双馈风力发电机组及其低电压穿越技术的研究

介绍了双馈电机转速和功率独立调节的基本原理,利用定子磁链定向对其进行矢量控制.建立了双馈发电机的数学模型并对其在风速发生变化时进行仿真.研究了双馈风电机组在电网故障时的运行情况,分析了风力发电机组低电压穿越技术.双馈风电机组只有具有低电压穿越能力,才能保证电网出现短暂故障时还能保持并网运行.     

电网对称故障时双馈感应发电机低电压穿越控制

分析电网对称故障时,双馈感应风力发电机定子磁链变化过程、导致定转子过电流的原因、电网故障发生具体时刻及故障程度对双馈感应发电机定转子的影响,提出一种双馈感应风力发电机转子侧变换器低电压穿越控制策略,改善了双馈感应发电机在电网故障时定、转子过电流的情况,实现了双馈感应发电机在电网对称故障时的低电压穿越.在理论分析基础上,建立双馈感应发电机转子侧变换器低电压穿越控制模型和3 kW双馈感应发电机励磁变换器低电压穿越控制实验系统.实验结果表明,所提出的双馈感应发电机低电压穿越控制策略动态响应快、方法行之有效.     

基于磁链追踪的双馈风力发电系统低电压穿越控制

根据当今世界对风能转换系统提出的必须具有低电压穿越能力的要求,研究了电网跌落对双馈风力发电机的影响。在电网跌落时双馈风力发电机运行特点的基础上,分析并提出了一种基于磁链追踪的双馈风力发电系统低电压穿越控制策略,有效地抑制了双馈风力发电机定、转子过电流,保证了变流器的安全运行,实现了双馈风力发电机在电网跌落时的低电压穿越。依据理论分析,建立了双馈风力发电机磁链追踪控制模型,并通过MATLAB/SIMULINK平台进行仿真研究,仿真结果证实了所提控制策略的可行性和有效性。     

双馈风力发电机三相短路电流分析

为了研究双馈风力发电机组的低电压穿越控制问题,分析了双馈风力发电机定子端三相短路时短路电流的产生机理,给出了双馈风力发电机在空载同步转速条件下的定转子短路电流的近似解析表达式.在此基础上,根据双馈风力发电机内部的电磁关系,分析了发电机故障前不同转速、输出有功功率及无功功率等运行状态对双馈发电机短路电流的影响.在理论分析的基础上,建立了3 MW双馈风力发电机的模型,对发电机定子端三相短路故障状态进行了仿真研究.仿真结果表明:通过定转子短路电流的近似解析表达式和发电机故障前的初始状态可以有效对双馈发电机短路电流进行定性分析,为进一步研究双馈风力发电机的低电压穿越能力提供了理论依据.     

电网电压跌落下无刷双馈发电机低电压穿越控制

电网电压跌落的瞬间,风力发电机定子和转子产生冲击电压和冲击电流,对电网安全造成影响。为实现无刷双馈风力发电机低电压穿越,保证风电机组在电网电压跌落下不间断运行,对电网电压跌落下无刷双馈发电机定子电压和电流进行暂态分析,搭建了无刷双馈发电机在功率绕组静止坐标系下的数学模型,推导并分析了电网电压跌落瞬间其功率绕组磁链、控制绕组电压动态变化过程,并提出一种积分滑模直接功率控制与故障穿越控制相结合的控制策略,完成无刷双馈发电机低电压穿越控制。通过MATLAB/Simulink和半实物仿真试验平台进行验证,仿真和试验结果证明所推导功率绕组磁链和控制绕组电压动态变化过程的正确性及控制策略的有效性,该控制策略有效抑制了定子控制绕组侧电压和电流畸变,提高了无刷双馈发电机的低电压穿越性能。     

基于双馈风电场的三相短路电流计算及保护方法

新能源发电技术在电力系统中逐渐占据越来越大的比重。为了实现电力系统安全运行的稳定性,需要了解系统故障的影响,根据双馈风力发电机的撬棒动作情况以及相关暂态特性完成短路电流计算。通过建立双馈风力发电机模型,并根据双馈风力发电机在三相短路故障期间投入的撬棒保护,对风机内在机理的动态变化进行分析,精确计算定转子磁链在故障期间的变化情况,从而得到撬棒动作时的新三相短路电流计算方法。最后通过PSCAD/EMTDC 进行仿真验证,并利用Matlab检验计算方法的精确度。同时根据风场的低电压穿越能力与电流保护装置的特性,提出一种针对双馈风电场的低电压穿越保护方案。该方案根据低电压穿越能力的电压变化要求以及短路电流的大小协作完成对线路的保护,以便清除故障后风场电压可以及时恢复并且保持并网运行,且在一定程度上可应对低电压穿越能力的延时问题。     

考虑电磁暂态补偿的双馈电机低电压穿越控制及其机电安全分析

研究了考虑磁链暂态补偿技术的改进低电压穿越(LVRT)控制策略。在对风机进行有功无功控制的同时,通过对转子电流中的暂态感应分量的检测与控制,实现对定子电压跌落引起的定子磁场变化的补偿,改善了双馈电机的漏感对磁链暂态补偿控制效果的影响。建立了1.5 MW双馈感应发电机并网控制结构的MATLAB模型,并对此进行电磁暂态仿真。仿真结果验证了改进后的方法能够有效抑制双馈电机定、转子电流的峰值,提高双馈型风力发电机的LVRT能力。     

基于电网电压定向的双馈风力发电机灭磁控制策略

电网故障造成的电网电压变化会在双馈发电机定子绕组中产生定子磁链的暂态直流分量,造成发电机输出功率波动和电磁转矩振动,需要采取灭磁控制来加快定子磁链暂态直流分量的衰减.文中提出了一种适用于双馈风力发电机电网电压定向矢量控制的灭磁控制方法,首先分析了电网故障对双馈发电机内部电磁关系的影响,在此基础上分析了双馈发电机电网电压定向矢量控制的稳定性,就此提出了一种新型的灭磁控制方法,并进一步阐述了转子侧变换器容量及风电机组运行状态对灭磁控制效果的影响.仿真验证表明,所提出的灭磁控制方法可以在电网电压跌落程度较轻的情况下有效减小双馈发电机定子磁链中暂态直流分量的影响,提高双馈风电控制系统的稳定性,有利于实现风电机组的低电压穿越.     

基于PSCAD的2MW双馈风力发电机组低电压穿越能力研究

随着以变速恒频双馈异步发电机为主体的大型风力发电机组在电网中所占比例的迅速提高,电力系统对并网风机在外部电网故障,特别是电网电压跌落下的不间断运行能力提出了更高的要求。首先介绍了德国EON风力发电系统低电压穿越标准,在定子磁链定向的基础上推导了双馈风力发电系统的有功无功解耦控制策略,最后在PSCAD中建立了具有Crowbar保护电路的2 MW双馈风力发电系统模型。仿真结果表明双馈风力发电系统具有很好的电压风穿越能力,正常运行状态下能够实现单位功率因素运行。     

双馈风力发电机组及其低电压穿越技术的研究

双馈风力发电机组是风力发电机型中的主流机型,从双馈电机的基本工作原理出发,建立了双馈发电机的数学模型,并对其在风速发生变化时进行仿真.利用其定子磁链定向对其进行矢量控制,分析了双馈电机转矩和功率独立调节的基本原理.研究了双馈风电机组在电网故障时其运行情况,通过硬件方法使双馈风电机组具有更强的低电压穿越能力.就是在电网出...     

Series Resonance Fault Current Limiter (SRFCL) with MOV for LVRT Enhancement in DFIG-Based Wind Farms

Abstract—To reduce the negative effects of wind farms connection on power system stability, many countries have elaborated grid code requirements. Low-voltage ride through (LVRT) capability is the core of these requirements. This paper presents a framework to design and apply the series resonance fault current limiter (SRFCL) with a metal oxide varistor (MOV) for LVRT performance enhancement of doubly fed induction Machine (DFIG)-based wind farms. The main advantages of the SRFCL are simplicity, high reliability and automatically operation during fault condition for enhancing the LVRT performance. To demonstrate the capability of the SRFCL, a comparative study of the SRFCL and the bridge-type fault current limiter (BFCL) is performed. The study wind farm has been modeled with equivalent aggregated DFIG. Simulations were carried out in PSCAD/EMTDC environment. Simulation results demonstrate that the SRFCL provides a simple and effective solution to enhance the LVRT and reduce the fault current contribution of wind farms.     

集成SMES和CS-SGSC的双馈型风力发电系统

双馈型风力发电机面临能量输出不稳定和低电压穿越能力弱2个主要问题。为了同时解决这2个问题,提出了一种集成超导储能系统和电流型串联网侧变流器的双馈型风力发电系统。该系统利用超导磁体作为能量储存和缓冲环节,提高了能量输出的稳定性;利用电流型串联网侧变流器实现了对定子电压的保护,提升了双馈型风力发电机的低电压穿越能力。仿真结果证明了该拓扑结构及其控制策略的有效性。     

变结构双馈风机的低电压穿越能力

双馈风机DFIG(doubly-fed induction generator)的低电压穿越能力LVRT(low voltage ride through)正逐渐成为大型风电场必备的功能之一。为了使带有Crowbar保护电路的DFIG在电网故障阶段发出一定的无功支持电网电压的恢复,充分利用变频器的无功产生能力,在电压跌落期间,给定网侧变频器一无功指令值,并使用无功电流优先的原则进行控制。为了减少投资,增强DFIG的无功发出能力,把机侧和网侧变频器并联向系统发无功,并增大直流侧电容来增强系统的稳定性。仿真结果表明,网侧和机侧变频器都可以对电网进行无功支撑,提升了机端电压,增强了双馈风机的低电压穿越能力。     

储能型双馈风电场联合STATCOM的无功协调控制

针对传统双馈风电机组(DFIG)低电压穿越(LVRT)能力不足问题,提出了储能型双馈风电场联合STATCOM的无功协调控制。该控制是在网侧变流器（GSC）原有的模型上将超级电容经隔离型DC/DC变换器并联到风机直流侧,以此吸收故障期间直流侧产生的不平衡功率;在发生低电压故障时,根据超级电容投入情况,对两侧变流器和并联在风机出口母线上的STATCOM进行无功协调控制来支撑电网电压;同时超级电容储能装置采用电压电流双闭环控制,满足了系统稳定性和经济性的要求。仿真结果表明：该方法应用在风电并网系统中可以使DFIG的LVRT能力得到极大的提升。     

基于无功判定法的Crowbar保护电路退出控制

"并网难"已成为风电发展的瓶颈,而低电压穿越(Low Voltage Ride Through,LVRT)是风电并网中的核心技术,目前主要采用Crowbar保护电路实现风电机组在大干扰下也具有LVRT能力,而Crowbar电路退出时间对电网故障恢复有很大的影响。根据我国风电大规模远距离的特点,在DIgSILENT中建立了双馈风力发电机组(Doubly-Fed Induction Generator,DFIG)的动态模型,并经过远距离输电线与IEEE9节点电力系统相连,仿真分析了DFIG在各种短路故障条件下的运行特性,提出一种基于无功功率判定的Crowbar退出控制方法,能实现Crowbar电路在故障切除后立刻退出,提高了DFIG的LVRT能力。     

电网故障下双馈风电机组暂态电流评估及分析

为了便于分析并网双馈风力发电机组低电压穿越(LVRT)运行的承受能力,有必要对电网故障下双馈风电机组的暂态电流进行评估.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机端短路故障和电网电压不同跌落程度时的定、转子暂态电流评估的解析表达式,并通过考虑风力机传动链柔性的机组暂态仿真结果验证了推导表达式的正确性.在此基础上,应用推导的表达式对双馈风电机组在不同初始输出有功功率、无功功率以及电网电压不同跌落程度时的定、转子暂态电流最大值进行了计算,并得到了不同运行工况对机组暂态性能的影响规律.     

双馈风电机组低电压穿越特性的试验研究

低电压穿越能力正逐渐成为大型并网风电机组的必备功能之一,要求风电机组在电网电压跌落发生时保持并网,故障消除后快速恢复正常运行。在分析双馈机组电压跌落特性的基础上,采用了转子主动式Crowbar电路和直流侧卸荷电路相结合的方法来实现双馈风电机组的低电压穿越功能,讨论了具体的低电压穿越控制策略,通过仿真验证了电路结构和控制策略的正确性。在实验室10 kW双馈机组实验平台上,采用电压跌落发生器模拟电网电压跌落故障,进行了电网电压跌落至额定电压20%时不同持续时间的测试,证实了所采用的低电压穿越控制策略的有效性。     

适用于双馈风机故障穿越的多功能串联补偿器

双馈风机DFIG（doubly-fed induction generator）因其对电网故障的敏感性,其故障穿越运行能力成为研究热点。为了提高DFIG的故障穿越能力,采用一种适用于DFIG的多功能串联补偿器MFSC（multifunctional series compensator）。MFSC连接于风机定子和并网点之间,可根据电网电压发生故障的不同程度,工作在动态电压补偿DVC（dynamic voltage compensation）和限流两种模式下,补偿跌落电网电压和限制风机电流突升。通过分析电网故障下的DFIG特性,给出了MFSC功能实现的数学模型;重点介绍了MFSC的不同功能控制策略和多模式切换流程。采用MATLAB软件建立了仿真系统,仿真结果验证了MFSC实现DFIG故障穿越的可行性和有效性。     

双馈异步风电系统的建模仿真

当电网电压跌落时,风电机组须维持一定时间与电网连接而不解列,并且能提供无功以支持电网电压的恢复,即具有低电压穿越能力,而双馈风电机组低电压穿越能力最弱。分析建立了双馈风力发电机组的模型,通过使用MATLAB/SIMULINK仿真,来研究它的LVRT性能,及影响它LVRT性能的因素,探讨它的改进方案。