含异步机风电场的配电网故障特性及其保护分析

研究了含异步机风电场的配电网发生故障时,风电场提供的短路电流特性。从理论上推导了含风电的配电网故障电流关系式,并结合风电场提供的短路电流特性对其特点进行了分析。以PSCAD为平台,构建了典型含风电的配电网仿真模型,在分析故障电流计算式的基础上,仿真研究了风电场接入位置、风电场容量及故障点对配电网故障电流和对保护的影响。研究表明,风电接入配网将影响配网保护的动作特性;风电场容量、接入位置、故障点不同,对保护的影响也不同。     

含不同风电机组的风电场暂态运行特性仿真研究

随着大容量风电场集中接入电网,有必要研究含不同风电机组参数和类型的风电场暂态特性及对电网的影响。在分析笼型异步和双馈异步风电机组暂态模型的基础上,分别建立了含不同风电机组的风电场容量加权等值模型。从风电机组不同容量比、风电场不同短路容量比以及电网联络线不同阻抗比角度,对含不同风电机组的风电场暂态运行特性进行仿真。仿真结果表明：在电网接受风能容量一定的条件下,双馈异步风电机组装机容量比例提高以及风电场短路容量比和联络线阻抗比的降低,都可以提高和改善风电场出口处电压和机组的暂态稳定性。     

含不同风电机组的风电场暂态运行特性仿真研究

随着大容量风电场集中接入电网,有必要研究含不同风电机组参数和类型的风电场暂态特性及对电网的影响.在分析笼型异步和双馈异步风电机组暂态模型的基础上,分别建立了含不同风电机组的风电场容量加权等值模型.从风电机组不同容量比、风电场不同短路容量比以及电网联络线不同阻抗比角度,对含不同风电机组的风电场暂态运行特性进行仿真.仿真结果表明:在电网接受风能容量一定的条件下,双馈异步风电机组装机容量比例提高以及风电场短路容量比和联络线阻抗比的降低,都可以提高和改善风电场出口处电压和机组的暂态稳定性.     

风力发电机组对称短路特性分析

在电力系统分析软件DIgSILENT/Power Factory中建立风电机组及电力系统模型,包括固定转速风电机组和双馈变速风电机组。设置靠近风电场的三相对称短路故障,对风电机组对称短路特性进行理论与仿真分析,比较了不同类型风电机组与相同容量同步发电机组的短路电流波形。以某区域电网为例计算了风电场接入前后其附近母线短路电流,计算风电场接入后使得短路电流增加的百分数,以确定风电场对系统短路电流的贡献。理论分析和仿真结果表明,风电场对并网点附近节点的短路电流有较大影响,在选择风电场附近的电气设备以及对其进行热稳定性校核时,需要考虑风电场对系统短路电流的贡献。     

不同类型风电机组对系统短路容量的影响

随着风电机组的大规模并网,研究风机并网对系统短路容量的影响意义重大。文中考虑短路故障发生的不同位置,分别分析了鼠笼型异步风机、双馈风机以及直驱永磁式风机在短路故障发生时的短路电流,得到故障时刻三种不同类型风机的短路电流的表达式和影响因素。分别搭建含三种风机的配电网模型,仿真相同容量的不同类型风机在系统发生后的输出电流以及对系统短路容量的影响情况。仿真结果表明,相同容量的不同类型风机对系统的短路容量具有不同影响,风机的低电压穿越保护装置的动作情况也会对系统短路容量产生较大的影响。     

不同馈线形式对风电场保护影响的研究

目前国内外风电场集电线路一般采用架空线、电缆直埋和架空线与电缆混合等不同类型线缆,为了研究不同类型并网风电场采用不同馈线形式时对风电场保护的影响,在Matlab/Simulink下建立了含恒速异步和变速双馈风电场的电力系统仿真模型,基于不同类型风电机组构成的风电场内部集电线路分别采用架空线和直埋电缆,分析了当风电场集电线发生故障时风电场等效电路和集电线末端继电器测得的短路电压和电流,研究了不同类型集电线故障时对风电场保护的影响。仿真分析结果表明:风电场集电线路故障时,不同类型的风电场和相同风电场内部采用不同类型集电线路时,对风电场保护的影响也有所不同。     

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。     

电网故障下并网异步风电机组的暂态特性分析

研究了由笼型和双馈型异步风电机组组成的风电场并网后风电机组的暂态行为,并对比分析了在同一接入点接入不同比例容量的笼型异步发电机和双馈异步发电机时,外部三相短路故障对风力发电机组电压和转速的影响。提出了在双馈型风电机组中采用一种PI控制器,以提高风电场的稳定运行能力的方案。仿真结果表明,故障清除后,能有效地提高风电机组的稳定运行能力。该试验结果可为风电场的建设提供参考。     

风电场短路试验与风电短路特性分析

为验证风电高集中汇集在电网故障时的短路特性和对电网的影响,山东电网开展了接入荣成站110 kV风电场送出线路单相接地短路和风电场35kV馈线三相短路试验。依据短路故障录波数据,分析比较不同类型风电机组的短路电流特性,分别得出了含鼠笼型、双馈型和直驱型风机的风电场在不同短路条件下短路电流的特性规律,对于今后实际电网中风电集中接入下短路电流水平的评估具有重要的指导意义。     

基于PSASP/UPI的含风电场电力系统短路故障分析

风电场机组装机容量正逐年增加,而大规模风电接入系统对电力系统影响较大,因此研究系统故障以及风电保护配置对电网稳定运行很重要.通过对双馈异步风力发电机进行动态建模,在电力系统分析综合程序PSASP/UPI 6.28环境下,实现了风电系统的短路故障仿真,在此基础上分析了不同短路点对称和不对称故障状态下风电系统的电压、电流以及短路容量对风电并网暂态稳定性的影响等.研究结果表明风电场继电保护整定时应考虑这些影响因素,以提高风电场继电保护动作的有效性和可靠性.     

UHVDC闭锁引发风电场暂态过电压分析及HVRT协调控制

针对特高压直流(UHVDC)闭锁引发送端风电场高电压穿越(HVRT)问题,建立了UHVDC输电送端风电系统数学模型,研究了UHVDC闭锁对送端风电场过电压的影响,分析了过电压对永磁直驱风电机组的影响及机组功率可控域。提出了基于机组可控域划分的风电机组和静止同步补偿器相协调的风电场HVRT控制策略,在机组可控域内,风电机组利用其动态无功补偿实现HVRT,当超出机组可控域时,风电场集中无功补偿装置与风电机组协调控制实现HVRT。最后,在PSCAD/EMTDC中建立系统仿真模型,验证了理论分析与控制策略的准确性与有效性,直流闭锁引发风电机组高电压脱网的风险得到降低。     

直驱式风电场对电力系统的暂态稳定性影响分析

为研究大容量直驱式风电场并入对电力系统暂态稳定性的影响,建立了风速、风力机、轴系、直驱永磁同步发电机、全功率变流器的数学模型;研究了变流器控制策略和桨距角控制策略;并搭建直驱式风电场并网的仿真模型.以风电场并网点电压为研究对象,用电压跌落深度、电压冲击幅值、暂态电压恢复时间三个指标,对风电场出口故障、风电场突然切出、在同一点发生三相短路故障时不同风电场容量及三相短路故障发生在线路不同位置时对系统暂态稳定性的影响进行了分析.仿真结果表明直驱式风电场具有一定的低电压穿越能力;风电场突然切出时,并网点电压有小额增幅;风电场接入会改善系统的暂态电压稳定性,但当容量增大到一定程度时系统稳定性下降;随着故障点与风电场电气距离的增大,系统的暂态电压稳定性逐渐改善.     

静止同步补偿器增强风电场的低电压穿越能力的应用分析

提出利用静止同步补偿器(static synchronous compensator,STATCOM)快速补偿无功功率以增强双馈式风电机组和直驱式风电机组的低电压穿越能力.首先阐述了风电机组的动态模型,然后给出了STATCOM控制模型,最后将STATCOM装置应用到合风电场的电力系统中,比较加装STATCOM前后母线56和母线12的电压以及风电机组输出功率的变化情况.仿真结果表明,STATCOM能有效地帮助风电机组在电网发生故障后恢复机端电压和故障点电压,并防止风电机组输出功率振荡,使风电场在故障发生后能保持连续运行,增强了风电机组的低电压穿越能力.     

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。     

风电场等值建模研究综述

随着风电场规模的不断增大,对风电场中每台风机建模将造成计算量过大,不利于大型风电场的研究,需要对风电场进行等值化简。对双馈感应风机和直驱永磁同步风机两种当前热门机型的建模进行概述,同时介绍了潮流计算中风电场的处理方法,并对风电系统的等值进行了综述,包括风速的等值、风电场的分群、同群风机的等值方法、常用的参数优化算法及其对等值的影响。最后综述了含单一主流机型风电场通常采用的等值方法,并指出随着不同机型并存的大型混合风电场的增多,混合风电场等值建模研究的必要性及研究趋势。     

Design of robust intelligent protectiontechnique for large-scale grid-connectedwind farm

This paper presents a design of robust intelligent protection technique using adaptive neuro-fuzzy inference system (ANFIS) approach to detect and classify the fault types during various faults occurrence in large-scale grid-connected wind farm. Also, it is designed to determine the fault location and isolate the wind turbine generators located in the faulted zone during fault occurrence and reconnect them after fault clearance. The studied wind farm has a total rating capacity of 120 MW, where it consists of 60 doubly fed induction generator (DFIG) wind turbines each has a capacity of 2 MW. Moreover, the wind farm generators are positioned in 6 rows, where each row consists of 10 generators. The impacts of fault type, fault location, fault duration, cascaded faults, permanent fault and external grid fault on the behaviours of the generated active and reactive power are investigated. Also, the impacts of internal and external faults in cases of different transition resistances are investigated. The simulation results indicate that, the proposed ANFIS protection technique has the ability to detect, classify and determine the fault location, then isolate the faulted zones during fault occurrence and reconnect them after fault clearance. Furthermore, the wind turbines generators which are located in un-faulted zones can stay to deliver their generated active power to the grid during fault period.     

Smoothing of Wind Power Fluctuations for Permanent Magnet Synchronous Generator-Based Wind Energy Conversion System and Fault Ride-through Consideration

Due to the increment of penetration level of wind power generation, output power fluctuation is one of the most important issue's that can destabilize the power system operation. This article mainly deals with the smoothing of the output power fluctuations of a wind energy conversion system based permanent magnet synchronous generator and fault ride-through enhancement during a grid fault. The concerned wind energy conversion system based permanent magnet synchronous generator adopts an AC-DC-AC converter system. The proposed control method limits the wind energy conversion system output power by adjusting the pitch angle of the wind turbine blades when wind speed is above the rated wind speed. In the grid-side converter, a fuzzy logic controller is used to determine the torque reference for which the kinetic energy stored by the inertia of wind turbine can smooth the output power fluctuations of the permanent magnet synchronous generator. Also, the DC-link voltage, controlled by the grid-side inverter, is adjusted in accordance with the output power fluctuations of the permanent magnet synchronous generator using a voltage smoothing index. Moreover, in this aticle, the proposed method ensures that the wind turbine stays operational during grid faults and provides fast restoration once the fault is cleared. To show the effectiveness of the proposed method, simulations under different conditions have been performed by using MATLAB/Simulink® (The Math Works, Natick, MA, USA).     

相同风速功率下两种风电机组响应电网短路故障的对比分析

介绍了双馈和直驱风力发电机组的结构区别。从二者数学模型入手,其交直交变频器采用相同的控制策略,机侧变频器采用解耦控制,网侧变频器采用恒功率因数控制。在EMTPWorks中分别搭建了具有相同风速功率曲线的直驱和双馈风电机组的仿真模型。并在相同条件分析了电网发生三相、单相短路故障时的二者的暂态特性差别,得出了PMSG在故障期间的无功变化幅值要比DFIG要大,但机端母线电压跌落、机组有功功率输出、变频器直流电容电压变化幅度以及频率波动均比DFIG要小,对风电机组的选型具有十分重要的意义。     

风电场限功率状态下电网旋转备用优化分配

并网风电场参与电网调频且主动提供旋转备用是高渗透率电网的客观需求,而风电场限功率运行是风电参与调频的必要条件。定量分析了风电场限功率运行对二次调频指标及风电极限穿透功率的影响,认为风电场限功率运行能从调频备用容量以及调频速度两个方面减轻同步发电机的调频压力,同时增加了电网中风电的极限穿透功率。为研究风电场限功率运行下的二次旋转备用分配问题,建立了电网备用优化模型并构建了包含等值同步发电机及风机的动态等值模型,通过MATLAB/Simulink进行求解及仿真,优化及动态仿真结果均表明风电场处于限功率状态有利于增加电网频率稳定性并减少旋转备用。