考虑撬棒保护动作时间的双馈式风电机组短路电流特性

撬棒(Crowbar)保护是否动作及动作时间会对双馈感应发电机(DFIG)短路电流特性产生影响。目前计及撬棒保护影响的相关研究均按照故障后撬棒保护瞬时动作来分析短路电流特性,但实际上机端电压跌落时,撬棒保护并非瞬时投入运行,而是根据故障严重程度带有不同的动作延时,这给短路电流的精确分析计算增加了难度。文中针对这实际问题,以机端发生不对称故障为例,将故障电流分解为正向和反向同步旋转坐标系下的正序和负序分量,并根据撬棒保护动作时刻将故障过程分解为两个阶段,通过数学解析的方法给出整个故障过程的短路电流计算表达式。通过与MATLAB/Simulink的DFIG标准模型对比,仿真验证了计算表达式的有效性,并分析了撬棒保护不同动作时间对DFIG短路电流特性的影响。     

双馈感应风电机组三相短路电流特性研究

以电网发生三相短路故障时双馈感应风电机组(doubly-fed induction generator,DFIG)的动态物理过程为基础,分析了定子、转子电流中各频率成分之间的依存关系。基于同步旋转d-q坐标系下DFIG数学模型,从磁链变化的角度,推导出DFIG定子三相短路电流的近似解析计算表达式。提出的计算模型与PSCAD/EMTDC中搭建的DFIG模型的时域仿真结果进行对比,误差小于3%,验证了计算模型的有效性和分析结果的正确性。     

电网故障下基于撬棒保护的双馈风电机组短路电流分析

首先分析了撬棒接入后双馈感应发电机(DFIG)定、转子磁链的全响应,进而给出了适用于对称/不对称电网电压跌落故障情况的DFIG短路电流时域解析表达式.在此基础上,提出了一种新型的电阻串联电容式撬棒结构,并给出了其中电容值的选取方法.较之传统的电阻式撬棒,该撬棒能够更为有效地抑制DFIG的转子浪涌电流并改善故障期间DFIG定子端的有功、无功功率外特性.最后,基于1.5 MW的DFIG风电系统仿真模型和3 kW实验平台分别对短路电流解析分析的正确性以及电阻串联电容式撬棒结构的有效性进行了仿真和实验验证.     

双馈风电短路电流特性对距离保护的影响分析

双馈风电机组短路电流特性不同于传统同步电机,给继电保护算法和原理带来新的问题。解析推导了转速频率分量使全周傅里叶算法产生计算偏差的表达式,进一步分析了双馈型风电机组短路电流对全周傅里叶算法的影响,并通过仿真论证了理论解析的正确性。同时考虑到风电场一般具有较强的弱馈性,以距离保护为例,考虑不同类型接地故障并计及过渡电阻,对风电场侧送出线距离保护测量阻抗进行了机理分析,并辅以DIgSILENT仿真验证,分析了双馈风电短路电流中的转速频率分量以及风电场弱馈特性对送出线距离保护的影响,揭示了转速频率分量对于距离保护测量阻抗的影响规律。所得结论可为风电接入系统的保护与配置提供参考。     

考虑Chopper动作的双馈风电机组三相短路电流分析

直流母线并接直流卸荷电路(Chopper)以保护转子侧变频器(RSC)是一种较常用的双馈风电机组低电压穿越改造方案。目前对称故障下双馈风电机组短路电流特性研究以故障后投入撬棒(Crowbar)电阻为主,Chopper动作下双馈风电机组短路电流特性研究几乎没有,故而难以分析其作用下双馈风电机组短路电流特性对系统中保护动作可靠性和设备安全的影响。类比双馈风电机组故障后投入Crowbar电阻的分析思路——转子回路串入电阻,通过分析对称故障后Chopper动作下的转子电流回路,将被闭锁的RSC和Chopper等效为可变电阻,分析了该等效电阻阻值随电压跌落程度和故障前转差率的变化规律。根据故障后双馈感应发电机的磁链、电压关系,通过数学解析得到Chopper动作下对称短路电流解析表达式。在MATLAB/Simulink中搭建配置Chopper的双馈风电机组模型,仿真验证了该表达式的有效性。     

双馈变速风电机组短路故障仿真分析

目前国内广泛采用的风力发电机组有恒速和变速两种类型。传统直接并网的是笼型异步发电机,此类发电机的转速变化范围非常小,因此被认为是恒速风力发电机组,即不能根据风速的波动来调整转速。相对于变速风力发电机组即风轮驱动双馈异步发电机、励磁同步发电机或永磁同步发电机,在结构     

电网故障时双馈风电机组定子电压特性及影响分析

随着以双馈风力发电机为主的风力发电的大规模并网,电网故障期间并网双馈风电机组对电网的影响不断显现,使电网安全稳定运行面临着严峻挑战。为了有效评估双馈风电机组的暂态过程及其对电网的影响,需要掌握电网故障期间双馈发电机机端电压的大小及变化规律。基于双馈发电机的暂态过程,推导了稳态运行以及外部电网三相短路下双馈发电机定子电压的表达式。在此基础上,对双馈发电机定子电压的暂态特性进行了研究,明确了定子电压的影响因素,分析了电网故障时双馈风电机组对电网暂态电压分布的影响。最后通过仿真进一步分析了定子电压的变化规律并验证了推导的正确性。     

基于撬棒保护的双馈风电机组三相对称短路电流特性

双馈感应发电机在其并网点电压跌落较深时必须具备低电压穿越能力,而撬棒(crowbar)保护电路是目前运用较为广泛的一种低电压穿越方式。分析了装设有撬棒保护电路的双馈风电机组机端三相对称短路情况下的短路电流特性,通过仿真软件PSCAD/EMTDC研究了影响双馈风电机组输出短路电流的因素,包括撬棒电阻、直流母线电压和网侧变流器,推导了双馈风电机组在额定运行工况下定、转子短路电流的近似求解公式。最后,在考虑定转子磁链耦合作用的基础上给出了一种等效阻抗电压源模型,有利于接有分布式风电机组的配电网保护配置的进一步研究。     

基于撬棒保护的双馈风电机组动态特性分析

撬棒保护是双馈风电机组提高的低电压穿越能力的主要措施,它可以用来保护转子侧变流器,改善风机的动态特性,使其达到电网公司及运营商提出的并网要求。而撬棒保护的投切时间对双馈机的低电压穿越性能影响较大,通过瞬时故障分析初步得到了撬棒保护较理想退出时间。对于50%和20%两种不同的电压跌落程度并持续625ms的故障测试结果显示,当电压跌落至20%时,保护退出的理想时间要适当提前一个周波,即故障持续时间和故障的影响程度将对撬棒保护的控制策略产生影响。     

不同撬棒保护投入时刻下双馈风电机组短路电流计算分析

双馈感应风电机组故障特性不同于传统同步电机,对电网继电保护的整定与配合产生不利影响,需从解析的角度揭示双馈感应风电机组的故障暂态机理。以双馈感应发电机空间矢量模型为基础,结合电路动态响应理论,建立了双馈风电机组三相短路电流解析计算模型。所建模型考虑了定、转子电阻的影响,从理论上证明了衰减时间常数的由来及与频率分量的对应关系。考虑到控制作用的影响,撬棒的投入会有延时,解析模型计及了不同的撬棒保护投入时刻。与仿真和现场试验结果对比验证了所建模型的准确性,并从仿真角度分析了转子电压、双馈风电机组运行状态及转子侧控制策略对故障电流的影响。最后运用解析模型定量评估了定转子电阻、短路发生时刻及DFIG的运行工况等因素对短路电流的影响。     

双馈感应风电机组联网运行仿真及实证分析

随着风电并网规模的不断扩大,风电功率波动对所接入电力系统调峰、调频等运行性能的影响将越加显著。为获得双馈感应风电机组联网运行特性并校验所建模型的有效性,进行了接于实际电力大系统的风电场短路试验。通过对实测数据的分析辨识出风电机组的动态特性;基于所建模型对短路试验进行了仿真重现。实测结果与仿真结果相吻合,验证了所建模型的有效性。     

双馈变速风电机组频率控制的仿真研究

双馈变速风电机组采用双脉宽调制（PWM）变流器实现电磁与机械的解耦控制,这也使得双馈变速风电机组对系统频率变化的响应降低。文中以双馈变速风电机组模型为基础,根据双馈变速风电机组控制特点和控制过程,在电力系统仿真软件DIgSILENT/PowerFactory中增加了频率控制环节,在系统频率变化时,双馈变速风电机组通过释放或者吸收转子中的一部分动能,相应增加或者减少有功出力,实现了风电机组的频率控制。仿真结果证明了频率控制环节的有效性和实用性,并证明了通过增加附加频率控制环节,风电场能够在一定程度上参与系统频率调整。     

双馈风电机组对电力系统低频振荡特性的影响

风电装机容鼍的增长使其对电力系统的影响更加明显,因此研究风电对电力系统小干扰稳定及低频振荡特性的影响,对确保电网的稳定运行具有重要意义.建立了完整的双馈风力发电机组(doubly fed induction generator,DFIG)模型,以WSCC 3机9节点电力系统为例,采用特征值分析方法,分析了双馈风电机组并网后对电力系统低频振荡特性的影响.分析结果表明,双馈风电机组在3种小同的运行模式下接入电网时,其出力和机端电压控制环节对电力系统低频振荡模态特性的影响在趋势和程度上均具有明显差异;合理设计风电机组机端电压控制环节的参数会有助于改善区域问振荡模态的阻尼.     

双馈机组风电场动态等效模型研究

针对大型双馈机组风电场,提出一种新的动态等效建模方法.该方法以双馈风电机组桨距角控制动作情况作为机群分类原则,通过提取反映桨距角控制动作的特征向量,并将其作为支持向量机的输入,从而进行双馈风电机组的动态分群以及同群机组的合并、等效.在此基础上给出了等效模型的参数计算方法,得出以3台风电机组表征的风电场等效模型.与传统等效建模方法的对比结果表明,所提出的三机表征模型能够更准确地反映双馈机组风电场并网点的动态特性.     

双馈感应风力发电机组动态模型的分析与比较

在大型风力发电厂中双馈感应风力发电机组将被广泛应用,深入了解双馈感应风力发电机组动态特性非常必要。文中给出了双馈机组的8阶、5阶和3阶模型。8阶模型包括完整的传动系统模型、定子模型和转子模型;5阶模型包括定子、转子模型和简化的传动系统模型;忽略定子的暂态过程后,3阶模型包括转子模型和简化的传动系统模型。在MATLAB／Simulink软件上实现了3种模型建模。完成了对2种情况的仿真,仿真结果验证了上述3种模型的正确性,并比较了各自的响应特性。仿真结果表明：8阶模型具有最精确完整的响应,但仿真时间最长;3阶模型采用最大程度的近似,但仿真时间最短;5阶模型适合大多数既要求较快仿真速度又要求较高精度的研究。     

双馈风力发电机励磁系统的研究与设计

在分析现有变速恒频双馈风力发电励磁控制系统的基础上,提出了一种基于单神经元自适应PID算法的双馈励磁控制方案,可根据风速的变化调节双馈发电机的励磁,使发电机输出恒定.在额定风速以下,获得最大风能利用系数;在额定风速以上,保证发电机输出功率恒定.该控制方案简化了系统硬件结构,提高了系统稳定性和抗干扰能力,并具有扩展性强的特点.     

双馈感应风力发电机功率控制器的建模与仿真

基于双馈感应发电机（DFIG）3阶机电模型研究了功率解耦控制,以3个方程的形式完整地设计了功率控制器,在保证有功、无功控制效果的前提下大大简化了控制器结构,使其易于在各种编程环境下实现,便于在国内大型电力系统分析软件中进行DFIG模型的开发。在MATLAB环境下实现了DFIG及其控制器的完整模型,并与MATLAB／Simulink自有模型进行仿真对比,验证了其正确性和可行性。最后验证了所提出的模型在系统级仿真分析中的实用性。     

基于定子电压定向的双馈风电系统变参数策略设计

介绍了基于定子电压定向的双馈风力发电系统在空载并网和并网发电2种模式下的模型,分析对比了其差异性.为保证在2种模式下控制系统均有较好的稳态性能和动态性能,提出了一种变参数控制策略,即在2种模式下分别采用不同的电流控制器.给出了一种基于比例一积分(PI)电流控制器的设计原则,利用伯德图法对2种模式下的电流控制器参数分别进行了设计,设计结果表明2种控制器参数有较大差异,在2种控制模式下采用同样的电流控制器会降低系统的动态性能甚至导致系统不稳定.在30 kW双馈风力发电系统实验平台上进行了实验验证,实验结果表明,变参数控制策略可以保证系统在2种模式下均有较好的稳态性能和动态性能.     

双馈风电机组接入地区电网后的电压稳定分析

利用PSASP软件的UPI接口程序模块,在PSASP中建立了双馈风电机组模型,以两个实际的地区电网为例,研究双馈风电机组接入地区电网后对电网电压的影响,结果表明：双馈风电机组提高了地区电网的静态电压水平;双馈风电机组在故障后能够减少系统所需的无功储备,从而有利于地区电网的电压稳定;风速的波动对地区电网的电压有影响,但一般不会影响其暂态稳定性。     

双馈感应风电机组异常脱网及其无功需求分析

分析了双馈感应(doubly fed induction generator,DFIG)风电机组因转子回路撬棒保护动作诱发机组脱网的过程,撬棒保护动作远快于定子并网接触器动作,因而机组脱网前存在短时鼠笼异步运行状态的现象。建立了双馈感应发电机DFIG正常运行状态及鼠笼异步运行状态的数学模型,分析了双馈感应风电机组脱网时对电网的无功需求,总结了机组异常脱网时的转差–无功特性。最后提出了风电场无功补偿措施,如配置无功补偿设备等。