A novel controllable crowbar based onfault type protection technique for DFIGwind energy conversion system usingadaptive neuro-fuzzy inference system

This paper proposes a novel controllable crowbar based on fault type (CBFT) protection technique for doubly fed induction generator (DFIG) wind energy conversion system connected to grid. The studied system consists of six DFIG wind turbines with a capacity of 1.5 MW for each of them. The operation mechanism of proposed technique is used to connect a set of crowbar resistors in different connection ways via activation of controllable circuit breakers (CBs) depending on the detected fault type. For each phase of DFIG, a crowbar resistor is connected in parallel with a controllable CB and all of them are connected in series to grid terminals. The adaptive neuro-fuzzy inference system (ANFIS) networks are designed to detect the fault occurrence, classify the fault type, activate the CBs for crowbar resistors associated with faulted phases during fault period, and deactivate them after fault clearance. The effectiveness of proposed CBFT protection technique is investigated for different fault types such as symmetrical and unsymmetrical faults taking into account the single-phase to ground fault is the most frequently fault type that occurs in power systems. Also, a comparison between the behaviours of studied system in cases of using traditional parallel rotor crowbar, classical outer crowbar, and proposed CBFT protection techniques is studied. The fluctuations of DC-link voltage, active power, and reactive power for studied system equipped with different protection techniques are investigated. Moreover, the impacts of different crowbar resistance values on the accuracy of proposed technique are studied. The simulation results show that, the proposed technique enhances the stability of studied wind turbine generators and contributes in protection of their components during faults.     

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.     

大规模风电基地风机脱网分析

风电场的大规模建设,给电网规划和运行都带来了挑战。自2011年年初,各地风机大规模脱网事件频发。华北电网所辖风电场自1月1日至4月17日出现脱网超过300 MW的故障共计12次,给运行调度带来很大困难。文章以百万千瓦级风电基地佳鑫风电场35 kV线路故障引起的一次大规模风机脱网事件为例,详细分析了事故经过、事故原因,并对于防止此类事故的发生提出了建议。     

德国电网规程对风机联网及运行的要求

讨论德国电网规程关于风机的一些规定。在风电机组被大量应用的同时，几千MW的风电损失成了德国电力系统中的现实场景。问题的关键是电网故障时如何保证风机仍能连在电网上，即只要联网点的电压在15％Un以上风机和风电场就不允许解列。此外，在电网故障时风电机组应根据瞬时电压的情况提供一定的无功。而且，风机必须快速返回至正常操作。风机必须承受的频带为47，5～51．5Hz。对于德国网调而言，他们希望将来大型风电场应该象常规发电厂一样调度运行。     

Impact of Wind Integration on Transient Voltage Stability in Regional Grid

With the increasing development of wind power,the scale of wind farms and unit capacity of wind turbines are getting larger and larger,and the impact of wind integration on power systems cannot be igno...     

双馈感应式风力发电系统低压穿越能力仿真研究

在电网故障条件下,风电并网导则要求风电发电机具备低压穿越能力.为了保护发电机及其变流器,双馈式感应风力发电机(英文缩写DFIG),需要采用Crowbar保护电路为转子过电流提供旁路通道,同时抑制直流母线过电压.文章介绍了在PSCAD平台下搭建的2MW双馈感应式风力发电系统,并对有无Crowbar电路的DFIG在三相短路...     

基于超级电容储能的大容量直驱风电机组低电压穿越策略

模块化多电平换流器(modular multilevel converter, MMC)可用作大容量风电机组的换流器,其具有良好前景,但需要解决风电机组低电压故障时易脱网运行的问题。鉴于此,提出了一种基于超级电容储能的低电压穿越策略。考虑超级电容的利用效率和变流器的约束条件,通过DC-DC变换器对超级电容的储能模式进行控制,实现故障期间机、网侧的功率平衡,以稳定直流侧母线电压。按照海上风电场规定,确定了故障期间网侧MMC有功无功电流分配原则,向电网提供动态无功以帮助恢复电网电压。仿真结果表明,当并网点发生故障时,所提策略不仅能较好地稳定直流母线电压,保障了MMC功率器件安全运行,还可以补偿无功以改善电网电压,提高了大容量直驱风电机组的故障穿越能力和运行稳定性。     

大容量风电场接入后电网电压稳定性的计算分析与控制策略

由于风电场容量较大,并位于电网末端,可能会对电网的电压稳定性产生较大的影响。为保证风电场投入后的安全,按大干扰下风功率的转换特性及异步发电机的运行特性建立了风电场与相关电网的数学模型,计算了风电场与相关电网发生短路故障后的电压稳定性。通过数值仿真计算,揭示了风电场接入导致电网电压稳定性被破坏的机理,指出机组转速是影响风力机和异步发电机这两个能量转换器工作特性的关键参数,控制风电场内风机的速度增量是保持大容量风电场接入后电压稳定性的关键,靠近故障点的风电单元容量、故障点位置和故障持续时间是影响短路后电压稳定性的主要因素,并提出了大容量风电场接入后保证电网电压稳定性的策略与措施。     

Reactive compensation techniques to improve the ride-through capability of wind turbine during disturbance

World wind energy capacity expanded at an annual rate of 25% during the 1990s. The total world wind turbine installation capacity was approximately 40 000 MW at the end of 2003. Germany has the highest installed capacity of over 10 000 MW, while Denmark, where the wind energy accounts for more than 13% of electricity consumed, has the highest wind energy level per capita. The United States is catching up in the development of wind farms, with several large-scale wind generation projects currently being materialized. Even though there is significant progress in the wind generation technology, most of the currently installed wind turbines utilize induction generators to produce the electricity. Since the induction generators do not perform voltage regulation and absorb reactive power from the utility grid, they are often the source of voltage fluctuations. It is necessary to examine their responses during the faults and possible impacts on the system stability when the percentage of the wind generation increases. This paper compares the steady-state voltage profile and the voltage ride-through capabilities of the induction-generator-based wind farms with different reactive compensation techniques.     

异步风力发电机等值及其短路特性研究

研究了风电场联络线路接地故障时风电场提供的短路电流,从理论上分析了影响风电机组短路特性的主要因素。结合风电场风电机组的布置、接线情况将风电场等值为多台风电机组,利用Jensen模型计算等值风速,并以张家口某风电场为算例,验证了上述等值方法的合理性。针对风电场典型运行方式,以PSCAD/EMTDC为平台仿真研究了风电场投入运行的机组数、输出有功功率,故障类型、故障点对故障特性的影响,仿真结果与理论分析相吻合。     

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。     

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.     

南通地区风电发展及对南通电网的影响

阐述了南通地区风力资源和风电场的建设情况,通过程序计算和实际运行数据,分析了如东150台风机（250MW）、启东68台风机（102MW）接入南通电网后,在南通电网近期结构中,由于风机机组自身的特征（如间歇性、随机性）,在各种运行方式下,对有功潮流、无功电压和系统频率的影响,并提出了应对措施。     

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。     

风力发电机集团式接入电力系统的故障特征分析

我国风电场多为集团式接入电力系统,风电场并网对系统安全运行及继电保护正确动作的影响越来越突出.由于风电场的容量相对较小,而且风机出口电压很低,从高压侧来看,风力发电机、箱式变压器及相应低压电缆相当于一个很大的限流电抗,即风电场侧的正负序等值阻抗远远大于系统侧的等值阻抗;对于零序网络,风电场主变压器的中性点直接接地,故障期间风电场侧的零序等值阻抗仅包括输电线路与主变的零序阻抗.因此风电场侧保护背侧的正负序阻抗远大于零序阻抗,属于典型的弱馈电源系统,风电场侧保护感受到的故障电流几乎全部为零序分量,非故障相电流在幅值与相位上均与故障相电流近乎相同,使保护的正确动作受到很大影响.以某风电场送出线故障为例,对风电场接入后,风电场侧保护感受到几乎全部零序故障电流而不正确动作的现象进行了分析,并在 PSCAD/EMTDC 下建立了实际风电场模型,对这一现象进行了仿真再现,并对其影响因素进行了分析     

基于Crowbar保护控制的交流励磁风电系统运行分析

随着越来越多的交流励磁风力发电机接入电网运行,新的电网运行规则要求发电机在电网电压跌落时仍能保持不间断运行.为保护转子励磁电源和发电机,常采用Crowbar保护电路来限制电压跌落时转子回路的最大电流.文中通过仿真详细研究了电网故障时交流励磁风电系统的运行行为,就电压跌落程度及旁路电阻取值对Crowbar保护控制的影响以及采用Crowbar电路的系统运行特点进行了讨论分析.仿真结果验证了Crowbar电路的有效性,该方法可实现故障时交流励磁风力发电机不间断运行.     

基于PSS/E的风电系统暂态仿真研究

大容量风电场的接入对电力系统稳定提出了新的挑战。以GE 1.5 MW双馈感应发电机组成的风电场为研究对象,采用电力系统分析软件PSS/E仿真和分析了风速波动对风电场和系统的影响,比较了风电场和常规电厂对电力系统暂态过程中的不同影响。     

基于等可靠性准则的风电场容量可信度评估方法

风电容量可信度是衡量风力发电对电力系统可靠性贡献的重要指标。建立风速、风电机组和风电场出力模型,并考虑尾流效应,将风电场处理为等效的多状态发电机组。基于发电系统可靠性指标定义了风电场的容量可信度,采用截弦法计算得到风电场的容量可信度。以加入风电场后的IEEE RTS-96系统作为算例进行评估,通过风电渗透率、系统备用、常规机组强迫停运率等因素对风电场容量可信度的影响分析,验证了该方法的正确性和有效性。     

Digital control and integration of a 192 MW wind farm with doubly fed induction generator into the Brazilian power system

This paper reports on design of digital control for wind turbines and its relation to the quality of power fed into the Brazilian grid on connecting to it a 192 MW wind farm equipped with doubly fed induction generators. PWM converters are deployed as vector controlled regulated current voltage sources for their rotors, for independent control of both active and reactive power of those generators. Both speed control and active power control strategies are analyzed, in the search for maximum efficiency of conversion of wind kinetic energy into electric power and enhanced quality of delivered power.     

风电场集电线路导线选型分析

风电场工程除关键的风资源分析、风机布置外,较为重要的设计内容就是场内的输变电工程设计。不同于一般的电网送电线路工程,风电场集电线路工程(等同于送电线路)是将各台风电机组所发的电量由联络线路组接后分送至场内升压站低压侧,经集中升压后通过接入系统线路与电网并网。由于风电场为分散式新能源工程,风机设备投资远比一般的发电电源项目昂贵。为节约工程的造价,有必要对风电场内采用架空线方式时的集电线路导线选型进行技术、经济分析,以提高风电场工程建设的合理性。