电网故障下计及撬棒保护的双馈感应发电机暂态解析修正模型

建立双馈感应发电机(doubly-fed induction generator,DFIG)在电网故障时的暂态解析模型是分析风电机组低电压穿越(low voltage ride through,LVRT)能力的基础,也是提高电力系统故障计算效率的有效手段。传统解析模型中忽略了定、转子磁链间的耦合,对撬棒保护接入后DFIG的暂态理论分析带来较大的误差。该文提出了一种电网故障下计及撬棒保护的DFIG暂态解析修正模型。从DFIG的空间矢量数学模型出发,通过状态方程的特征根定义了反映定、转子磁链耦合的修正系数;利用修正系数分析了Crowbar电阻对DFIG暂态特性的影响;求解状态方程得到了DFIG暂态解析修正模型。仿真验证了修正系数分析的正确性和暂态解析模型的准确性。     

基于暂态补偿算法的低电压穿越控制策略研究

对电网电压发生跌落故障时双馈感应电机(DFIG)定、转子的电磁暂态过程进行了深入分析和讨论,并针对故障时转子端过电压主要由定子磁链暂态直流分量引起这一机理。基于电网电压故障期间暂态磁链的特征,采用了一种暂态磁链补偿算法,通过在转子侧适时准确地注入暂态补偿量,有效地提高了机组低电压穿越(LVRT)过程中的可控性。改善了双馈机组LVRT性能。11 kW模拟机组的实验验证了分析和设计。     

计及阻容式撬棒动作时间的双馈风机短路电流分析

首先从机理和磁链角度出发,分析机端电压跌落时双馈式感应发电机短路电流特性.在此基础上,研究电阻串联电容的阻容式撬棒电路对短路电流的影响,并综合考虑撬棒动作时间,将故障过程分为两个阶段.以转子暂态磁链作为连接两个阶段的纽带,对计及阻容式撬棒投入时间的定转子短路电流解析式进行推导,结合解析式并从消除转子短路电流暂态直流分量角度考虑推出电容的表达式.最后,在Matlab/Simulink平台上搭建1.5MW双馈风机动态模型,对短路电流解析式的正确性以及阻容式撬棒在抑制转子浪涌电流、改善无功功率吸收、滤除转子侧故障电流直流分量等方面的有效性进行验证.     

电网电压对称跌落下的双馈感应风力发电机磁链有源衰减控制

双馈感应发电机定子与电网直接相连,容易受到电网扰动的影响甚至造成故障停机。电机参数决定了系统具有欠阻尼特性,在电网电压扰动下的磁链暂态振荡时间较长,不利于低电压穿越期间实现快速无功补偿。本文基于双馈感应发电机定转子磁链4阶状态方程,通过求解系统特征根的方法重点分析了定子暂态磁链的衰减速率及其影响因素,提出了一种转子侧变流器磁链有源衰减的改进控制策略,合理控制转子电流加快暂态磁链衰减并消除磁链振荡。仿真和实验结果说明改进控制策略对暂态磁链衰减和降低转子过电压和过电流的良好效果,验证了理论分析的正确性和改进控制策略的有效性。     

双馈感应发电机接入电网的三相短路电流峰值评估

短路电流计算是电网规划和保护的基础,文中将双馈感应发电机(DFIG)定子磁链强制分量归算至定子侧,将定子磁链直流分量归算至转子侧,形成静态等值电路,分析转子感应磁链随转速的变化规律,研究转子电阻对故障时定子磁链直流分量动态衰减及其与转子绕组感应过程的影响,推导电网三相短路时DFIG定子短路电流解析式。比较了近端和远端故障时不同撬棒电阻对应定子短路电流特性,提出了DFIG接入电网的三相短路电流峰值评估方法。该方法能有效计算DFIG机端、馈线上下游和其他馈线故障时的三相短路电流峰值序列,采用MATLAB/Simulink软件仿真验证了所提出方法的正确性。     

低电压穿越过程中双馈风电机组虚拟电感暂态自灭磁控制

双馈式感应发电机(DFIG)由于其定子直接与电网相耦合,电网故障将引起定子磁链暂态,并会在转子侧产生电压和电流冲击。传统基于Crowbar的低电压穿越(LVRT)解决方案不仅没能充分利用变流器对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。而当前基于灭磁控制的暂态补偿策略多依赖于磁链观测技术,不仅算法较为复杂而且对电机参数具有较强的依赖性。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,并依据其暂态电磁特性,提出了一种基于虚拟电感暂态自灭磁算法的LVRT控制策略。该策略不仅能够较好地抑制转子暂态电压冲击,最大限度地拓展可穿越的故障范围,充分发挥DFIG的控制灵活性,而且无需暂态磁链观测,简化了算法,具有较好的快速性和鲁棒性。11kW模拟机组的仿真和实验,验证了所提出的分析和设计的正确性和可行性。     

电网电压对称跌落下的双馈感应发电机PI-R控制及改进

针对双馈感应发电机组转子侧变流器,提出一种基于比例积分谐振(PI+resonant,PI-R)调节器的磁链有源衰减改进控制算法。对电网电压三相对称跌落故障下的定子磁链和转子过压暂态响应进行分析,通过改进转子电流控制加快定子暂态磁链衰减并消除磁链振荡,降低转子过压和过流。与常规PI调节器相比,PI-R能同时对基波直流指令和谐振频率处交流指令实现无静差响应,提高系统对电网电压跌落的抗扰性,保证改进算法的控制精度。该文给出了磁链有源衰减中暂态转子电流的计算方法和PI-R参数设计原则,仿真和实验结果验证了理论分析的正确性和改进算法的有效性。     

双馈感应风力发电机故障穿越特性及其控制

风电场低电压穿越能力对接入系统的暂态稳定性有着重要影响。分析双馈感应风力发电机的励磁控制原理,在此基础上研究风电机组基于电流解耦的矢量控制策略以及故障期间转子侧变流器Crowbar(撬棒)滞环保护方案和网侧变流器的电压支撑技术。运用PSCAD/EMTDC仿真工具研究常规同步发电机和双馈风力发电机2种类型机组在短时间和长时间短路故障时的暂态响应特性,并探讨变流器参数对风电机组性能的影响。结果表明:变流器紧急应对措施可以使风机迅速恢复控制能力,从而通过灵活地调节其转子磁链矢量的幅值和相角使电压快速重建;此外,选择合适的直流侧电容容量将增强不对称故障情况下网侧变流器抵抗负序电流的能力。     

双馈风力发电机低电压过渡的相角补偿控制策略

基于撬棒保护(crowbar)的控制方法是双馈风电机组(doubly-fed induction generator,DFIG)实现低电压过渡(low voltage ride through,LVRT)的主要方式之一。在撬棒保护退出后,故障恢复过渡过程中,转子过电流仍有可能损坏变流器。针对上述问题,通过双馈电机的动态等效模型构建故障过程系统分析模型,深入分析故障发生和电网电压恢复过程中的机端电压相角跳变机制及其对矢量定向精度的影响。在此基础上,提出相角补偿控制原理,改进现有 LVRT控制策略,将控制流程分为正常运行、撬棒保护投入、撬棒保护退出和电网电压恢复4个阶段。在正常运行及撬棒保护退出阶段,采用定子磁链定向控制;在撬棒保护投入阶段,封闭转子侧变流器绝缘栅双极型功率管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)的脉冲,网侧变流器保持正常工作;在电网电压恢复阶段采用相角补偿控制。仿真结果表明,所提控制策略能够有效抑制电网电压恢复过程中的过电流。     

投撬棒后双馈风机暂态电势的变化特性分析

双馈感应风机(doubly-fed induction generator,DFIG)暂态等值模型成为近年来继电保护工作者的研究焦点之一。针对双馈风机投入撬棒这一运行工况,在分析转子磁链变化过程的基础上,定量研究了双馈风机暂态电势的变化特性。指出由于转差的存在,暂态电势中出现了转差频率交变分量;撬棒电阻的投入,加快了暂态电势中衰减分量的衰减速度。使得双馈风机的暂态电势呈现出快变特性,不同于传统同步发电机暂态电势慢变的特点,并通过仿真验证了理论分析的正确性。为进一步的双馈风机暂态等值模型的建立及风电场保护策略的研究提供理论依据。     

Short Circuit Current Calculation Method of Doubly-Fed Induction Generator with Crowbar Protection Based on Flux Transient Characteristics

With the wide application of doubly-fed induction generator (DFIG), accurate calculation and analysis of the short circuit currents of DFIG with crowbar protection has become very important key to realizing the low voltage ride through (LVRT) capability of DFIG and establishing the corresponding grid protection scheme. In view of this, a method to calculate the short circuit currents of DFIG with crowbar protection when different types of fault occur in the grid is proposed in this paper. First, the DFIG stator and rotor 2nd-order differential equations in the cases of grid symmetrical fault and asymmetrical fault are established respectively. And the short circuit current calculation model when crowbar resistance remains unchanged in the fault duration is obtained. On this basis, the short circuit current calculation model when crowbar resistance varies in the fault duration is derived. And then, the influence of crowbar resistance and DFIG rotor speed on the short circuit current calculation model is analyzed, including the variation pattern of flux eigenvalues with the crowbar resistance, and the variation feature of flux amplitude and phase angle with the rotor speed. Besides, the transient variation characteristics of different flux components are studied. Finally, time-domain simulation tests verify that the proposed calculation method is correct and applicable to different types of crowbar circuits in the market. Besides, the influence of crowbar resistance and DFIG rotor speed on the stator short circuit current peak, peak time and current frequency in different fault cases is revealed.     

双馈风电机组低电压穿越的Crowbar优化控制策略分析

双馈风电机组的低电压穿越通常采用在转子侧加撬棒保护电路（Crowbar）的方法。为有效评估双馈风电机组的故障暂态行为,首先分析了电网故障期间撬棒投入后的机组定转子电流特性,讨论了撬棒阻值的取值范围。在此基础上,以PSCAD/EMTDC为平台,建立包含撬棒保护电路的双馈风力发电机组模型,分析了2种撬棒控制策略下的机组动态响应,提出了一个评价机组动态响应的指标函数,对仿真结果比较分析,得出了双馈风电机组在不同电压跌落情况下实现低电压穿越的撬棒优化控制策略。     

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。     

考虑相位跳变的双馈感应发电机转子电压动态特性

风电并网点低电压事件的电压相位跳变(PAJ)及跳变角度值会改变低电压穿越期间双馈感应发电机(DFIG)转子电压动态特性,进而影响保护性能。但现有DFIG故障特性研究中,对PAJ考虑不足。针对这一问题,基于DFIG动态模型,推导考虑PAJ的DFIG定子磁链和转子电压瞬时表达式;采用定子磁链和转子电压空间矢量图分解法,分析PAJ对定子磁链的作用机理,揭示了转子电压直流瞬态分量受PAJ的影响规律;详细研究不同PAJ值、电压幅值和持续时间下定子磁链和转子电压的矢量轨迹特征、振荡衰减特性及其叠加机制,并给出了不同恢复时刻下转子电压的最大、最小值。相应的1.5 MW DFIG仿真结果验证了所提理论分析和方法的正确性。最后,综合分析PAJ任意和约束条件对DFIG转子过压峰值影响规律,提出了一种计及相位补偿的改进励磁控制设计建议。     

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。     

不同撬棒保护投入时刻下双馈风电机组短路电流计算分析

双馈感应风电机组故障特性不同于传统同步电机,对电网继电保护的整定与配合产生不利影响,需从解析的角度揭示双馈感应风电机组的故障暂态机理。以双馈感应发电机空间矢量模型为基础,结合电路动态响应理论,建立了双馈风电机组三相短路电流解析计算模型。所建模型考虑了定、转子电阻的影响,从理论上证明了衰减时间常数的由来及与频率分量的对应关系。考虑到控制作用的影响,撬棒的投入会有延时,解析模型计及了不同的撬棒保护投入时刻。与仿真和现场试验结果对比验证了所建模型的准确性,并从仿真角度分析了转子电压、双馈风电机组运行状态及转子侧控制策略对故障电流的影响。最后运用解析模型定量评估了定转子电阻、短路发生时刻及DFIG的运行工况等因素对短路电流的影响。     

计及不同电网电压跌落程度的双馈风电机组定子电流分析

双馈风电机组在机端电压跌落程度不同的情况下会表现出不同的暂态特性,随着风电机组的大规模并网,其故障暂态特性对于电网的安全稳定运行具有重要意义。以对称故障为例,基于双馈感应发电机的转子电压方程,采用统一方法分析了电网故障导致的不同机端电压跌落程度下双馈风电机组的定子电流。在机端电压严重跌落时。分析并推导了投入撬棒保护电路情况下双馈感应发电机定子电流的表达式。而在机端电压非严重跌落时,在考虑转子侧变流器控制系统对定子电流的影响的基础上,定性地分析了双馈感应发电机定子电流动态变化过程。通过仿真进一步分析了机端电压不同跌落情况下定子电流的变化规律并且验证了所推导表达式的正确性。     

双馈型风力发电机低电压穿越仿真分析

针对双馈型风力发电机在低电压穿越过程中所遇到的定转子过流问题,采用主动撬棒电路旁路转子侧变流器解决,在M atlab/S im u link中建立了模型并进行了仿真分析,仿真结果验证了主动撬棒电路能够有效实现双馈型风力发电机在三相对称故障条件下的低电压穿越,并分析了撬棒电阻的选取,得出选取较大的撬棒电阻更有利于电网的恢复的结论。