双馈风电机组高电压穿越控制策略研究

风电机组的电网电压故障穿越能力是风机重要的并网性能评价指标。随着风机低电压穿越能力的深入研究,电网电压骤升成了威胁风机安全运行的因素。为了研究双馈风电机组在电网电压骤升下的特性及不脱网运行控制策略,分析了电网电压骤升时双馈感应发电机的电磁暂态过渡过程。结合现场运行风电机组的实际特性,提出一种易于工程实现的双馈风电机组高电压穿越控制策略。该控制策略不需更改原风机一次回路结构,只对双馈风机的发电机侧控制逻辑进行修改,即可实现双馈风电机组在电网电压骤升时不脱网运行,保障机组安全与电网稳定。最后通过仿真验证了控制策略的可行性。     

风电接入电力系统故障电流的影响因素分析及对继电保护的影响

在EMTDC／PSCAD平台上建立了鼠笼式、双馈式及直驱式3种常见风电机组的电磁暂态模型。比较直驱式风机电磁暂态数值模型与数模混合实验在各种故障条件及控制策略下的仿真结果,验证了模型的正确性。同时比较双馈式风机电磁暂态模型的故障仿真结果与双馈式风场短路实验结果,验证了所提双馈式风机电磁暂态模型的正确性。在以上模型的基础上,仿真了风电机组在各类故障条件下的电磁暂态特征,结果表明风机类型、风机的工作状态、风机所采用的控制方法、故障类型以及风电场的弱电源特性是影响并网运行风电故障电流的主要因素,研究结果为现有继电保护的改进与研发新原理继电保护打下了基础。     

Affecting factors of grid-connected wind power on fault current and impact on protection relay

在EMTDC/PSCAD平台上建立了鼠笼式、双馈式及直驱式3种常见风电机组的电磁暂态模型.比较直驱式风机电磁暂态数值模型与数模混合实验在各种故障条件及控制策略下的仿真结果,验证了模型的正确性.同时比较双馈式风机电磁暂态模型的故障仿真结果与双馈式风场短路实验结果,验证了所提双馈式风机电磁暂态模型的正确性.在以上模型的基础上,仿真了风电机组在各类故障条件下的电磁暂态特征,结果表明风机类型、风机的工作状态、风机所采用的控制方法、故障类型以及风电场的弱电源特性是影响并网运行风电故障电流的主要因素,研究结果为现有继电保护的改进与研发新原理继电保护打下了基础.     

双馈风电系统低压穿越期间的参数辨识方法研究

随着风电装机容量的增加,风电机组并网对电力系统安全稳定运行的影响日益显著。为了实现低电压穿越(LVRT)期间双馈风电系统的稳定性分析与计算,需要建立能准确描述实际输出外特性的双馈风电系统模型。然而由于变流器控制系统是黑箱结构,其控制模型和控制参数通常难以获取,因此仿真模型与实际系统的外特性响应往往存在显著偏差。为了进一步提高模型的准确度,本文提出了一种考虑双馈风电机组低压穿越序贯控制的全局参数辨识方法。首先计及低电压期间的序贯控制特性,建立双馈风电系统的精细化数学模型,其次基于轨迹灵敏度法选取最佳观测量,提出了多工况-分步辨识策略,利用多组实测数据对双馈风电系统的全局控制参数进行辨识。最后在不同电压跌落程度情况下进行波形对比和模型验证,验证结果表明所提辨识方案可准确模拟实际双馈风电系统的输出外特性。     

双馈电机电压跌落暂态过程分析

为了便于研究并网双馈风力发电机组低电压穿越运行的控制策略,有必要对电压跌落时双馈风电机组的暂态特性进行分析.本文利用双馈发电机定转子磁链的暂态变化机理,推导并提出了双馈风电机组在电网电压骤降时的定子暂态电流和电磁转矩的解析表达式.在此基础上,通过对表达式的分析得到影响电压跌落电磁过渡过程的本质因素.在理论分析基础上,为了验证所提电磁过渡过程的正确性,建立了1.5MW双馈电机低电压穿越控制模型,仿真结果表明:电网电压跌落时,双馈电机定子侧电流和电磁转矩与理论分析基本一致,因而可以说明本文电压跌落的分析方法能够正确地反映电压跌落过程中的电磁现象,可以为双馈电机LVRT控制策略的研究提供足够的理论依据     

双馈风力发电机组的电磁暂态-机电暂态混合仿真研究

为深入分析双馈型风力发电机组的动态响应,基于双馈风机的运行原理,建立了双馈风机的电磁暂态模型,并进行了电磁暂态–机电暂态混合仿真研究。在自主开发的大型电力系统分析软件包混合仿真平台(power system department-power system model,PSD-PSModel)中实现了双馈风机的混合仿真功能,建立了双馈风机的基本模型框架。采用单台机等值模拟风电场,并利用IEEE 14节点算例进行了详细的仿真研究,分析了其控制策略和暂态过程中的动态响应。便于今后与风机制造厂家合作建立实际风机的详细电磁暂态模型,为深化研究风电机组对电网稳定的影响提了供有力的技术支持。     

基于SDR的双馈异步风电机组低电压穿越方案研究

随着风电并网容量的快速增加,电力系统对并网风电机组低电压穿越能力的要求也越来越高。提出基于串联动态电阻(SDR)的双馈异步风电机组低电压穿越新方法,介绍了其拓扑结构与工作原理,通过电网正常运行和发生低电压故障情况下双馈异步风电机组数学模型论证了方法的可行性。在Matlab/Simulink中建立了风电机组的仿真分析模型以验证其有效性,仿真结果表明,该方法可以实现电压跌落期间双馈异步风机不脱网稳定运行,同时选择SDR电阻时既要保证转子电流在安全范围内,还要考虑限制故障过程中的过电压。     

大电网末端风力发电系统故障穿越关键技术

为了了解大电网末端风电机组故障穿越特性,文中分析了高渗透率风力发电大电网末端电网特性及风机运行特性。结合相应的检测标准及要求,探讨了大电网末端风电并网出现的故障特性,研究了直驱及双馈风电机组故障穿越关键技术及控制策略;结合仿真及实际检测,研究了大电网末端直驱风力发电机高电压穿越能力、双馈机组低电压穿越的可行性,提出了风电机组故障穿越的隐患,为大电网稳定运行提供了依据。     

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。     

基于实测数据的双馈风电机电暂态仿真模型参数识别方法

双馈风电的机电暂态仿真模型具有比较复杂的结构和较多的控制参数,根据实测数据建立实际机组的模型参数是实际应用的重要前提和基础。根据双馈风电模型的基本结构特点以及不同模型参数对输出特性的影响程度,提出了基于参数影响程度的分类确定方法。首先根据双馈风电的基本原理和模型结构,分析不同部分参数变化对风电机组输出有功、无功特性的影响程度,指出正常控制方式、低电压穿越期间控制方式及参数具有较大影响;之后基于实际数据条件,针对不同参数提出了分别采用厂家获取、典型参数、实测拟合的分类处理方法;最后采用实际双馈风电机组介绍了方法的流程、参数拟合的结果和效果。实践证明该文提出的参数识别方法能够反映实际风电的关键特性,具有较好的实际应用价值。     

适应频率变化的双馈风电机组稳定分析改进模型

为分析变速恒频风电机组在不同电网频率下的稳定性,提出了考虑适应电网频率变化的双馈风电机组小干扰稳定性的电磁暂态模型。首先,分析了双馈感应发电机现有常规电磁暂态模型不含电网频率导数项,不能反映电网频率变化的问题,提出了双馈感应发电机改进转子暂态电动势的表达式,并建立了含变流器控制系统在内的双馈风电机组小信号改进模型。其次,采用特征值方法,对不同电网频率运行下采用改进及常规双馈感应发电机电磁暂态模型时的系统特征值进行计算与稳定性分析。最后,建立考虑电网频率变化的双馈风电系统时域仿真模型,分别对不同电网频率及不同负荷扰动下的风电机组有功功率和转速特性进行仿真。理论分析及仿真结果表明,相对常规电磁暂态模型,所提出的双馈风电机组改进模型对电网频率变化更为敏感,可适应频率变化的双馈风电机组小干扰稳定分析。     

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。     

双馈风电机组高电压穿越控制策略与试验

针对风电的高电压脱网问题,介绍了主要风电并网导则对高电压穿越的要求,对比分析了双馈风电机组低电压和高电压的电磁暂态特性,论证了双馈风电机组1.3倍额定电压的高电压穿越过程全程可控的可行性。提出了一种基于双馈变流器动态无功控制的高电压穿越控制策略和风电机组主控系统与变流器协同控制完成高电压穿越的实现方法,避免了Crowbar或Chopper保护动作对高电压穿越特性的不利影响。在MATLAB/Simulink中建立了2 MW双馈风电机组高电压穿越仿真模型,实现了高电压穿越全过程仿真;利用高电压发生装置,在2 MW双馈风电机组上进行了高电压穿越现场试验,试验结果表明了理论与仿真分析的准确性及控制策略的有效性。     

电网电压跌落时风电机组运行仿真与实证分析

采用同步旋转坐标系下的八阶双馈感应风电机组动态模型,在PSCAD/EMTDC平台上,建立了计及撬杠保护特性的双馈感应风电机组电磁暂态仿真模型,其中撬杠保护定值是由短路试验结果分析识别而得,对不同程度电网电压跌落时,某实际双馈感应风电机组联网运行动态过程进行了详尽地仿真分析,揭示了风电机组电磁暂态过程特性;对风电机组联网运行短路试验进行仿真重现,仿真波形与实测波形相吻合,验证了所建模型的有效性和分析结果的正确性.     

双馈风力发电机组变流器模型简化研究

建立了适用于电力系统暂态稳定分析的双馈式风力发电机组机电暂态模型。对双馈式风电机组的变流器模型进行简化。第一种简化方法把变流器模型简化成可控电压源,形成了电磁简化模型;第二种是把发电机/变流器模型简化成可控电流源,形成机电暂态模型,最后构成三种不同精度的DFIG风机模型。基于PSCAD仿真平台,建立了三种不同精度的风电机组模型,详细比较了各模型在运行工况发生改变后的风机输出特性。仿真结果表明,两种简化模型和电磁暂态模型动态响应曲线一致,验证了两种简化模型的正确性。     

UPFC提高双馈风电机组稳定性的动态仿真分析

提高风电场的低电压穿越能力LVRT（Low Voltage Ride Through）以及维持并网系统暂态稳定具有重大意义。针对双馈风电机组利用自身背靠背变流器控制电磁转矩和无功功率这一方案的不足以及撬棒保护电路（Crowbar）在故障期间频繁投入与退出可能引起电磁转矩波动的问题。分析了UPFC和双馈风电机组的数学模型与控制策略,在DIgSILENT/PowerFactory中建立了含UPFC的风电并网系统仿真模型,通过研究故障前后风电场PCC节点电压,风电场发出功率状况以及风电机组的转速稳定性,验证了UPFC对风电场电压稳定的支撑作用,并能维持风电并网系统的暂态稳定。     

双馈风力发电机组快速电磁暂态仿真模型

双馈风电机组含变换器等电力电子设备,电磁暂态仿真步长小、速度慢。为实现双馈风电机组的快速电磁暂态仿真,利用开关函数平均化的思想,建立了考虑Crowbar保护电路投切、变换器闭锁暂态过程的受控源型变换器统一简化等效模型,并提出一种预测校正的调制量计算方法,基于该等效模型构建了完整的双馈风电机组快速电磁暂态仿真模型。最后,以1.5 MW双馈风力发电机组为例,基于PSCAD/EMTDC仿真软件搭建模型,从正确性、仿真步长适应性和仿真速度三方面对快速电磁暂态仿真模型进行验证。通过仿真结果比对分析,证明了该快速电磁暂态仿真模型不同应用场合的适用性。     

考虑风电机组运行差异化的低电压穿越分散预防控制

针对跟网型双馈风电场配置的传统低电压控制策略在多电压扰动场景下普适性差的问题,该文提出一种考虑机组状态差异化的风电场短期电压分散预防控制策略。首先,分析配置无功控制、Crowbar保护电路的双馈风电场低电压穿越动态特性,获取各风电机组低电压穿越期间电流及阻抗特性;然后,借助考虑风电场内阻抗变化的节点电压法,构建机组注入电流与机端电压间的动态关系,确定各机组低电压穿越期间对场站内节点电压的影响程度;进一步,设计不同电压扰动场景下的风电场电压控制目标,构建适应多种电压跌落深度的风电场预防控制策略;最后,在Simulink及RTLABOP5600实时数字仿真平台中搭建含4台双馈风电机组的风电场和某实际风电场电磁暂态模型,验证所提风电场控制策略有效性。     

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。     

改善基于双馈感应发电机的并网风电场暂态电压稳定性研究

提出了改善基于双馈感应发电机的并网风电场暂态电压稳定性的措施以实现风电场的低电压穿越(low voltage ride through, LVRT)功能。目前，大部分基于双馈感应发电机的变速风电机组不具有故障情况下的暂态电压支持能力，当电网侧发生严重短路故障时，风电场的暂态电压稳定能力会影响到电网安全稳定。该文在DIgSILENT/PowerFactory中建立了具有暂态电压支持能力的变速风电机组转子侧变频器控制模型及用于故障后稳定控制的桨距角控制模型，通过包含风电场的电力系统仿真计算验证了模型的有效性及其对风电机组和电网暂态电压稳定性的贡献。仿真结果表明，当电网侧发生三相短路故障时，风电机组转子侧变频器暂态电压控制能够控制风电机组发出无功功率支持电网电压；桨距角控制能有效降低变速风电机组机械转矩，避免出现风电机组超速及电压失稳。得出结论：采用变频器暂态电压控制及桨距角控制能够改善基于双馈感应发电机的并网风电场的暂态电压稳定性，确保风电机组低电压穿越(LVRT)功能的实现及电网安全稳定。