基于主动式IGBT型Crowbar的双馈风力发电系统LVRT仿真研究

讨论了电网电压骤降下双馈感应风电(DFIG)系统的低压穿越控制策略和保护方案.在分析主动式IGBT型Crowbar电路的拓扑结构以及电网电压跌落时Crowbar电路作用的基础上,采用计及电网电压变化的DFIG数学模型,建立了LVRT控制模型.通过仿真详细研究了Crowbar投切策略,仿真结果验证了Crowbar电路以及控制策略的有效性,表明Crowbar电路能有效抑制转子过电流、直流母线过电压以及电磁转矩的振荡,并可在故障时向电网注入无功电流以帮助电网电压的恢复,使DFIG实现低电压穿越.     

基于Crowbar的双馈风力发电系统LVRT仿真研究

讨论了电网电压骤降下双馈感应风电(DFIG)系统的低压穿越控制策略和保护方案。采用计及电网电压变化的DFIG数学模型,建立了LVRT控制模型,通过仿真详细研究了Crowbar投切策略,仿真结果验证了Crowbar电路以及控制策略的有效性,表明Crowbar电路能有效抑制转子过电流、直流母线过电压以及电磁转矩的振荡,并可在故障时向电网注入无功电流以帮助电网电压的恢复,使DFIG实现低电压穿越。测量结果表明了这种控制方式能使DFIG在电压跌落故障下实现不间断运行,有效提高了DFIG风电机组运行的可靠性。     

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。     

应用STATCOM与Crowbar提高风电场低电压穿越能力

为满足并网风电机组在电网电压在一定范围内瞬间跌落时不脱网运行,通过分析DFIG电压跌落时的暂态过程,建立一种基于STATCOM和Crowbar的低电压穿越控制策略。STATCOM采用恒电压控制策略,适当地调节交流侧输出的幅值和相位,以提供满足系统电压稳定的无功功率;Crowbar电路的投切,对转子电流或直流侧电压滞环比较来控制,以卸荷多余能量并保护变流器,从而实现低电压穿越。最后,在PSCAD/EMTDC平台建立了DFIG的LVRT仿真模型,结果表明:该策略使DFIG在电压跌落较深情况下具备了低电压穿越能力。     

电网不对称故障下双馈风力发电机组的LVRT研究

本文在研究了电网电压不对称对双馈风力发电机(DFIG)的影响以及DFIG正、负序数学模型的基础上,分析了电网电压不对称条件下对系统输出有功、无功的构成,提出在转子侧和网侧采用正、负序分量分离控制与传统Crowbar电路结合的控制策略,并对Crowbar阻值和投切时间进行分析。最后通过Matlab对系统进行验证,仿真结果表明在电网不对称故障时,这种控制策略可以消除负序电流对定子侧有功功率、无功功率、电磁转矩和直流侧电压的影响,实现不对称故障穿越。     

双馈感应发电机Crowbar电路的投切控制策略优化研究

研究了Crowbar投入、退出时间对双馈感应风力发电机低电压穿越性能的影响,并在Matlab/Simulink仿真平台上搭建了含Crowbar保护电路的DFIG模型,验证了Crowbar投切时间对DFIG低电压穿越的影响,保证故障发生时,Crowbar电路按设定的投切时间工作,短路电流能根据电流的变化规律快速衰减,转子电阻电压不超过直流母线电压;采用阈值投入延时切出的方案,防止Crowbar保护在电网故障时多次投切。仿真结果表明,经过适当的延时切除Crowbar电路可以避免Crowbar电路多次动作和转子再次过电流,能很好地保护风电机组,提高其低电压穿越能力。结果显示,低电压穿越效果很大程度上受退出时间影响。     

Crowbar保护电路参数选择对双馈风电系统低电压穿越的影响

在电网电压严重跌落故障下,通常采用转子侧增设Crowbar保护电路实现双馈风电系统低电压穿越(LVRT)运行,而不同的Crowbar退出时间和阻值对LVRT性能影响较大。针对双馈感应发电机(DFIG)系统机端三相短路故障,从磁链角度推导出转子侧暂态电流及其最大估算值,根据短路电流和直流母线耐受电压,给出Crowbar串联电阻值的整定范围。在MATLAB/Simulink平台进行仿真研究,结果表明,为防止电网电压恢复时Crowbar电路再次动作,可采取故障消除后切除Crowbar电路方案;在约束范围内,Crowbar电路阻值有利于暂态电流加速衰减,提高DFIG系统LVRT能力。     

基于撬棒并联动态电阻的自适应双馈风力发电机低电压穿越

当电网故障引起电压跌落时,为防止大装机容量风电场的风机脱网,双馈风力发电机(DFIG)多采用Crowbar电路来实现低电压穿越(LVRT)。传统Crowbar电路采用固定阻值的电阻,很难兼顾对转子电流和直流母线电压的抑制以及对Crowbar的投入工作时间的控制。针对传统Crowbar的不足提出了一种基于Crowbar并联动态电阻的双馈风力发电机低电压穿越方案,制定了该方案的自适应控制策略以及其阻值的整定方法。仿真分析不同跌落深度下所提方案的LVRT特性,并与改变IGBT的导通脉宽的变电阻Crowbar方案进行了比较,结果表明带并联动态电阻Crowbar方案的LVRT效果较好,不仅兼顾了对转子过电流和直流母线过电压的抑制,而且在电压深度跌落时可缩短Crowbar的投入时间,有利于系统电压的恢复。     

双馈感应风力发电系统低电压穿越控制策略研究及其分析

基于双馈感应发电机(DFIG)风力发电系统模型,通过分析电网电压跌落情况下的各种运行状况,提出在电网严重故障期间,采用Active Crowbar电路和直流侧卸荷电路保护变流器和避免直流侧电压过压。在电网故障恢复期间,Crowbar电路的再次投入使得系统无功需求增大。并在网侧变流器的功率容量范围内,提出一种网侧变流器无功功率的控制策略来实现对电网无功支持,以助于电网故障恢复以及加快机端电压恢复。基于PSCAD/EMTDC平台建立了仿真系统模型并验证了该控制策略的有效性。该控制策略满足了风电机组并网的低电压穿越,有效提高了DFIG风电机组运行的可靠性。     

采用Crowbar实现低电压穿越的风电场继电保护定值整定研究

在双馈风机(DFIG)中使用Crowbar电路是提高风机低电压穿越能力的一种常用措施,为协调Crowbar与风电场集电线路保护动作之间的关系,提出了集电线路电流保护新的整定方法与控制策略。在Matlab/Simulink中建立了含有Crowbar电路的风电场并网模型,投入Crowbar能够有效提高风机抵御电网电压跌落的性能,但使得风电场集电线路故障电流峰值减小并迅速衰减,对此针对电流速断保护提出采用功率方向元件判断故障区结合快速保护算法,并对整定值进行修正,后备保护采用自保持电路并增加电压判据的控制策略。仿真结果表明,该策略能够满足风电场联络线故障的可靠切除及主网故障时低电压穿越运行的要求。     

改进Crowbar电路的双馈电机三相短路参数整定

双馈电机在电网故障下为了保护励磁变频器,提高电网故障的控制能力,通常采用转子侧Crowbar电路。而转子侧Crowbar电路在电网跌落故障下不能向电网提供无功支撑,无法实现低电压穿越。提出了一种改进的Crowbar电路,通过控制开关将Crowbar串接到定子电路中,实现了现有Crowbar电路对DFIG的保护要求,又能够在电压跌落故障下实现低电压穿越。建立了DFIG数学模型,在对DFIG三相短路进行分析的基础上对改进的Crowbar电感数值进行参数整定。最后通过3 MW的DFIG仿真结果验证了理论分析的正确性。     

基于组合保护方案提高DFIG低电压穿越能力的仿真分析

电网故障导致电压跌落时,大容量风电场中风机的相继切出会影响系统运行的稳定性。为保证电网安全可靠运行,风力发电机组的并网导则要求目前广泛应用的双馈感应发电机（DFIG）具备低电压穿越（LVRT）能力,即确保电网电压跌落情况下DFIG保持不脱网运行。本文在深入分析传统Crowbar保护电路的基础上,针对其不足提出了组合保护方案并给出了相应的控制策略。基于Matlab/Simulink平台建立了风电场并网运行仿真模型,仿真结果表明所提组合保护方案能够有效提高DFIG的低电压穿越能力。     

基于Crowbar的双馈风力发电低电压穿越研究

随着风力发电机容量和风电规模的增加,要求双馈感应发电机(DFIG)能够实现低电压穿越(LVRT)能力。在电网电压跌落的对称故障下,针对原有LVRT技术的不足,提出一种采用主动式Crowbar电路的控制策略。在电压跌落后,转子电流突升时,触发Crowbar电路,旁路转子侧变换器;在电流恢复到一定程度时,断开Crowbar电路,使转子侧变换器投入工作。通过有、无Crowbar电路仿真对比表明,该方法可较好地控制转子过电流、母线过电压及电磁转矩的振荡,同时在故障期间向系统输送无功,达到LVRT的要求。     

双馈风力发电系统的低压穿越运行与控制

根据紧急电网规程要求,风电场须具备外部电压故障下不间断运行能力,即电网故障时风电机组应能保持与电网连接并向系统不间断供电。由于双馈感应发电机（DFIG）励磁变换器容量有限,电网故障时会产生转子过电流和变换器直流环节过电压,须实行保护和控制。讨论了外部电压骤降下DFIG风电系统的低压穿越控制策略和保护方案,并对一台1．5Mw商用DFIG风电系统进行了仿真研究。结果表明快速短接保护装置（Crowbar）的切除时刻和所用串联电阻大小对故障电网恢复和变换器保护有较大影响。配合Crowbar而采用串联电阻及改进网侧变换器控制策略的方式,可以实现DFIG成功穿越定子剩余电压为15％的电网骤降故障,且无需吸收大量无功功率,有利于电网的恢复。     

基于可变频变压器的双馈风电系统低电压穿越控制

在电网电压发生跌落故障期间,基于Crowbar电路的双馈风力发电(DFIG)系统需吸收大量无功功率。为提高DFIG风电机组并网运行稳定性,提出增设可变频变压器(VFT)新方案。VFT由双馈电机、直流电机及驱动器构成。Crowbar电路动作后,通过控制低电压穿越(LVRT)期间的VFT转速来抑制系统转差率,减小系统无功功率吸收量,基于MATLAB/Simulink平台,进行了暂态仿真研究。结果表明,故障期间在Crowbar电路起动后,所提控制策略能避免系统从电网中吸收过量无功功率,避免发电机转差率越限,有助于电网电压的恢复,DFIG风电机组的LVRT性能提高。     

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。     

STATCOM在双馈风电场低电压穿越中的应用研究

双馈感应发电机(DFIG)采用转子撬棒(Crowbar)进行低电压穿越保护时,须向电网吸收大量的无功功率,不利于故障过程中电网电压恢复。文中在双馈风电场中加入静止同步补偿器(STATCOM),用以补偿Crowbar动作后DFIG异步运行时对电网的无功需求。通过不同程度电压跌落下风电场动态仿真进行验证,结果表明电网电压跌落严重时STATCOM的无功补偿效果明显,电网故障中DFIG还能向电网提供一定出力,维持电网稳定运行;与只投入Crowbar的情况相比,同时加入STATCOM和Crowbar不会对DFIG各分量产生冲击;电压跌落轻微时DFIG可通过自身的变流器调节实现低电压穿越,投入Crowbar和STATCOM反而会加剧系统的振荡。     

双馈风力发电机组的两种低电压穿越方案对比分析

随着风力发电量的急剧增加,新的电网运行准则对并网机组低电压穿越能力提出了更高要求。本文通过DFIG的数学模型,分析了Crowbar电阻的合理取值范围,提出了在故障切除前退出Crowbar电路的低电压控制策略。最后在Matlab/Simulink中建立并网仿真模型,通过仿真探讨了网侧变流器最大限值电流对低电压主要性能指标直流母线电压的影响,得出合理的限流值能改善系统自身LVRT能力的结论;在此基础上,对比转子侧Crowbar电路、Crowbar电路与直流侧卸荷电路相结合两种低电压实现方案,仿真结果表明后者通过提高Crowbar阻值能够吸收多余的能量,在抑制定转子侧的暂态浪涌电流和稳定直流母线电压方面较前者更有效。     

考虑三重因素的双馈风电机组撬棒电路保护控制策略分析

撬棒(Crowbar)电路作为提高双馈风电机组低电压穿越能力的主要措施之一,其控制策略的选取对风电机组动态特性影响较大。针对电网故障持续时间、机端电压跌落深度以及故障时刻风机运行状态三重因素,在Matlab/Simulink平台上搭建含Crowbar电路的双馈风电机组模型,通过对转子侧电流分析,验证了这三重因素对转子侧电流的影响。仿真结果表明,在电网故障持续时间较长、电压跌落较深、风机运行点较高时应采用Crowbar阈值投入故障清除后延时退出的控制策略,相反则应选择Crowbar阈值投入延时退出的控制策略,并给出Crowbar动作区域曲线和Crowbar控制策略选择区域曲线,明确两种控制策略的适用范围,初步得到了Crowbar保护控制策略。     

基于暂态磁链补偿前馈的DFIG低穿强励直流灭磁方法

低电压穿越能力是双馈风电机组(DFIG)最重要的性能指标之一。网压跌落时,应用Crowbar电路使得转子变流器闭锁,转子电流处于暂态过程。针对采用Crowbar电路限制DFIG转子侧过电流和直流侧过电压存在的不足,论文提出一种基于转子电流源控制且电流指令一阶导数恒定的低压穿越强励直流灭磁控制策略,并给出灭磁电流归零的约束条件及转子暂态电流可控的必要条件,实现低压跌落过程及电压恢复过程电机直流磁链分量的强制衰减和灭磁过程后转子交流励磁电流的快速控制,显著降低了机组在低压穿越过程的无功消纳。仿真及实验结果验证了理论分析的正确性,为双馈风电系统的低压穿越提供了一种有效的控制方案。