双馈风电机组零电压穿越暂态特性分析及综合控制策略

近年来,受到风电机组电压异常时运行能力的影响,风电大规模脱网事故时有发生。以双馈风电机组为研究对象,详细分析了当机端发生三相对称零电压故障、Crowbar保护电路投入后,机组主要电气量暂态特性的变化,研究了现行Crowbar故障穿越策略的适应性。在此基础上,在不增加机组硬件设备的前提下,提出了快速紧急变桨控制、保护电路分级投入控制、磁链有源衰减控制相结合的双馈风电机组零电压穿越综合控制策略,并以降低机组轴系冲击、增加保护电路能耗、延长机组故障阶段可控时间为目标优化控制参数。最后,利用DIgSILENT软件对两类控制策略进行仿真对比验证,结果证明了综合控制策略有助于改善机组暂态特性,增强故障阶段机组的可控性,有效地提高了双馈风电机组的零电压穿越性能。     

基于Crowbar保护电路的双馈风电系统高电压穿越

针对电网电压发生骤升故障时造成的电网不稳定运行,在双馈机组转子侧加入Crowbar保护电路,增加双馈风电系统高电压穿越的能力。通过建立电网电压骤升时双馈风电机组投入Crowbar保护电路后的数学模型,并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侧母线耐受电压的大小,确定Crowbar电路串联的电阻值、切入和退出时间,加速系统暂态电流的衰减,实现双馈系统的高电压穿越。Matlab/Simulink仿真结果表明:控制方案增强了双馈发电系统稳定运行的可靠性,并提高了双馈风力发电系统的高电压穿越能力。     

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。     

机组参与调节的双馈机组低电压穿越综合控制策略

在分析双馈风电机组低电压穿越技术研究现状及不足的基础上,以提升机组低电压穿越能力和改善故障穿越结束后风电机组的稳定运行能力为出发点,提出了一种机组参与调节的适应电压跌落程度的低电压穿越综合策略。采用卸荷电路和变阻值制动电阻代替传统的Crowbar电路,网侧逆变器根据电网电压跌落程度提供变功率因数无功支持,提高机组在电压跌落结束后的稳定运行能力。采用基于磁控电抗器的动态无功补偿装置进行集中补偿,降低投资成本。构建仿真模型仿真验证了该综合控制策略的正确性与有效性。仿真结果表明该方法可以更好的适应电压跌落程度,实现双馈风电机组的低电压穿越能力,同时还可以增强故障穿越结束后风电机组稳定运行能力。     

Crowbar技术在双馈风电机组低电压穿越的应用

对双馈风电机组运行及并网技术等方面进行了研究,针对电网电压波动时,有源Crowbar技术在风电并网中的应用进行了深入的分析。通过针对主动式和被动式两种电路结构和控制方式的建模仿真和90 k W双馈电机实验系统,得出主动式Crowbar电路比较适合我国风电并网技术。然后利用理论研究和软件仿真,得出有源Crowbar保护电路的相关参数。研究技术最终应用与东北某风厂,单机3 MW风机并网系统。通过现场结论分析,得出双馈风电机组并网时,采用有源Crowbar保护电路可以解决电网电压波动时造成的电机过电流和变流器直流侧过电压问题,使双馈风电机组完成低电压穿越运行。     

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。     

基于MSVC和Crowbar的DFIG低电压穿越控制策略

撬棒电路是提高风电机组低电压穿越能力的有效方法之一,为了改进撬棒电路的性能,加装无功补偿装置与其相互配合。针对现存无功补偿装置的不足,提出了一种采用基于磁控电抗器(Magnetically Controlled Reactor,MCR)的动态无功补偿装置(MSVC)和撬棒(Crowbar)保护电路实现双馈风电机组低电压穿越的控制策略。在Matlab/Simulink中构建了基于控制策略的双馈风电机组模型,仿真验证了不同电压跌落下的双馈风电机组低电压穿越能力,不仅有效保护了机组转子变流器,提高了风电机组低电压穿越能力,而且增强了故障穿越后机组和系统运行的稳定性。     

基于撬棒保护电路的双馈风电机组的无功协调控制方法研究

电网故障下撬棒(Crowbar)保护电路能够帮助风电机组实现低电压穿越,为转子故障电流提供旁路并限制其幅值。在Crowbar保护电路退出运行时,风电机组需要吸收大量的无功功率,这大大影响了风电系统恢复稳定运行的能力。针对以上问题,根据Crowbar保护电路的动作情况,提出了一种利用双馈风机网侧变换器进行无功补偿的控制策略,并进行了仿真分析。仿真结果表明,通过双馈风机网侧变换器为电网提供无功支持,Crowbar保护电路退出时刻吸收的无功功率明显减小,增强了系统恢复稳定运行的能力。     

基于状态相关Riccati方程的双馈风机控制

国家标准对并网风机在故障期间的低电压穿越能力提出了技术要求,即能在电压跌落一定范围内不脱网运行,并提供动态无功支撑。为了提高双馈风电机组的低电压穿越能力,提出了基于状态相关Riccati方程(state-dependent Riccati equation,SDRE)的控制器。SDRE控制器具有灵活的设计方式,可以通过实时优化状态相关系数矩阵,提升暂态响应性能,实现被控对象在较大范围内的渐近稳定。针对双馈风电机组设计了SDRE控制器,并通过与Crowbar的配合,实现了符合国家标准的低压故障穿越策略。通过算例系统在三相故障下的仿真,验证了所提控制策略相比常规PI控制策略以及故障期间持续投入Crowbar的策略,能够更好地实现低电压穿越。     

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。     

用于低电压穿越测试的电压跌落发生器研究

随着新能源中风力发电容量占电网比重的不断增加,新的电网运行准则要求风电机组具有一定的低电压穿越运行能力,电压跌落发生器是测试风电机组低压穿越性能的重要装置.这里在分析真实电网电压跌落类型的基础上,提出一种基于比例积分谐振控制器的电压跌落发生器控制策略,以实现故障电压正负序分量的精确控制.实验结果表明,基于该方法的电压跌...     

基于DVR的双馈风电机组不对称电压故障穿越

基于动态电压恢复器DVR(Dynamic Voltage Restorer)能够在短时间内恢复电压的特点,研究了DVR协助双馈风电机组穿越不对称电压故障的能力。针对双馈风电机组,选择了合适的DVR拓扑结构及其补偿策略,分析了基于比例-谐振PR(Proportional-Resonant)控制器的DVR控制方法,并提出采用单环电压反馈控制的策略。利用PSCAD/EMTDC搭建的详细仿真平台,展示了在DVR的保护下双馈风电机组成功穿越不对称电压故障的能力及其改善的瞬态性能。     

含风电接入配电系统电压跌落传播特性分析

大容量风电并网面临的主要问题之一是风力发电机的低电压穿越问题.为从馈线保护的角度提高风电场的低电压穿越能力,分析了风力发电机并网点感受到的电压跌落特性,探讨了不同过渡电阻和接地程度系数下故障点电压相量的变化特性,量化分析了风力发电机并网点电压跌落畸变极值及产生条件,指出相间短路故障时存在超越状态,对保护的动作特性影响较大,接地故障时电压跌落的畸变极值受接地程度系数的影响严重.     

永磁直驱风电系统低电压运行特性的分析

通过构建永磁直驱风电系统的仿真模型,实现网侧变换器输出有功和无功功率的解耦控制,增加卸荷负载以提高其应对电压跌落等故障的穿越能力,对风电系统运行在单位功率因数、超前和滞后功率因数情况下的跌落特性进行了仿真分析,讨论了电压跌落期间风电系统对电网的无功支持.仿真结果表明,直驱式永磁同步电机风电系统具有较强的低电压穿越能力,可以安全运行在不同功率因数下,同时能在电网电压故障期间对系统提供一定的无功支持.     

无差拍控制提高变速异步风力发电系统的故障承受能力

变速风力发电机对于电网扰动、故障以及电网电压跌落非常敏感,当上述情况发生时风力发电机将从电网切除,直到电网恢复正常才能重新投入运行.如何在电网发生扰动时保持风力发电机的正常运行是一个有挑战性的课题.未来的电网规范甚至要求在电网发生故障时风力机组仍能保持运行,这就要求必须安装保证风电机组低电压运行的控制装置.文中针对采用全载换流器与电网进行连接的异步风力发电机组提出了相应的风电机组低电压控制器及控制策略,无须进行硬件改造即可实现电网故障情况下风电机组不退出运行.其中,风电机组电气子系统控制器基于无差拍控制策略进行设计.算例给出了300 kW的风电机组在30%电压跌落情况下的暂态过程,没有加入控制器之前风电机组将停机,加入之后则可以保持运行,验证了所提方法的正确性.     

基于直流保护的直驱风电机组低电压穿越特性分析

研究了基于加装和未加装直流保护的直驱风电机组在电网故障状态下的低电压穿越运行特性。根据GB／T19963--2011对风电机组低电压穿越能力的技术要求,结合直驱风电机组工作原理,构造了直驱风电机组在PSCAD／EMTDC环境下的系统控制模型。以电网三相对称短路故障为案例,对加装和未加装直流保护的直驱风电机组的低电压穿越特性进行了分析和比较。仿真结果不仅证明了所用系统模型是合理的,控制策略是有效可行的,而且还表明加装直流保护的直驱风电机组具备较为优越的低电压穿越特性。     

无差拍控制提高变速异步风力发电系统的故障承受能力（英文）

变速风力发电机对于电网扰动、故障以及电网电压跌落非常敏感,当上述情况发生时风力发电机将从电网切除,直到电网恢复正常才能重新投入运行。如何在电网发生扰动时保持风力发电机的正常运行是一个有挑战性的课题。未来的电网规范甚至要求在电网发生故障时风力机组仍能保持运行,这就要求必须安装保证风电机组低电压运行的控制装置。文中针对采用全载换流器与电网进行连接的异步风力发电机组提出了相应的风电机组低电压控制器及控制策略,无须进行硬件改造即可实现电网故障情况下风电机组不退出运行。其中,风电机组电气子系统控制器基于无差拍控制策略进行设计。算例给出了300kW的风电机组在30%电压跌落情况下的暂态过程,没有加入控制器之前风电机组将停机,加入之后则可以保持运行,验证了所提方法的正确性。