双馈风力发电机低电压穿越控制策略研究

以双馈感应发电机( DFIG)为主的风力发电机组在电力系统中所占的比例逐渐增大,实际应用中,必须将风力发电机与电网作为一个整体来控制,因此,需要研究在电网电压瞬间跌落时,双馈风电机组的低电压穿越(LVRT)运行能力.在此应用PSCAD/EMTDC对2 MW DFIG接入电网进行系统建模,研究对称故障时电网电压跌落对DF...     

电网电压对称跌落时双馈型风力发电机组动态特性分析

随着风力发电大规模接入内蒙古电网,风电机组的动态特性对电力系统的影响日益严重。基于双馈型风电机组定子磁链,定、转子电流等变量的响应特性方程,深入分析了当发生电网电压对称跌落故障时双馈型风电机组电磁响应特性,并绘制出在电网电压跌落、恢复时刻定子磁链的时域微分方程和运动轨迹,分析结论为:影响双馈型风电机组动态特性变化的主要因素有电压跌落深度、跌落前发电机运行转速以及发电机参数特性等;电压跌落程度越深、跌落前发电机转速越高,其暂态响应越剧烈;发电机结构参数决定指数衰减因子,进而决定了电磁变量动态影响时间。     

双馈风力发电机低电压穿越转子动态过程分析

实现风力发电机组不间断运行的最关键问题是风电机组的低电压穿越能力,而双馈式风力发电机则为当今使用最广泛的变速恒频风力发电机之一,为了便于对双馈电机低电压穿越技术进行研究,根据双馈风力发电机的数学模型详细地分析了双馈发电机在电网电压跌落及电网电压在各种不同时刻恢复时的动态响应特性,计算出了电网电压跌落时转子侧电压的瞬时最大值与电压恢复时转子侧电压瞬间的最大值与最小值,并在此分析的基础上给出了相关的仿真波形,从而为低电压穿越保护电路的参数设计及控制策略提供了理论依据.     

双馈型风力发电机低电压穿越的分析研究

风力发电机的低电压穿越现场实际实验较难实现,为了准确地分析双馈型风力发电机低电压穿越的特性,有必要通过仿真的方式进行分析研究。针对风力发电系统中双馈型风力发电机的基本原理,构建了机组的动态数学模型,利用Matlab/Simulink的仿真平台,建立了双馈感应发电机以及控制系统的仿真模型,对其在电压跌落50%的故障下开展了仿真和研究,分析了电网跌落时对双馈风力发电机的影响。研究结果表明：电网电压跌落时和电压恢复时风力发电机会受到电网电压故障的强烈影响。     

IGBT型Crowbar保护电路仿真研究

采用Crowbar保护电路可以极大地提高双馈式风电系统的低电压穿越能力(LVRT)。建立了双馈风力发电机(DFIG)的数学模型,对IGBT型Crowbar保护电路关键参数—卸能电阻最优值范围进行研究。并通过MATLAB/Simulink搭建了变速恒频DFIG风力发电系统模型,仿真表明当电网电压大幅度跌落时采取Crowbar保护电路的必要性。     

基于Matlab的双馈感应风力发电机组暂态模型

近年来,风电已在电力系统中占有了不可忽视的地位.详细分析了变速恒频双馈感应风力发电机(DFIG)的多变量、强耦合、非线性的时变参数系统,总结并建立了DFIG完整的暂态仿真模型,给出了基于定子电压定向的矢量控制策略的数学原理及详细控制框图,对其最大风能追踪的控制性能、电压控制模式和无功控制模式下电网电压跌落30％时动态响应对比以及电网严重故障情况进行了仿真分析,仿真结果验证了模型的有效性.     

双馈感应风电机组在电网频率变化时的响应特性分析

针对风电机组双馈感应发电机在电网频率变化时给电网频率调节带来的问题,阐述了DFIG风电机组单机联网运行仿真模型和系统参数,通过仿真算例分析了双馈感应风力发电机组在电网频率突变时的频率响应特性。仿真结果表明,电网频率突变后,双馈感应风电机组的动态调节过程持续时间快于火电机组3倍;在桨距角不变、动态过程中,双馈感应风电机组能够对电网频率突变进行响应,而稳态时不能对电网频率变化进行响应。     

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.     

电网电压不对称跌落下双馈风电机组转子电压分析

在实现低电压穿越的过程中,双馈感应发电机(DFIG)定子始终与电网相连,电机在电网电压跌落和恢复作用下的磁链动态响应会引起转子过电压,威胁转子变流器的安全,导致低电压穿越失败。文中基于DFIG动态模型,针对电网电压三相不对称跌落,提出了根据正序和负序电网电压分别求解电机定子磁链和转子电压动态响应的方法,采用电机定子磁链和转子电压矢量轨迹图直观地描述了电机动态响应过程,并给出了转子电压在不对称跌落期间的稳态值、不同跌落和恢复时刻下的最大值和最小值。相应的DFIG仿真结果验证了所述理论分析的正确性。最后,提出了一种转子有源Crowbar电阻的设计方法。     

电网对称故障下基于active crowbar双馈发电机控制

随着风力发电规模和风电机组单机容量不断增大,要求大型风电机组具有低电压穿越能力,因此需要研究三相对称故障下双馈风力发电机控制方法.在电网电压突然跌落时,由于双馈发电机中的电磁耦合关系,在定转子中感应出过电压过电流,为保护转子侧变换器,需要通过crowbar来短路双馈发电机的转子.针对传统的passive crowbar的不足,采用active crowbar电路的控制方法.当电网故障造成双馈发电机转子过流时,开启active crowbar电路来旁路转子侧变换器.当转子电流下降到一定程度时断开crowbar,转子侧变换器恢复工作,此时双馈电机可以向电网同时提供有功无功支持.理论分析的基础上进行了仿真研究.仿真结果证实了采用active crowbar可以有效地实现双馈风力发电机的低电压穿越.     

考虑定子侧暂态过程的双馈感应发电机转子电流解耦控制

转子侧变流器过载能力是制约双馈感应发电机(DFIG)低电压耐受能力的主要瓶颈,合理的转子电流控制策略是DFIG安全度过电压跌落与恢复期暂态过程的保障.为改善转子电流的动态特性,以DFIG的5阶模型为基础,研究了考虑定子侧磁链暂态的转子电流解耦控制模型,通过前馈补偿环节消除定子磁链暂态对转子电流动态的不利影响,提出了DFIG转子侧变流器控制参数的设计方法.仿真结果表明,提出的控制策略可使转子电流快速跟踪参考值的变化并抑制过电流,改善了DFIG对电网电压波动的耐受能力,验证了该解耦控制模型的正确性和有效性,为DFIG转子电流动态响应特性的参数化设计提供了依据.     

电网电压跌落情况下双馈风力发电机电磁过渡过程及控制策略

分析了电网电压跌落时,双馈风力发电机(DFIG)暂态电磁过渡过程中各分量的变化规律,通过求解时域下的微分方程,得到了定、转子电流不仅包含本身所应具有的分量而且还含有直流分量和转速频率的交流成分的结论。仿真频谱分析所得结果与理论分析一致,阐明了转子侧产生过电压、过电流的根本原因。在此基础之上,提出了基于考虑定子磁链暂态过渡过程的双馈发电机低电压穿越(LVRT)控制策略,并进行了仿真对比分析。结果表明,与传统的矢量控制方案相比,改进的控制策略可以有效抑制转子侧的冲击电流,提高了双馈发电机在电网电压跌落下的不间断运行能力。     

电网电压不对称跌落时DFIG的控制策略研究

相比于对称故障,不对称故障时双馈风力发电机(Doubly Fed Induction Generators, DFIG)的电磁暂态过程更为复杂,对DFIG造成的危害也越大。从电网电压不对称跌落时DFIG的电磁暂态过程入手,分析了DFIG各电磁量产生二倍频波动和过电流的直接原因。在此基础上,提出了一种电网电压不对称跌落时转子侧变换器(Rotor Side Converter, RSC)的转子电压补偿控制策略,通过控制RSC交流侧的输出电压,对转子暂态电动势和负序电动势进行补偿。该控制策略可在电网轻度不对称故障时有效消除转子电流二倍频波动;在电网严重不对称故障时最大限度地减小转子电流冲击,增强DFIG的低电压穿越能力。此外,根据转子侧变换器的电压容量,对补偿控制策略的完全补偿范围进行了分析。仿真结果验证了所提出控制策略的有效性。     

考虑相位跳变的双馈感应发电机转子电压动态特性

风电并网点低电压事件的电压相位跳变(PAJ)及跳变角度值会改变低电压穿越期间双馈感应发电机(DFIG)转子电压动态特性,进而影响保护性能。但现有DFIG故障特性研究中,对PAJ考虑不足。针对这一问题,基于DFIG动态模型,推导考虑PAJ的DFIG定子磁链和转子电压瞬时表达式;采用定子磁链和转子电压空间矢量图分解法,分析PAJ对定子磁链的作用机理,揭示了转子电压直流瞬态分量受PAJ的影响规律;详细研究不同PAJ值、电压幅值和持续时间下定子磁链和转子电压的矢量轨迹特征、振荡衰减特性及其叠加机制,并给出了不同恢复时刻下转子电压的最大、最小值。相应的1.5 MW DFIG仿真结果验证了所提理论分析和方法的正确性。最后,综合分析PAJ任意和约束条件对DFIG转子过压峰值影响规律,提出了一种计及相位补偿的改进励磁控制设计建议。     

计及不同电网电压跌落程度的双馈风电机组定子电流分析

双馈风电机组在机端电压跌落程度不同的情况下会表现出不同的暂态特性,随着风电机组的大规模并网,其故障暂态特性对于电网的安全稳定运行具有重要意义。以对称故障为例,基于双馈感应发电机的转子电压方程,采用统一方法分析了电网故障导致的不同机端电压跌落程度下双馈风电机组的定子电流。在机端电压严重跌落时。分析并推导了投入撬棒保护电路情况下双馈感应发电机定子电流的表达式。而在机端电压非严重跌落时,在考虑转子侧变流器控制系统对定子电流的影响的基础上,定性地分析了双馈感应发电机定子电流动态变化过程。通过仿真进一步分析了机端电压不同跌落情况下定子电流的变化规律并且验证了所推导表达式的正确性。     

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。     

基于DBR的双馈风力机组低电压穿越方案设计

讨论了电网电压跌落下当前双馈风力发电机组各种LVRT技术拓扑方案及控制策略的优缺点,提出一种不同于常用Crowbar技术的低电压穿越技术方案。在基于DBR（Dynamic Brake Resistance）双馈风电机组新型LVRT拓扑结构及功能分析基础上,建立双馈风电机组在电网正常运行和发生低电压故障情况下发电系统的数学模型进行理论分析,提出了风电机组发生LVRT的控制策略。最后在此技术方案下进行20%电网故障下LVRT试验,试验实验数据充分证实了技术方案的正确性。     

电网电压骤升故障下双馈风力发电机变阻尼控制策略

双馈风力发电机在电网电压跌落情况下的不间断运行已成为当前研究热点,而电网电压骤升对双馈风力发电系统的运行也构成了威胁。为研究双馈风力发电机的高电压穿越特性及其控制策略,分析了电网电压骤升激起的双馈感应发电机的电磁过渡过程。针对不同转速和电网电压骤升幅度对系统的影响,提出一种基于变阻尼的转子励磁控制策略,减小了故障情况下...     

Grid-fault ride-through analysis and control of wind turbines with doubly fed induction generators

This paper deals with the low voltage ride-through (LVRT) control of wind turbines with doubly fed induction generators (DFIGs) under symmetrical voltage dips. The investigation first develops a mathematical formula for the rotor current and rotor voltage when DFIG is subjected to a symmetrical voltage dip. From the analysis, the reasons of rotor inrush current and factors influencing it are inferred. Then, a control scheme enhancing the wind turbine LVRT capability is designed and simulated. The proposed control scheme consists of a nonlinear control strategy applied to the rotor-side converter and a dc-link voltage control applied to the grid-side converter. It improves the damping of DFIG transient response and minimizes oscillations of rotor current, electromagnetic torque and dc-link voltage during the generator voltage dip. It also limits the peak value of these quantities. At the end, results of theoretical analyses are verified by time domain simulations.