SWITSC的双馈发电机暂态特性及高电压穿越控制策略研究

目前,常规双馈感应风力发电机(DFIG)的低电压穿越问题受到了广泛关注,但DFIG的高电压穿越(HVRT)问题研究甚少;且在发生定子绕组匝间短路(SWITSC)故障时,DFIG机组的HVRT问题鲜有研究.在分析SWITSC故障下的电磁特性和HVRT时的暂态特性基础上,提出一种撬棒电路和直流斩波电路相结合的HVRT控制策略.SWITSC故障的三相谐波恶化了电网电压骤升对转子侧电流和直流母线电压的影响,增加了HVRT的难度.转子侧撬棒电路和直流侧斩波电路显著提高了SWITSC故障机组的高电压穿越能力.仿真结果验证了理论分析的正确性.研究对掌握SWITSC的DFIG的动态过程具有一定的参考价值,为今后更好、更有效地研究风电机组的故障穿越提供了新的方向.     

电网电压骤升时DFIG定子磁链暂态全过程及其影响因素研究

双馈感应发电机(DFIG)的高电压穿越问题中,定子磁链的暂态特性研究是实现高电压穿越运行的基础和依据,而常规研究大多只针对电网电压单一骤升模式进行分析,且未考虑故障恢复后定子磁链的动态过程,使其暂态特性分析不全面。本文对电压不同骤升模式时的定子磁链瞬态过程进行了研究,对比分析了影响定子磁链暂态特性的一些因素。电网电压的上升模式不同,定子磁链的暂态特性也不一样,且模式I的暂态衰减分量远大于模式II;相邻两次电压上升数值相同且时间间隔为 时,能够最小化定子磁链的瞬态衰减分量。仿真结果证明了理论分析的正确性,本文的研究内容对掌握DFIG的动态过程和高电压穿越控制策略的制定具有一定的参考价值。     

DFIG高电压穿越暂态特性分析及控制策略改进

为了研究双馈感应风力发电机(DFIG)的高电压穿越特性,以DFIG数学模型为基础,对基于无源阻尼保护下的DFIG暂态特性进行研究,采用求解状态方程特征根的方法分析了定转子故障分量随限流电阻阻值增加时的变化规律。基于无源阻尼控制能够有效抑制电网电压骤升时转子电流和电磁转矩的冲击,但由于定转子间耦合作用的加强,导致转子控制电压过高;为此,在无源阻尼保护的基础上对转子侧换流器进行控制策略改进,将反映电流耦合及定子磁链变化的附加量加入功率指令值,以减小转子电压。仿真结果验证了理论分析的正确性,基于无源阻尼与改进控制策略相结合的HVRT方式,在抑制转子过电流的同时并不以增加转子控制电压为代价,提高了DFIG的高电压穿越性能。     

电压不对称骤升下DFIG暂态特性及无功协调控制

针对双馈感应风力发电机(DFIG)电网电压不对称骤升故障,传统的研究大多集中于定子磁链暂态特性的分析,忽略了故障时间对DFIG的影响。以单相和两相不对称骤升故障为例,详细分析了DFIG在不同故障发生时刻的定子磁链暂态特性,并推导出对应的定子磁链和转子电压表达式。此外,DFIG一般运行在单位功率因数下,这忽略了其自身RSC和GSC的无功协调能力。针对这一问题,提出了DFIG无功协调控制方案,以此帮助风电系统实现穿越故障。仿真结果验证了暂态特性推导的正确性以及RSC和GSC无功协调控制方案的有效性,所提控制策略有效抑制了并网点电压的骤升,同时满足了系统无功支撑的需求。     

双馈异步风力发电机低高电压连锁故障暂态特性精确分析及穿越方案

双馈异步风力发电机(doubly-fed induction generator,DFIG)单一电压骤变故障穿越技术广受关注,而连锁故障同样对DFIG的不脱网连续运行带来严峻挑战。现有研究大多忽视了低高电压连锁故障中低电压阶段对后续电压骤升的影响,对连锁故障暂态过程进行详细推导,指出高电压阶段的转子感应电动势中存在着表征低电压阶段的影响量,这使得暂态冲击比单一故障情况更为严重,从而揭示了连锁故障与单一故障暂态特征的本质差异。在此基础上,给出一种基于转子暂态感应电动势抑制的低高电压连锁故障穿越方案。通过理论推导得到了定子电流微分能准确反映低高电压连锁故障各阶段转子暂态感应电动势这一规律,并给出了将其作为转子电压参考值补偿项来直接抑制暂态感应电动势的控制策略,一方面在通过快速抵消低电压阶段暂态感应电动势达到降低转子过电流的前提下,对电压骤升带来的暂态冲击起到抑制作用,另一方面有效限制了高电压阶段的转子电流,提高了整个连锁故障穿越性能。仿真验证了连锁故障暂态分析的正确性和穿越方案的有效性。     

定子匝间短路故障下双馈风力发电机组高压穿越性能研究

为了研究定子绕组匝间短路(SWITSC)故障对双馈风力发电机组高压穿越的影响,基于多回路理论建立了计及定子绕组匝间短路故障的双馈感应发电机(DFIG)仿真模型,并在MATLAB/Simulink下建立了其S-函数。依据短路故障回路特性,分别在SWITSC前后建立了DFIG风电机组的ABC坐标系统和dq0坐标系统下的数学模型,并简要分析了SWITSC故障下的电磁特性。对双馈风电机组的高压穿越能力做出分析,分析了风电场电压升高的原因、高压穿越的标准及双馈风机在电网电压骤升下的暂态过程。重点研究了DFIG在SWITSC故障前后高压穿越的仿真结果。结果表明,定子绕组匝间短路故障会严重降低风电场的高压穿越的能力。     

非对称电网故障下的双馈风电机组低电压穿越暂态控制策略

传统基于Crowbar的低电压穿越(LVRT)解决方案不仅没有充分利用变流器对双馈感应发电机(DFIG)的控制灵活性,而且也难以较好地适应当今不断提升的并网要求。而当前非对称电网故障下的暂态补偿控制策略也缺乏相应的实验验证。鉴于此,文中对电网电压发生跌落故障时定、转子电磁暂态过程进行了深入分析和讨论,并针对非对称故障时转子端过电压主要由定子磁链直流分量和负序分量引起这一现象,研究了一种有效的LVRT控制策略。该策略通过在DFIG转子侧适时准确地分别注入与磁链直流分量和负序分量相对应的暂态补偿量,最大限度地减小暂态转子电压冲击,提高DFIG的暂态可控性,拓展可穿越的电压故障范围,进而改善双馈风电机组的LVRT性能。11kW模拟机组的实验验证了所述分析和设计。     

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。     

DFIG高电压穿越暂态特性分析及控制策略改进

针对双馈感应发电机(DFIG)高电压穿越问题,本文详细分析了DFIG在电网电压骤升至恢复期间的磁链变化.在此基础上,从转子侧和电网侧分析了电压突升故障期间DFIG的瞬态特性;提出将前馈补偿分量添加到转子侧换流器功率外环来改进转子侧换流器的控制策略;为了抑制直流母线电压波动,对网侧换流器进行控制策略改进.仿真结果表明,改进控制策略显著降低了转子电流和直流母线电压的冲击幅度,大大提高了DFIG的瞬态响应.     

基于改进控制策略与动态无功支撑相结合的高电压穿越方法研究

针对双馈风力发电机高电压穿越问题,利用Laplace变换对电网电压骤升时电磁暂态过渡过程进行分析,得出定子电流不仅含有直流分量,还包含有工频交流成分,并通过仿真频谱验证了理论分析的正确性。不同于常规研究中只在转子电压方程考虑定子磁链的动态变化,而忽略了其对功率外环的影响,分析了定子磁链动态变化对有功、无功解耦的影响,在此基础上对功率外环进行传统矢量控制策略的改进。此外,考虑并网规范对机组无功电流支撑的要求,控制换流器输出与电网电压骤升幅度相匹配的无功电流,帮助故障电网快速恢复。仿真结果表明,该方案不仅能够保证电网电压骤升时双馈机组不脱网运行,而且也满足并网规范对机组无功电流输出的要求,实现高电压穿越。     

接于弱电网的双馈感应发电机在定子故障情况下的无功功率控制策略

针对双馈感应发电机(DFIG)发生定子绕组匝间短路(SWITSC)故障后对弱电网并网点电压稳定性的影响问题,构建了含SWITSC故障DFIG的弱电网模型。通过仿真分析和理论分析得到如下结论:DFIG发生SWITSC故障后输出无功、有功功率将变化进而导致弱电网并网点电压降落,而不同的输电线路阻抗比、电网强弱程度以及DFIG的SWITSC故障严重程度均会影响DFIG的输出无功、有功功率。针对上述影响,基于维持并网点电压稳定的目的,提出了一种改进的DFIG输出无功功率控制策略。仿真结果表明,该控制策略充分发挥了DFIG的无功功率调节能力,在SWITSC故障情况下可以有效遏制并网点电压的降落,在正常情况下则与常规控制策略等效。     

基于虚拟阻抗的双馈风力发电机高电压穿越控制策略

电网电压骤升故障会造成双馈感应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发电机定、转子电流和电磁转矩的冲击。首先分析电网电压骤升下双馈发电机转子电流的电磁过渡过程,在变流器转子电流环中引入虚拟电阻控制,虽然能够有效抑制转子电流和电磁转矩的振荡,但是会引起转子电压过高和转子电流振荡过程加长,仅在低频部分具有抑制作用,因此本文引入虚拟电感,形成虚拟阻抗的改进控制策略,缩短了电网电压骤升时的转子振荡过程,并且对高频部分具有较强的抑制作用,提高了系统的高电压穿越性能。仿真和实验结果验证了所提控制策略的有效性和可行性。     

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。     

电网电压不对称骤升下双馈风力发电机改进控制策略

双馈风力发电机在电网电压不对称骤升时,定子磁链中不仅会产生暂态直流分量,而且还会产生负序分量。为了抑制电网电压不对称骤升造成的定子电流不平衡,分析了电网电压不对称骤升下双馈发电机的电磁过渡过程,在采用基于双同步旋转坐标(synchronous reference frame,SRF)的转子变流器控制策略基础上,提出基于有源阻尼的转子变流器的双SRF改进控制策略,为提高电网电压不对称骤升时控制性能,在转子负序电流内环中引入虚拟电阻,有效抑制转子负序电流和电磁转矩的振荡;而在定子负序电流外环中引入有源阻尼,加快电网电压不对称骤升时对定子负序电流抑制的过渡过程,提高了系统动态响应的能力,可增强不对称电网电压骤升下双馈风力发电机不间断运行能力,最后通过仿真和实验验证了改进策略的可行性和有效性。     

双馈风力发电机的综合低电压穿越策略

针对目前低电压穿越(LVRT)方案,尤其是转子并联撬棒在穿越过程中存在的不足,提出了一种软硬件结合的双馈风力发电机(DFIG)综合低电压穿越策略。硬件方面,采用定子串联电抗(SSL)的方式来抑制转子电流,在理论分析故障时转子电流骤升机理的基础上,提出一种定子串联电抗阻值的整定方案;软件方面,由于转子侧变流器(RSC)不需要被闭锁,因此通过改进的RSC控制策略来抵消定子串联电抗导致电磁转矩振荡时间延长的负面影响,并在RSC控制中附加故障期间的无功补偿目标,以充分发挥DFIG定子侧的无功输出能力。仿真结果表明:综合穿越策略能有效抑制转子电流的峰值、电磁转矩振荡的幅度及振荡持续的时间,同时能够达到利用DFIG自身向电网提供无功支持的效果。因此,所提方法不仅能够保证DFIG的低电压穿越性能,而且有利于系统的暂态稳定性。     

电压不对称骤升时DFIG暂态特性分析及控制策略改进

针对双馈感应风力发电机(DFIG)故障穿越问题,传统的研究大多只单独考虑电压对称下降或上升情况,但电压的恢复过程往往伴随着电压的升高,因此研究含电压下降和上升的不对称故障尤为重要.对两种典型不对称骤升故障期间的DFIG瞬态特性进行了理论推导,给出定子磁链变化规律;在此基础上,针对双闭环控制无法抑制故障期间转子电流和直流母线电压越限问题、Crowbar保护带来的电机失控问题等,提出一种定子串电阻改进控制策略.仿真结果验证了理论分析的正确性,所提控制策略改善了DFIG的瞬态响应,有利于故障电网的恢复.     

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。     

电网电压骤升时DFIG定转子电流分析及无功电流配置改进

在双馈感应发电机（DFIG）高电压穿越（HVRT）问题中,电压骤升引起的暂态过电流不足以触发撬棒保护动作,致使HVRT下的定转子短路电流特性比低电压穿越（LVRT）更复杂。推导了计及电磁暂态过渡过程和转子侧换流器（RSC）调控共同作用影响下的定转子电流表达式。在此基础上考虑并网规范要求的DFIG无功电流支撑,控制RSC和网侧换流器（GSC）输出与骤升幅度相对应的分量,使DFIG工作于无功支持状态。仿真结果表明,定转子电流表达式准确描述了HVRT期间的故障电流,所得结果更具一般性,且对故障电气量的计算具有重要意义;改进无功电流配置实现了DFIG的HVRT。研究结果对掌握DFIG的动态过程具有一定的参考价值。     

电网电压对称骤升时DFIG暂态电流分析及限流电阻阻值优化

双馈感应风力发电机(DFIG)高电压穿越(HVRT)问题中,常规研究对电磁暂态特性的分析往往忽略掉故障切除这一特殊时刻,使得HVRT期间转子电流的最大值计算不准确,造成限流电阻整定偏小,无法完成电压恢复后的HVRT。在对DFIG电磁暂态全过程分析的基础上,根据叠加原理推导出电压对称骤升故障发生到切除及其后的转子电流表达式,同时考虑了换流器输出和机端电压不同骤升程度对转子电流的影响,所得结果更具一般性。此外,综合考虑故障发生和切除时刻转子电流的最大值,对限流电阻阻值进行优化。仿真结果验证了理论分析的正确性。     

采用串联网侧变换器的DFIG风电系统低电压穿越控制

双馈感应发电机(DFIG)因其对电网故障的敏感性,其低电压穿越运行控制技术备受关注.文中针对定子侧加装串联网侧变换器的新型DFIG风电系统,详细研究了其低电压穿越运行特性,提出了一种适用于新拓扑下发电系统的运行控制方案:通过控制串联网侧变换器抑制定子磁链暂态直流分量及电网电压负序分量对发电机转子侧的不良影响;通过控制转子侧变换器进一步限制故障时发电机的定、转子电流,从而实现发电系统的低电压穿越运行.仿真结果表明:采用所提出的控制方案,可实现电网故障时DFIG风电系统的零电压穿越运行;采用新拓扑的DFIG风电系统具有优良的电网对称及非对称短路故障穿越能力.