直驱风力发电系统低电压穿越技术

为提高直驱式变速恒频风电系统的故障穿越能力,采用直流侧过压保护Crowbar电路,使电网电压跌落时风机能够正常运行,故障消除后系统能快速恢复至额定输出。在电压跌落期间,控制网侧变流器发出无功功率,即运行STATCOM模式,快速向电网提供无功功率,稳定电网电压,帮助电网电压快速恢复。据此提出基于Crowbar卸荷电路和STATCOM运行策略的直驱风力发电系统的低电压穿越(LVRT)方案,并进行了实验验证。     

双馈感应发电机Crowbar电路的投切控制策略优化研究

研究了Crowbar投入、退出时间对双馈感应风力发电机低电压穿越性能的影响,并在Matlab/Simulink仿真平台上搭建了含Crowbar保护电路的DFIG模型,验证了Crowbar投切时间对DFIG低电压穿越的影响,保证故障发生时,Crowbar电路按设定的投切时间工作,短路电流能根据电流的变化规律快速衰减,转子电阻电压不超过直流母线电压;采用阈值投入延时切出的方案,防止Crowbar保护在电网故障时多次投切。仿真结果表明,经过适当的延时切除Crowbar电路可以避免Crowbar电路多次动作和转子再次过电流,能很好地保护风电机组,提高其低电压穿越能力。结果显示,低电压穿越效果很大程度上受退出时间影响。     

基于撬棒并联动态电阻的自适应双馈风力发电机低电压穿越

当电网故障引起电压跌落时,为防止大装机容量风电场的风机脱网,双馈风力发电机(DFIG)多采用Crowbar电路来实现低电压穿越(LVRT)。传统Crowbar电路采用固定阻值的电阻,很难兼顾对转子电流和直流母线电压的抑制以及对Crowbar的投入工作时间的控制。针对传统Crowbar的不足提出了一种基于Crowbar并联动态电阻的双馈风力发电机低电压穿越方案,制定了该方案的自适应控制策略以及其阻值的整定方法。仿真分析不同跌落深度下所提方案的LVRT特性,并与改变IGBT的导通脉宽的变电阻Crowbar方案进行了比较,结果表明带并联动态电阻Crowbar方案的LVRT效果较好,不仅兼顾了对转子过电流和直流母线过电压的抑制,而且在电压深度跌落时可缩短Crowbar的投入时间,有利于系统电压的恢复。     

双馈风力发电机组的两种低电压穿越方案对比分析

随着风力发电量的急剧增加,新的电网运行准则对并网机组低电压穿越能力提出了更高要求。本文通过DFIG的数学模型,分析了Crowbar电阻的合理取值范围,提出了在故障切除前退出Crowbar电路的低电压控制策略。最后在Matlab/Simulink中建立并网仿真模型,通过仿真探讨了网侧变流器最大限值电流对低电压主要性能指标直流母线电压的影响,得出合理的限流值能改善系统自身LVRT能力的结论;在此基础上,对比转子侧Crowbar电路、Crowbar电路与直流侧卸荷电路相结合两种低电压实现方案,仿真结果表明后者通过提高Crowbar阻值能够吸收多余的能量,在抑制定转子侧的暂态浪涌电流和稳定直流母线电压方面较前者更有效。     

应用STATCOM与Crowbar提高风电场低电压穿越能力

为满足并网风电机组在电网电压在一定范围内瞬间跌落时不脱网运行,通过分析DFIG电压跌落时的暂态过程,建立一种基于STATCOM和Crowbar的低电压穿越控制策略。STATCOM采用恒电压控制策略,适当地调节交流侧输出的幅值和相位,以提供满足系统电压稳定的无功功率;Crowbar电路的投切,对转子电流或直流侧电压滞环比较来控制,以卸荷多余能量并保护变流器,从而实现低电压穿越。最后,在PSCAD/EMTDC平台建立了DFIG的LVRT仿真模型,结果表明:该策略使DFIG在电压跌落较深情况下具备了低电压穿越能力。     

基于主动式IGBT型Crowbar的双馈风力发电系统LVRT仿真研究

讨论了电网电压骤降下双馈感应风电（DFIG）系统的低压穿越控制策略和保护方案。在分析主动式IGBT型Crowbar电路的拓扑结构以及电网电压跌落时Crowbar电路作用的基础上,采用计及电网电压变化的DFIG数学模型,建立了LVRT控制模型。通过仿真详细研究了Crowbar投切策略,仿真结果验证了Crowbar电路以及控制策略的有效性,表明Crowbar电路能有效抑制转子过电流、直流母线过电压以及电磁转矩的振荡,并可在故障时向电网注入无功电流以帮助电网电压的恢复,使DFIG实现低电压穿越。     

应用撬棒电路的双馈型风力发电机低电压穿越分析

风电场规模已经变得越来越大,风电机组的解列会严重影响系统的稳定性,这就要求风电机组具有低电压穿越能力以应对电网电压跌落。由于DFIG的定子侧直接与电网相联,在电网电压突然跌落时,定转子中会出现很大的电压和电流,需采用Crowbar电路（撬棒电路）来旁路转子侧变流器。文中分析了Crowbar电路的控制原理,然后在理论分析的基础上进行了仿真,仿真结果验证了Crowbar电路能够帮助DFIG在故障期间实现低电压穿越,最后进一步分析了Crowbar电路投切时间的选取。     

双馈风电机组低电压穿越特性的试验研究

低电压穿越能力正逐渐成为大型并网风电机组的必备功能之一,要求风电机组在电网电压跌落发生时保持并网,故障消除后快速恢复正常运行。在分析双馈机组电压跌落特性的基础上,采用了转子主动式Crowbar电路和直流侧卸荷电路相结合的方法来实现双馈风电机组的低电压穿越功能,讨论了具体的低电压穿越控制策略,通过仿真验证了电路结构和控制策略的正确性。在实验室10 kW双馈机组实验平台上,采用电压跌落发生器模拟电网电压跌落故障,进行了电网电压跌落至额定电压20%时不同持续时间的测试,证实了所采用的低电压穿越控制策略的有效性。     

基于主动式IGBT型Crowbar的双馈风力发电系统LVRT仿真研究

讨论了电网电压骤降下双馈感应风电(DFIG)系统的低压穿越控制策略和保护方案.在分析主动式IGBT型Crowbar电路的拓扑结构以及电网电压跌落时Crowbar电路作用的基础上,采用计及电网电压变化的DFIG数学模型,建立了LVRT控制模型.通过仿真详细研究了Crowbar投切策略,仿真结果验证了Crowbar电路以及控制策略的有效性,表明Crowbar电路能有效抑制转子过电流、直流母线过电压以及电磁转矩的振荡,并可在故障时向电网注入无功电流以帮助电网电压的恢复,使DFIG实现低电压穿越.     

新型永磁风电系统的低电压穿越性能研究

提出一种基于固态变压器的新型永磁风电并网系统,采用超级电容构建Crowbar电路实现低电压穿越功能,并网逆变器采用正负序电压定向控制策略。研究了超级电容工程模型的充放电特性,根据低电压穿越要求,计算出Crowbar电路中超级电容的容量,通过直流母线功率平衡要求在Crowbar电路控制中采用电压差检测的方法,控制超级电容的充放电。仿真结果表明,该系统在各种电压跌落情况下均能维持直流母线电压稳定,并网电流保持正弦。     

基于Crowbar的双馈风力发电机LVRT仿真分析与实验研究

要保证双馈电机具有低电压穿越能力,关键是要限制转子过电流和直流母线过电压。提出了采用转子侧Crowbar保护电路和直流侧卸荷保护电路协调配合的保护方案。用转子侧保护电路来抑制转子过电流,直流侧卸荷保护电路来维持直流母线电压恒定。在此基础上用MATLAB/Simulink软件搭建了仿真模型,并从理论仿真和现场实验测试2个方面对该方法进行验证,仿真与实验结果表明,该方案可以提高DFIG低电压穿越能力。     

双馈感应风力发电系统低电压穿越控制策略研究及其分析

基于双馈感应发电机(DFIG)风力发电系统模型,通过分析电网电压跌落情况下的各种运行状况,提出在电网严重故障期间,采用Active Crowbar电路和直流侧卸荷电路保护变流器和避免直流侧电压过压。在电网故障恢复期间,Crowbar电路的再次投入使得系统无功需求增大。并在网侧变流器的功率容量范围内,提出一种网侧变流器无功功率的控制策略来实现对电网无功支持,以助于电网故障恢复以及加快机端电压恢复。基于PSCAD/EMTDC平台建立了仿真系统模型并验证了该控制策略的有效性。该控制策略满足了风电机组并网的低电压穿越,有效提高了DFIG风电机组运行的可靠性。     

机组参与调节的双馈机组低电压穿越综合控制策略

在分析双馈风电机组低电压穿越技术研究现状及不足的基础上,以提升机组低电压穿越能力和改善故障穿越结束后风电机组的稳定运行能力为出发点,提出了一种机组参与调节的适应电压跌落程度的低电压穿越综合策略。采用卸荷电路和变阻值制动电阻代替传统的Crowbar电路,网侧逆变器根据电网电压跌落程度提供变功率因数无功支持,提高机组在电压跌落结束后的稳定运行能力。采用基于磁控电抗器的动态无功补偿装置进行集中补偿,降低投资成本。构建仿真模型仿真验证了该综合控制策略的正确性与有效性。仿真结果表明该方法可以更好的适应电压跌落程度,实现双馈风电机组的低电压穿越能力,同时还可以增强故障穿越结束后风电机组稳定运行能力。     

采用Crowbar实现低电压穿越的风电场继电保护定值整定研究

在双馈风机(DFIG)中使用Crowbar电路是提高风机低电压穿越能力的一种常用措施,为协调Crowbar与风电场集电线路保护动作之间的关系,提出了集电线路电流保护新的整定方法与控制策略。在Matlab/Simulink中建立了含有Crowbar电路的风电场并网模型,投入Crowbar能够有效提高风机抵御电网电压跌落的性能,但使得风电场集电线路故障电流峰值减小并迅速衰减,对此针对电流速断保护提出采用功率方向元件判断故障区结合快速保护算法,并对整定值进行修正,后备保护采用自保持电路并增加电压判据的控制策略。仿真结果表明,该策略能够满足风电场联络线故障的可靠切除及主网故障时低电压穿越运行的要求。     

变速恒频风力发电系统低电压穿越策略研究

当电网发生故障导致电压跌落后,风电机组有可能会发生大规模的解列,严重情况下会导致系统全面瘫痪。要求风力发电系统具有相应的低电压穿越能力。根据变速恒频风力发电系统控制理论,介绍了双馈电机模型。分析了目前已有的各种对策,提出了应对电网电压在不同幅度跌落时的最优低电压穿越控制策略。对于电网小电压跌落,介绍了磁链补偿策略。电网严重电压跌落,研究了各种Crowbar电路在低电压穿越中的应用,提出了在转子侧添加卸载电阻的同时,在直流侧添加了Crowbar保护电路,并重点研究卸载电阻的取值对系统低电压穿越能力的影响。通过MATLAB/SINMULINK仿真平台的分析研究,验证了所提出最优控制策略的可行性和有效性,并分析说明了只有适当的卸载电阻才可以更好的实现低电压穿越。同时建立了实验平台对控制策略进行了验证。     

基于平均斜率控制的Crowbar双馈异步电机低电压穿越

针对双馈感应电机低电压穿越提出一种新的撬棒电路。传统的Crowbar电路采用固定阻值的电阻已经很难满足抑制转子电流、缩短撬棒电路工作时间的要求,有些研究提出了Crowbar并联动态电阻的双馈风力发电机低电压穿越方案,但接入Crowbar电路的并联电阻只是给出一个上限值,不能在电网电压不同程度跌落情况下都能取得好的穿越效果。因此,提出一种基于电流变化率大小动态改变Crowbar电阻值的双馈感应电机低电压穿越方案。此方案与Crowbar并联动态电阻方案进行比较,Matlab/Simulink仿真结果表明上述方法效果更好。     

适用于直驱式风电系统的Crowbar电路分析

新的电网规则要求风力发电系统具有低电压穿越能力, 直驱式风电系统通过增加Crowbar 保护电路, 可以极大地提高其故障穿越能力。基于对适用于直驱式风电系统Crowbar 保护电路的总结, 对常用的Crowbar保护方案进行了分类, 对其工作原理和实现方法进行了详细说明, 并讨论了各自的优缺点。分析表明, 直流侧Crowbar 保护电路是优选方案, 具有较低的成本和较高的可靠性; 串联辅助变换器Crowbar 保护电路补偿性能好, 响应速度快, 具有良好的应用前景。     

Crowbar保护电路参数选择对双馈风电系统低电压穿越的影响

在电网电压严重跌落故障下,通常采用转子侧增设Crowbar保护电路实现双馈风电系统低电压穿越(LVRT)运行,而不同的Crowbar退出时间和阻值对LVRT性能影响较大。针对双馈感应发电机(DFIG)系统机端三相短路故障,从磁链角度推导出转子侧暂态电流及其最大估算值,根据短路电流和直流母线耐受电压,给出Crowbar串联电阻值的整定范围。在MATLAB/Simulink平台进行仿真研究,结果表明,为防止电网电压恢复时Crowbar电路再次动作,可采取故障消除后切除Crowbar电路方案;在约束范围内,Crowbar电路阻值有利于暂态电流加速衰减,提高DFIG系统LVRT能力。     

基于Crowbar的双馈风力发电系统LVRT仿真研究

讨论了电网电压骤降下双馈感应风电(DFIG)系统的低压穿越控制策略和保护方案。采用计及电网电压变化的DFIG数学模型,建立了LVRT控制模型,通过仿真详细研究了Crowbar投切策略,仿真结果验证了Crowbar电路以及控制策略的有效性,表明Crowbar电路能有效抑制转子过电流、直流母线过电压以及电磁转矩的振荡,并可在故障时向电网注入无功电流以帮助电网电压的恢复,使DFIG实现低电压穿越。测量结果表明了这种控制方式能使DFIG在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。     

基于DBR的交直流复用Crowbar低电压穿越

在深入分析双馈风力机组数学模型的基础上,通过对现有低电压穿越方案的控制策略和效果的研究,提出了基于动态刹车电阻(DBR)的交直流复用Crowbar低电压穿越方案。所述方案有2种工作方式:当电网电压轻度跌落时,运行于直流Crowbar工作方式;当电网电压深度跌落时,运行于交直流复用Crowbar方式。针对2MW双馈风力发电机组进行了试验,对设计方案进行了验证。研究表明,所述方案对电网电压轻度跌落持续可控;对电网电压深度跌落,利用并联整流桥取代机侧变频器输送转子故障能量至直流母线,规避了跌落瞬间机侧变频器容量不足的缺点,至机侧变频器重启并联整流桥退出,恢复背靠背变频连接。对不同程度电网电压跌落,所述方案均能实现低电压穿越,故障期间无功支撑满足电网导则要求。