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     

对称电网电压骤升下双馈电机暂态分析

风电场的电网电压骤升故障会造成双馈风力发电机定子绕组中产生定子磁链的暂态直流分量,甚至引起比电网电压跌落更强的双馈电机定、转子电流和电磁转矩的冲击。为研究双馈风力发电机的高电压穿越(HVRT)特性,首先分析了电网电压骤升的产生机理和电网电压骤升及恢复过程中双馈电机电磁过渡过程,讨论了撬棒电阻对HVRT的影响,并与低电压穿越(LVRT)情况做了对比。     

双馈电机电压跌落电磁转矩特性研究

由于双馈风力发电机在电网发生电压跌落故障时存在很大的冲击电流,由此产生冲击的电磁转矩,对发电机本身及其传动机构产生不利的影响,为此必须对双馈风力发电机在电压跌落时的电磁转矩特性进行研究.在考虑定、转子磁链变化的基础上建立了电压跌落时双馈电机的数学模型,研究在发生电网电压跌落故障时双馈发电机的电磁转矩特性.在理论分析基础上,对在电压跌落时双馈电机的转矩特性进行仿真.电压跌落电磁转矩特性的研究,为电压跌落时双馈电机的保护以及低电压穿越的研究提供理论基础.     

双馈风机低电压穿越控制策略的分析与研究

在电网电压跌落处于一定范围内,风力机不但要保护转子侧变换器,还要向电网提供无功支撑,以利于电网的恢复。以双馈电机为例,以保护转子侧变换器为目的,着重分析了电网电压跌落时刻,不同电压相角所激起的双馈电机电磁过渡过程,从而提出一种消除过渡过程中谐波分量的控制策略。仿真结果表明在电网电压跌落时,在所提出的控制策略下,既能达到对转子侧变换器保护的目的,同时消除了电压跌落时定转子侧的谐波电流,也能实现对电网提供无功支撑,使得电网继续并网运行。     

电网电压骤升故障下双馈风力发电机变阻尼控制策略

双馈风力发电机在电网电压跌落情况下的不间断运行已成为当前研究热点,而电网电压骤升对双馈风力发电系统的运行也构成了威胁。为研究双馈风力发电机的高电压穿越特性及其控制策略,分析了电网电压骤升激起的双馈感应发电机的电磁过渡过程。针对不同转速和电网电压骤升幅度对系统的影响,提出一种基于变阻尼的转子励磁控制策略,减小了故障情况下...     

一种新型的双馈风力发电系统LVRT技术研究

目前,风力发电机单机容量及风电场并网容量不断增大,风力发电在电网中所占比重越来越大.随着并网规则的日益严厉,保证风力发电机组在电网电压短时跌落时不解列,已成为一个强制性问题.此处首先研究了双馈电机在电网电压跌落时定子电流的电磁暂态过渡过程,并对其进行了仿真频谱分析,进而提出了基于考虑定子励磁电流动态过渡过程的双馈电机低电压穿越控制策略,并与传统的矢量控制策略进行仿真对比分析,改进控制策略可以有效抑制转子侧冲击电流,提高了双馈风力发电系统的不间断运行能力.最后,在实验室双馈风力发电实验平台上予以实验验证,实验结果表明所用控制方案的可行性与有效性.     

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。     

基于同步速坐标系下的双馈感应电机建模及电网电压跌落分析

对广泛应用于风力发电的双馈电机在同步速旋转坐标系下进行状态空间建模,分析了电压跌落对双馈电机的影响。进而引出计及定子磁链暂态变化的控制实现,并以此在MATLAB/Simulink中,对完整双馈风机模型进行了电网电压跌落(跌落深度p=0.9)模拟。仿真结果显示,所建立的双馈电机模型及相应的机侧、网侧变流器控制模型能模拟电压跌落工况运行,满足理论预期,从而实现了为后续转矩震荡优化控制搭建研究和试验平台的目的。     

基于EMTP-RV电网电压对称跌落对双馈风电机组影响分析

为了研究电网三相电压对称跌落对双馈风电机组运行特性影响,从磁链守恒定律出发,定性分析了电网电压对称跌落时双馈风电机组定、转子输出的有功功率和无功功率、电磁转矩、机械转矩、转速以及直流电容电压等电磁分量的变化情况。并采用了定子电压定向矢量控制技术,在EMTP鄄RV中搭建了双馈风力发电机组的并网模型,仿真分析了电网电压发生40%～1s对称跌落条件下双馈风电机组的各个电磁量的变化情况,结果验证了理论推导的准确性。     

并网型双馈风力发电机组的动态模型仿真研究

本文在介绍双馈电机数学模型的基础上,对变流器模型采用定子磁链的定向矢量控制,为满足研究风速变化情况下的风力发电机组的运行特性和电网电压跌落时风电机组不脱网运行,通过分析风速变化和电网电压跌落情况下的双馈风力发电机组的运行特点,建立了风力发电机组的模型并利用PSCAD软件对风电并网建模,并对风速变化以及电网电压跌落进行仿...     

电压跌落时带有Crowbar电路的双馈感应发电机的瞬态分析

为了研究双馈感应发电机对电网电压跌落的适应能力,以及其实现低电压穿越的功能,文章通过将由向量法求出的瞬态电流与由等效电路法求出的稳态电流进行叠加而得出的定子、转子故障电流的近似解析式,来分析在定子端三相对称电压跌落、转子侧变换器断开、投入Crowbar电路情况下的双馈感应发电机内部的电磁关系变化过程。此外,在理论分析的基础上,文中建立了2　MW双馈感应发电机的PSCAD模型,且在7.5 kW双馈风力发电测试平台上进行了实验验证。仿真和实验结果表明,这种通过瞬态电流和稳态电流进行叠加的方法而求得的双馈感应发电机故障电流的近似解析表达式可以准确地反映出双馈感应发电机磁链和电流的瞬态变化。     

定子匝间故障的双馈风力发电机组的建模与低电压穿越分析

基于多回路理论,建立了双馈感应发电机DFIG(Doubly-Fed Induction Generator)在定子绕组匝间短路SWITSC(Stator Winding Inter-Turn Short Circuit)故障情况下的数学模型,并在MATLAB/Simulink环境下搭建了仿真模型,基于MATLAB/Simulink的仿真例程证明了该模型的正确性。进而,对比分析了正常DFIG、带有SWITSC故障的DFIG在外部电网电压骤降情况下的动态响应,得出结论:在SWITSC故障情况下,DFIG的有功功率降低、转速下降、在电网电压骤降时向电网提供无功功率支撑的能力下降、自身稳定性降低;并且,上述后果随SWITSC故障严重程度以及电网电压骤降程度的增加而愈发明显。结论为双馈风力发电机组在SWITSC故障情况下的低电压穿越分析提供了理论支撑。     

电网电压跌落情况下双馈风力发电机电磁过渡过程及控制策略

分析了电网电压跌落时,双馈风力发电机(DFIG)暂态电磁过渡过程中各分量的变化规律,通过求解时域下的微分方程,得到了定、转子电流不仅包含本身所应具有的分量而且还含有直流分量和转速频率的交流成分的结论。仿真频谱分析所得结果与理论分析一致,阐明了转子侧产生过电压、过电流的根本原因。在此基础之上,提出了基于考虑定子磁链暂态过渡过程的双馈发电机低电压穿越(LVRT)控制策略,并进行了仿真对比分析。结果表明,与传统的矢量控制方案相比,改进的控制策略可以有效抑制转子侧的冲击电流,提高了双馈发电机在电网电压跌落下的不间断运行能力。     

基于实测数据的双馈风电机组外特性研究及简化建模

基于机理建模的双馈风电机组模型复杂,且未考虑电压跌落期间变流器控制策略的改变,难以分析双馈机组电压跌落对系统暂态稳定的影响。双馈风电机组机端电压跌落过程持续时间较短,机组的输出主要受变流器控制策略的影响,不同双馈机组的外特性存在较大差异。由于变流器在电压跌落期间的控制策略为企业机密,一般难以获取,给机理建模带来较大的障碍。非机理建模根据输出的外特性构建简化双馈机组的暂态模型,避免了双馈机组建模的复杂性。对比两种1.5 MW双馈机组电压跌落的实测数据,分析机组的输出特性,并据此构建了双馈机组在电压跌落和恢复过程的简化等值模型。在PSASP软件中利用自定义建模,构建简化模型,进行仿真对比,和测试机组的实际输出具有较高的符合度。基于风电机组外特性的简化模型降低了模型的复杂度,适用于分析双馈风电机组电压跌落对系统暂态稳定的影响。     

对称故障且crowbar保护未动作情况下双馈感应发电机转子电流增量分析

定量分析双馈感应发电机在机端发生对称短路故障过程中转子电流增量特性,对风电场的规划设计、保护配置以及降低连锁脱网故障风险具有重要意义。以机端发生对称短路期间转子转速、初相以及定转子励磁电压恒定为研究条件,分析了crowbar保护（撬棒保护）未动作情况下双馈感应发电机的电磁暂态过程,并根据叠加原理,提出了机端发生对称短路故障下的转子电流增量最大值的计算方法,并且在忽略定子绕组和转子绕组的基础上,推导了机端电压增量与转子电流增量之间的解析计算模型。通过不同机型的风电机组的数值计算结果进行对比,解析计算模型的计算误差小于10%,验证了解析计算模型的有效性。     

基于Crowbar的双馈风电系统低电压故障下无功控制

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系统需要吸收大量无功功率。通过分析故障下DFIG系统的运行特点,建立了变桨距角控制模型及网侧变流器的STATCOM控制模型,Crowbar电路动作后,利用变桨距系统调节桨距角来抑制系统转差率,减小系统从电网中吸收无功功率,同时将网侧变换器切换成STATCOM工作模式,为系统提供无功功率补偿,在PSCAD/EMTDC平台进行暂态仿真研究。结果表明,在故障期间Crowbar电路启动后,通过该控制策略能避免系统从电网中吸收过量无功功率,有助于主电网电压的重建和恢复,验证了所提方法的有效性和正确性。     

不同电网故障情况下DFIG运行特性比较

现代风力发电的发展,对风电生产提出了新的需求,即在电网电压跌落处于一定范围内时风力发电机装置必须保持和电网相连,其中双馈式风力发电机(DFIG)的电压跌落渡过能力是目前风电研究的一个热点。为确保DFIG的低压过渡能力,通过仿真1.5 MW的双馈风力发电机,研究了对称电网电压跌落时,DFIG的定转子的电压电流、电磁转矩、转速、直流侧电压、有功、无功等量的动态响应情况;比较了不同电网电压跌落情况下,各动态响应的剧烈程度;分析了响应产生的原因并介绍了几种可行的双馈风力发电机电压跌落渡过策略。仿真结果说明DFIG在电网电压跌落对称故障下的动态响应由电网电压跌落的程度及系统控制结构决定。     

电网电压不对称跌落下双馈风电机组转子电压分析

在实现低电压穿越的过程中,双馈感应发电机(DFIG)定子始终与电网相连,电机在电网电压跌落和恢复作用下的磁链动态响应会引起转子过电压,威胁转子变流器的安全,导致低电压穿越失败。文中基于DFIG动态模型,针对电网电压三相不对称跌落,提出了根据正序和负序电网电压分别求解电机定子磁链和转子电压动态响应的方法,采用电机定子磁链和转子电压矢量轨迹图直观地描述了电机动态响应过程,并给出了转子电压在不对称跌落期间的稳态值、不同跌落和恢复时刻下的最大值和最小值。相应的DFIG仿真结果验证了所述理论分析的正确性。最后,提出了一种转子有源Crowbar电阻的设计方法。     

基于DBR的双馈风力机组低电压穿越方案设计

讨论了电网电压跌落下当前双馈风力发电机组各种LVRT技术拓扑方案及控制策略的优缺点,提出一种不同于常用Crowbar技术的低电压穿越技术方案。在基于DBR（Dynamic Brake Resistance）双馈风电机组新型LVRT拓扑结构及功能分析基础上,建立双馈风电机组在电网正常运行和发生低电压故障情况下发电系统的数学模型进行理论分析,提出了风电机组发生LVRT的控制策略。最后在此技术方案下进行20%电网故障下LVRT试验,试验实验数据充分证实了技术方案的正确性。