仅能对转子侧变换器进行保护,同时也能对发电机和机械结构起到保护作用。     

应用撬棒电路的双馈型风力发电机低电压穿越分析

风电场规模已经变得越来越大,风电机组的解列会严重影响系统的稳定性,这就要求风电机组具有低电压穿越能力以应对电网电压跌落。由于DFIG的定子侧直接与电网相联,在电网电压突然跌落时,定转子中会出现很大的电压和电流,需采用Crowbar电路（撬棒电路）来旁路转子侧变流器。文中分析了Crowbar电路的控制原理,然后在理论分析的基础上进行了仿真,仿真结果验证了Crowbar电路能够帮助DFIG在故障期间实现低电压穿越,最后进一步分析了Crowbar电路投切时间的选取。     

基于Crowbar保护的双馈感应发电机组的低电压穿越研究

分析了双馈感应发电机组在电网电压跌落时Crowbar阻值变化对电网的影响。根据双馈感应发电机(Doubly-FedInduction Generator,DFIG)的数学模型,推导出在发电机机端发生对称故障时,定子、转子电流的表达式,通过故障期间的最大转子电流,给出Crowbar阻值估算值。在EPSCAD/EMTDC软件中仿真分析不同的Crowbar阻值对系统的影响,验证公式推导的正确性,并通过仿真试验确定合理的Crowbar切除出时间。     

双馈变速风电机组低电压穿越控制

当系统中风电装机容量比例较大时,系统故障导致电压跌落后,风电场切除会严重影响系统运行的稳定性,这就要求风电机组具有低电压穿越（Low Voltage Ride Through,LVRT）能力,保证系统发生故障后风电机组不间断并网运行。分析了双馈风电机组LVRT原理和基于转子撬棒保护（crow-bar protection）的LVRT控制策略,在电力系统仿真分析软件DIgSILENT/Power Factory中建立了双馈风电机组模型及其LVRT控制模型,以某地区风电系统为例进行仿真计算,分析转子撬棒投入与切除策略及动作时间对实现机组LVRT的影响。     

5 MW双馈风电机组低电压穿越的仿真分析

针对海上风力发电机组安全可靠运行要求的发展趋势,本文在阐述双馈风电机组控制原理的基础上,建立了双馈发电机及其变流器的控制模型。其次,在分析电力系统对并网风电机组低电压穿越原理基础上,比较分析了双馈风电机组低电压穿越的各种控制技术方案。最后,结合海上用5.0 MW双馈风力发电机组电气参数,对2种典型低电压穿越的转子电路保护措施进行了仿真比较。分析结果表明,采用二极管整流桥加IGBT和保护电阻构成斩波器的措施具有较好的暂态控制效果。     

双馈风机变流器Crowbar设计

为了满足国家电网"低电压穿越功能"的强制性要求,风电机组的核心部件变流器必须要设计保护装置Crowbar电路。文章主要结合电压跌落时双馈式风电系统工作过程和工作方式,以1.5MW双馈变流器为例,选择了主要的开关器件IGBT,设计了其主电路和驱动电路,并对设计结果进行了试验验证。     

双馈感应式风力发电系统低电压运行特性研究

双馈感应发电机（DFIG）具有有功、无功功率独立调节能力及励磁变频器所需容量小等优点,在风力发电系统中得到越来越广泛的应用。但正是励磁变频器的过流能力限制使得其对电网故障非常敏感,电网故障下DFIG风电机组的控制能力受到限制。当前国外大多数风电并网标准都要求风力发电机在电网电压跌落的情况下不能从电网中解列,以便在故障后电网恢复过程中提供功率支持,避免发生后续更为严重的电网故障,这即是对风电机组低电压穿越能力的要求。为了保护变流器和对电网提供支撑,需要研制一种能够在电网故障发生时为故障电流进行旁路的设备——Crowbar电路。针对Crowbar的电流旁路装置进行了研究,说明Crowbar电路具有抑制转子浪涌电流和保护直流母线的作用,并在小功率平台上进行了试验,证明了这种设备对于提高DFIG系统的LVRT能力具有重要的作用。     

双馈风力发电系统变流器故障诊断方法研究

确定风电机组变流器故障类型和位置,是保证风电机组运行的重要前提。文章分析了双馈风力发电系统变流器的组成和运行原理,利用仿真软件PSCAD搭建了仿真模型;采用小波包分析去噪并提取变流器故障特征向量;应用支持向量机方法进行故障分类,实现了双馈式风力发电系统变流器的故障诊断。仿真结果验证了该方法应用于双馈式风力发电系统变流器故障诊断的可行性和准确性。     

基于模型预测控制的机侧变流器功率模块结温波动抑制策略

针对双馈风电机组运行在同步转速点附近时,低输出频率使机侧变流器功率模块承受较大结温波动,致使变流器可靠性降低的问题,提出一种结温波动抑制的模型预测控制(MPC)策略.首先,基于双馈感应电机电压和磁链方程,推导功率预测控制模型;其次,构建基于机组最大功率跟踪(MPPT)的目标函数;然后,搭建基于MPC的双馈风电机组电热仿...     

超级电容提升双馈风电机组异常电压耐受能力

通过分析双馈风电机组异常电压情况下的可控范围,得出电流和调制度限制是影响双馈风电机组高低电压耐受能力的主要因素,在直流母线加装超级电容储能系统可改善直流母线暂态性能,通过与网侧变流器协调控制,可有效提升异常电压耐受能力,扩大机组运行范围。     

基于RTDS的双馈式风电机组低电压穿越策略

在研究2 MW双馈式风力发电系统稳态和暂态数学模型、控制策略、低电压穿越Crowbar电路参数优选等理论的基础上,利用RTDS平台建立双馈式风力发电低电压穿越系统完备模型,定量模拟电网电压跌落,发现传统的Crowbar保护方案仍有一定改进空间,提出改变Crowbar电路投切时刻提升系统LVRT能力策略,从多角度验证深度电压故障跌落时双馈电机低电压穿越性能。研究结果表明,在严重的电网电压跌落情况下,所采用的研究方案可在保证双馈风力发电机组变换器装置自身安全的基础上,实现机组的不脱网运行,满足国网的风电低电压穿越运行要求。     

大规模风电接入后电网离线分析

依托DIGSILENT仿真软件,搭建双馈异步风机和永磁直驱风机仿真模型。通过建立低电压穿越功能模型,对2020年前华东电网夏季高峰运行方式,进行大规模风电接入后的短路电流计算和故障校核方式的仿真分析,用以验证风电机组的运行特性。结果表明:对于双馈风机,由于对不对称保护的特殊要求,电网不对称故障引起风电机组跳机(无低电压穿越能力)或Crowbar动作(有低电压穿越能力)的范围远大于对称故障,应采用不对称故障校核方式。对于直驱风机,直流母线越限保护动作与否,只与母线电压的降落幅度有关,仍应采用常规的对称故障校核方式。     

考虑轴系扭振抑制的双馈风电机组惯量控制策略

双馈风电机组惯量控制是通过建立发电机转子转速与电网频率之间的耦合关系,调整机组有功输出以适应电力系统频率波动。惯量控制直接快速地调节有功会对机组轴系小干扰稳定性造成负面影响,不利于轴系扭振的抑制。文章分析了不同惯量控制响应特征及其对轴系阻尼特性的影响,设计一种以转差率为输入信号的附加惯性与阻尼转矩的惯量控制策略,提出了含轴系稳定性约束的附加惯性与阻尼转矩惯量控制参数整定方法。仿真结果表明,所设计的双馈风电机组惯量控制策略不仅有良好的惯量控制效果,还能有效增大轴系等效电气阻尼,提高了轴系的稳定性。     

DFIG-DVR系统在不平衡电网电压下的运行特性

针对双馈风电机组(DFIG)在电网电压不平衡时,二倍频扰动分量会造成定转子过电流、功率脉动、转矩脉动等一系列电气和机械的问题,提出了新型DFIG-DVR系统,即串联DVR始终维持DFIG定子端电压恒定,从根源上隔离电网不平衡故障的影响,从而在整个故障运行过程中,DFIG仍可以实现转子侧变换器功率解耦控制和网侧变换器维持直流电压恒定的目标。采用PSCAD/EMTDC建立DFIG-DVR系统模型,对比分析了电网电压不平衡时DVR的不投切与投切对DFIG的影响。结果表明,在电网电压不平衡条件下,所提控制方案可以实现DFIG的平衡运行。