基于定子侧新型Crowbar的双馈发电机低电压穿越研究

针对电网电压跌落时投入现有被动式转子Crowbar保护,只能实现对双馈风电机组的系统保护,而无法实现低电压穿越的不足,提出故障时在定子中串接由电感组成的新型Crowbar。首先从理论上对双馈发电机电压跌落极限下激起的电磁过渡过程进行分析计算,揭示影响电磁过渡过程的本质规律。在此基础上,给出双馈发电机在电压跌落极限下新型Crowbar电感值整定方法及励磁控制策略。理论分析和仿真结果表明,新型Crowbar与控制策略相结合即使在电压跌落极限下,也能够对双馈发电机转子侧变流器提供保护,并向电网提供无功支撑,实现电压跌落极限下低电压穿越。     

双馈型风力发电系统低电压穿越策略仿真

针对双馈风力发电机组的低电压穿越能力的问题,介绍了风力发电在电网电压跌落时的并网要求,分析了目前已有的各种应对策略,提出了一套应对电网电压跌落时的控制策略。对于电网严重短暂跌落,通过对转子电流和直流侧电压滞环比较来控制Active Crowbar和直流侧卸荷电路,以卸荷多余能量并保护变流器,并保持风电机组的并网。对于电网的长时间跌落,还进行电网电压闭环发送无功,以支持电网进行恢复。通过仿真模型验证了所提出的控制策略能很好地抑制转子侧电流和直流侧电压的上升,并对电网提供无功支持。     

电网电压对称跌落时双馈风力发电系统的暂态分析与控制

通过对电网对称跌落时双馈电机内部电磁过渡过程的分析,推导出了双馈电机在电网故障情况下定子磁链、转子电压的数学表达式。提出了一种分段控制策略,把故障分为2个阶段,第1阶段采用主动Crow bar保护,使定子磁链和转子电压快速衰减;第2阶段恢复变换器的励磁控制,注入退磁电流和无功电流,有效地实现了双馈电机的故障穿越。分段控制策略缩短了Crowbar保护时间,有助于电网的快速恢复。仿真结果证实了所提出控制策略的有效性与正确性。     

基于变结构准Z源的双馈风电机组强励变换器

当电网电压发生深度跌落时,需要风力发电系统不脱网且向电网提供动态无功支撑,采用传统励磁变换器的双馈风电机组往往需要通过外加装置才能实现这一要求.外加装置使系统变得复杂,可靠性和效率降低.针对这一问题,文中分析了双馈风电机组低电压穿越的瓶颈,提出了构建坚强励磁系统的思想,并设计了一种基于变结构准Z源的新型双馈风电机组强励变换器.将传统的电容型母线替换为准Z源网络,当电网正常时该变换器运行于可调电压的单电容型母线状态,当电网电压发生深度跌落时,该变换器可以迅速升高直流链电压,从而保证转子侧变换器在故障期间始终可控.搭建了双馈风电机组低电压穿越仿真与实验系统,仿真与实验结果表明所提强励变换器拓扑具有良好的稳态与动态性能,在电压深度跌落时能够有效控制转子电流,实现双馈风电机组的低电压穿越和无功支撑.     

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。     

电网短路时交流励磁风电机组网侧变换器控制策略

电网短路故障时交流励磁用双脉宽调制(PWM)变换器应提供足够的励磁电压实现交流励磁发电机的不间断运行,要求双PWM变换器直流链电压在故障时波动较小。分析并提出一种电网短路故障时交流励磁风电机组电网侧变换器的控制策略,该方案在电压跌落时仅利用电流内环控制电网侧变换器,并于电压正常时采用带前馈的双闭环电压控制策略控制电网侧变换器。通过仿真验证了所提出的方案在电网短路故障发生和切除时稳定控制直流链电压的有效性,为故障过程发电机不脱网励磁控制奠定了基础,同时该方案也能有效保护直流侧电容及提高系统的稳定性。     

网压跌落下风机并网变换器控制技术的研究

在电网电压跌落处于一定范围时,风力发电机组被要求保持与电网相连,通过注入无功电流以支撑电网电压恢复,依据并网变换器的电流承受能力,提出了带有电流限幅功能基于正负序参考坐标系的双矢量电流控制策略.采用对称分量法将由电网电压跌落所引起的并网点不平衡电压分解为正序、负序和零序3个平衡分量,并对并网点的功率、电网电压的相位角和注入的正、负序无功电流进行分析和推导.实验研究表明采用提出的控制方法,达到了对并网变换器过流保护的目的,并通过注入动态无功电流实现了对电网电压的支撑作用,保证了风力发电机组不脱网运行.     

电网故障不脱网运行的研究

为保证电网运行安全,需要采用自身的控制策略来抑制轻微电网电压跌落,主要是在故障下对网侧和机侧变换器的控制策略进行调整,即在严重电网跌落时,采用Crowbar装置在电压跌落时为转子浪涌电流提供通路,并限制转子电流的增大,在电压恢复时抑制电压骤升.此处提出一种Crowbar控制策略,能有效抑制转子过电流、直流母线过电压,并...     

双馈感应发电机单相电压跌落故障低电压穿越研究

为了实现双馈感应发电机在单相跌落故障下的低电压穿越。该文基于双馈感应发电机定、转子磁链的瞬态变化机理,对双馈感应发电机单相跌落故障瞬态特性进行研究,推导出了双馈感应发电机在发生单相跌落故障时的定、转子电流、电磁转矩、输出有功功率与无功功率的解析表达式。以瞬态特性分析为基础,提出在单相跌落故障下,以消除谐波分量为目的的低电压穿越控制策略,并对该控制策略下双馈感应发电机在低电压穿越时的电流、转矩和功率进行研究。理论分析和仿真结果均表明,在单相电压跌落故障时,该文的控制策略,既能够实现对双馈感应发电机的保护,又能够向电网提供无功支撑。     

小值电压跌落下的双馈风力发电机控制策略的改进

通过对双馈感应发电机(DFIG)系统中的传统定子电压控制策略和网侧变换器控制策略的分析,给出了DFIG系统运行在电网电压小值跌落时改进的定子电压定向控制策略和网侧变换器控制策略,搭建了DFIG系统在不同控制方案下的Simulink仿真模型,系统仿真结果表明:提出的改进控制策略能有效地抑制电网电压跌落时DFIG系统的转子侧过电流和直流侧过电压,提高了系统在电网故障时的不间断运行能力.     

三相电压对称跌落双馈风电机组转子电压特性分析

针对电网故障产生的三相电压对称跌落,通过对电压跌落期间双馈风电机组（Doubly fed induction generator,DFIG）磁链和转子电压动态过程的详细论述,揭示了转子侧变换器在电压跌落期间不能提供足够的控制电压是造成转子侧过流的根本原因.以一台商用风电机组为例,得出电网电压不同程度跌落时,转子电压最大幅值-转差率特性,并计算出转子侧变换器所能输出的最大理论幅值.最后提出增强双馈风电系统在电压跌落期间运行能力的控制对策和保护措施.     

电网电压跌落下双馈风力发电系统强励控制

为增强电网故障下双馈风力发电系统(DFIG)的低电压穿越(LVRT)运行能力,提出一种DFIG转子侧变换器(RSC)强励控制策略。在基于定子磁链定向的矢量控制策略中增加多频比例谐振控制器(MFPR),当电网故障造成发电机定子电压跌落时,多频比例谐振控制器能够对转子侧变换器(RSC)的输出励磁电压进行补偿,抑制转子故障电流,实现DFIG的低电压穿越运行。分析了转子电压等级与DFIG的低电压穿越运行区间的关系,为DFIG转子侧变换器的电压等级设计标准提供了参考依据。控制系统结构简单,保证了系统的响应速度,可同时对电网对称跌落和不对称跌落产生的故障电流进行抑制。通过对1.5 MW双馈风力发电机组进行仿真研究,验证了理论分析的正确性和所提控制策略的可行性。     

采用串联网侧变换器的双馈风电系统高电压穿越控制策略

针对采用串联网侧变换器的双馈风电系统电机定子端电压灵活可控的特点,提出了适用于该系统的对称高电压穿越控制策略。该策略通过控制串联网侧变换器,实现电网电压对称骤升时发电机定子电压保持不变,从而抑制定子磁链的暂态直流分量,使得电机转子过电压及过电流得到有效抑制,且可有效减小发电机电磁转矩及功率的波动。在变流器电流容量的约束下,故障期间通过控制转子侧变换器与并联网侧变换器吸收无功功率,可实现该系统对电网的故障暂态无功支持。仿真结果表明,所提控制策略既能保证在电网发生对称骤升故障期间双馈风电系统不脱网运行,又可使该系统为电网电压的恢复提供无功支持。     

电网故障时双馈风力发电机无功电流分配及控制策略

为满足风电机组低电压穿越的要求,提出向电网注入无功电流的故障穿越控制策略。利用双馈风力发电机等效电路图推导定子侧和网侧无功电流极限,得出定子侧无功电流发生能力优于网侧。根据电网电压跌落程度对无功电流极限的影响,提出电网故障时无功电流的分配原则,在保证无功调节不越限的基础上提高系统的无功处理能力。不同于常规研究中只给出无功极限的理论推导,还对电网电压跌落不同程度时无功电流极限进行仿真分析,结果表明所提无功电流分配及控制策略的有效性,在为系统提供无功支撑的同时提升并网点电压,有利于系统稳定性的恢复,完成低电压穿越。     

电网故障下交流励磁双馈风力发电机变流器建模与控制

双脉宽调制(PWM)电压型变换器作为交流励磁双馈风力发电机的励磁电源,在风力发电系统得到广泛应用.电网故障时,要求网侧变换器直流链电压波动较小和转子侧变换器能有效控制转子电流,来实现发电机的不间断运行.以双PWM变换器的数学模型为依据,在电网故障时,将网侧变换器以转子侧变换器瞬时输入电流波动为附加前馈量的双环电压控制策略,转子侧变换器考虑定子磁链暂态的定子磁链定向控制策略.仿真结果表明了所提出的联合控制方案在电网故障发生和切除时能稳定控制直流链电压和转子电流,提高了DFIG风力发电系统电网故障下的不间断运行能力.     

基于定子串联阻抗的DFIG低电压穿越控制策略

针对双馈感应风力发电机(DFIG)撬棒保护实现故障穿越的不足,从电网电压跌落期间机组的整体需求出发,提出一种基于定子串联阻抗的DFIG低电压穿越综合控制策略。分析了定子串联阻抗控制策略改善DFIG故障穿越的机理,给出了串联阻抗阻值的整定方法。在转子侧换流器中附加无功补偿控制策略,充分发挥了定子侧的无功支撑能力,加快电网电压的恢复。仿真结果表明:所提的综合控制策略增强了DFIG的故障穿越能力,抑制了转子电流、直流母线电压、电磁转矩的冲击,同时能够满足无功支撑的需求,克服了传统撬棒保护的不足,兼顾了故障结束后机组的稳定运行。     

双馈电机电压跌落暂态过程分析

为了便于研究并网双馈风力发电机组低电压穿越运行的控制策略,有必要对电压跌落时双馈风电机组的暂态特性进行分析.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电网电压骤降时的定子暂态电流和电磁转矩的解析表达式.在此基础上,通过对表达式的分析得到影响电压跌落电磁过渡过程的本质因素.在理论分析基础上,为了验证所提电磁过渡过程的正确性,建立了1.5MW双馈电机低电压穿越控制模型,仿真结果表明:电网电压跌落时,双馈电机定子侧电流和电磁转矩与理论分析基本一致,因而可以说明本文电压跌落的分析方法能够正确地反映电压跌落过程中的电磁现象,可以为双馈电机LVRT控制策略的研究提供足够的理论依据     

电网电压对称故障时双馈风电机组转子电压补偿控制策略

为抑制电网电压跌落时双馈风力发电机(DFIG)的转子过电流,在分析了DFIG转子侧数学模型的基础上,提出一种转子电压补偿控制策略,即通过控制转子侧变换器(RSC)的输出电压,对转子反电动势(EMF)进行补偿。根据RSC的电压容量,分析了其完全补偿范围,同时分析了补偿控制算法对定子磁链的影响。该补偿控制算法减慢了定子暂态磁链的衰减速度,但是可以有效控制转子暂态电流。RSC的完全补偿范围与转子转速以及电压跌落深度有关,当EMF幅值在RSC的完全补偿范围之内时,该控制策略可基本消除转子电流波动;当EMF幅值在RSC的完全补偿范围之外时,该控制策略可有效抑制转子电流冲击。仿真结果表明,当电网电压标幺值跌落至0.2时,采用转子电压补偿控制可将转子电流幅值削弱39%。因此,所提出的控制策略可以增强DFIG的低电压穿越能力。     

考虑桨距角控制的双馈风电机组高电压穿越控制策略

针对基于传统控制策略双馈风电机组高电压穿越存在超速脱网风险的问题,提出一种考虑桨距角控制的高电压穿越控制策略。高电压穿越期间,一方面通过控制风电机组为电网提供无功支撑;另一方面,当转子转速达到参考值时启动桨距角控制,抑制转子转速上升。仿真结果表明,与传统控制策略相比,所提控制策略可使双馈风电机组在兼顾对电网提供无功支撑和避免转子转速越限两个目标下实现高电压穿越。     

双馈型风电系统电网故障不间断运行的研究

为保护变频器,需要采用Crowbar装置在电压跌落时为转子浪涌电流提供通路,并限制转子电流增大,在电压恢复时抑制电压骤升。因此提出了一种Crowbar控制策略,能有效抑制转子过电流、直流母线过电压,并可向电网注入无功电流以帮助电网电压的恢复。测量结果表明了控制方式能使双馈型感应发电机（DFIG）在大幅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。