电网对称故障时双馈感应发电机低电压穿越控制

分析电网对称故障时,双馈感应风力发电机定子磁链变化过程、导致定转子过电流的原因、电网故障发生具体时刻及故障程度对双馈感应发电机定转子的影响,提出一种双馈感应风力发电机转子侧变换器低电压穿越控制策略,改善了双馈感应发电机在电网故障时定、转子过电流的情况,实现了双馈感应发电机在电网对称故障时的低电压穿越.在理论分析基础上,建立双馈感应发电机转子侧变换器低电压穿越控制模型和3 kW双馈感应发电机励磁变换器低电压穿越控制实验系统.实验结果表明,所提出的双馈感应发电机低电压穿越控制策略动态响应快、方法行之有效.     

基于变结构准Z源的双馈风电机组强励变换器

当电网电压发生深度跌落时,需要风力发电系统不脱网且向电网提供动态无功支撑,采用传统励磁变换器的双馈风电机组往往需要通过外加装置才能实现这一要求.外加装置使系统变得复杂,可靠性和效率降低.针对这一问题,文中分析了双馈风电机组低电压穿越的瓶颈,提出了构建坚强励磁系统的思想,并设计了一种基于变结构准Z源的新型双馈风电机组强励变换器.将传统的电容型母线替换为准Z源网络,当电网正常时该变换器运行于可调电压的单电容型母线状态,当电网电压发生深度跌落时,该变换器可以迅速升高直流链电压,从而保证转子侧变换器在故障期间始终可控.搭建了双馈风电机组低电压穿越仿真与实验系统,仿真与实验结果表明所提强励变换器拓扑具有良好的稳态与动态性能,在电压深度跌落时能够有效控制转子电流,实现双馈风电机组的低电压穿越和无功支撑.     

定子Crowbar电路模式切换的双馈风力发电机组低电压穿越控制策略

针对转子Crowbar电路的双馈风力发电机组低电压穿越需要闭锁变流器控制脉冲、直流母线电压波动无法较好地抑制,提出了一种定子Crowbar电路模式切换的双馈风电机组低电压穿越控制方案。电网发生故障时,定子Crowbar电路接入系统,双馈风电机组切换至感应发电机组模式下,转子侧变流器采用转子功率外环控制,网侧变流器采用功率协调控制方案,将机侧功率当作前馈量引入到网侧变流器控制策略中并向电网注入无功功率。仿真分析表明,所提控制方案在确保实现双馈风电机组低电压穿越的同时,能够有效地降低转子暂态电流、稳定直流母线电压,并向电网提供无功功率。     

双馈风力发电机低电压穿越转子动态过程分析

实现风力发电机组不间断运行的最关键问题是风电机组的低电压穿越能力,而双馈式风力发电机则为当今使用最广泛的变速恒频风力发电机之一,为了便于对双馈电机低电压穿越技术进行研究,根据双馈风力发电机的数学模型详细地分析了双馈发电机在电网电压跌落及电网电压在各种不同时刻恢复时的动态响应特性,计算出了电网电压跌落时转子侧电压的瞬时最大值与电压恢复时转子侧电压瞬间的最大值与最小值,并在此分析的基础上给出了相关的仿真波形,从而为低电压穿越保护电路的参数设计及控制策略提供了理论依据.     

电网电压跌落下无刷双馈发电机低电压穿越控制

电网电压跌落的瞬间,风力发电机定子和转子产生冲击电压和冲击电流,对电网安全造成影响。为实现无刷双馈风力发电机低电压穿越,保证风电机组在电网电压跌落下不间断运行,对电网电压跌落下无刷双馈发电机定子电压和电流进行暂态分析,搭建了无刷双馈发电机在功率绕组静止坐标系下的数学模型,推导并分析了电网电压跌落瞬间其功率绕组磁链、控制绕组电压动态变化过程,并提出一种积分滑模直接功率控制与故障穿越控制相结合的控制策略,完成无刷双馈发电机低电压穿越控制。通过MATLAB/Simulink和半实物仿真试验平台进行验证,仿真和试验结果证明所推导功率绕组磁链和控制绕组电压动态变化过程的正确性及控制策略的有效性,该控制策略有效抑制了定子控制绕组侧电压和电流畸变,提高了无刷双馈发电机的低电压穿越性能。     

考虑撬棒保护和残压的DFIG短路电流实用计算方法及应用

电网短路故障可能导致双馈风电机组过电流保护动作,定量分析故障对机组短路电流的影响对于机组的低电压穿越具有重要意义.根据电网发生对称短路故障时双馈风电机组的暂态定、转子磁链关系,研究考虑机端残压下的双馈风电机组定子短路电流特性.在短路电流特征分析中考虑转子侧撬棒（crowbar）保护的投入策略,推导出双馈风电机组发生对称故障时的短路电流实用计算方法,讨论机组参数对短路电流特征的影响.将计算结果与现场低电压穿越试验测试数据进行比对,验证计算方法的实用性.     

基于电网电压定向的双馈风力发电机灭磁控制策略

电网故障造成的电网电压变化会在双馈发电机定子绕组中产生定子磁链的暂态直流分量,造成发电机输出功率波动和电磁转矩振动,需要采取灭磁控制来加快定子磁链暂态直流分量的衰减.文中提出了一种适用于双馈风力发电机电网电压定向矢量控制的灭磁控制方法,首先分析了电网故障对双馈发电机内部电磁关系的影响,在此基础上分析了双馈发电机电网电压定向矢量控制的稳定性,就此提出了一种新型的灭磁控制方法,并进一步阐述了转子侧变换器容量及风电机组运行状态对灭磁控制效果的影响.仿真验证表明,所提出的灭磁控制方法可以在电网电压跌落程度较轻的情况下有效减小双馈发电机定子磁链中暂态直流分量的影响,提高双馈风电控制系统的稳定性,有利于实现风电机组的低电压穿越.     

改善基于双馈感应发电机的并网风电场暂态电压稳定性研究

提出了改善基于双馈感应发电机的并网风电场暂态电压稳定性的措施以实现风电场的低电压穿越(low voltage ride through, LVRT)功能。目前，大部分基于双馈感应发电机的变速风电机组不具有故障情况下的暂态电压支持能力，当电网侧发生严重短路故障时，风电场的暂态电压稳定能力会影响到电网安全稳定。该文在DIgSILENT/PowerFactory中建立了具有暂态电压支持能力的变速风电机组转子侧变频器控制模型及用于故障后稳定控制的桨距角控制模型，通过包含风电场的电力系统仿真计算验证了模型的有效性及其对风电机组和电网暂态电压稳定性的贡献。仿真结果表明，当电网侧发生三相短路故障时，风电机组转子侧变频器暂态电压控制能够控制风电机组发出无功功率支持电网电压；桨距角控制能有效降低变速风电机组机械转矩，避免出现风电机组超速及电压失稳。得出结论：采用变频器暂态电压控制及桨距角控制能够改善基于双馈感应发电机的并网风电场的暂态电压稳定性，确保风电机组低电压穿越(LVRT)功能的实现及电网安全稳定。     

基于Crowbar的双馈风力发电低电压穿越研究

随着风力发电机容量和风电规模的增加,要求双馈感应发电机(DFIG)能够实现低电压穿越(LVRT)能力。在电网电压跌落的对称故障下,针对原有LVRT技术的不足,提出一种采用主动式Crowbar电路的控制策略。在电压跌落后,转子电流突升时,触发Crowbar电路,旁路转子侧变换器;在电流恢复到一定程度时,断开Crowbar电路,使转子侧变换器投入工作。通过有、无Crowbar电路仿真对比表明,该方法可较好地控制转子过电流、母线过电压及电磁转矩的振荡,同时在故障期间向系统输送无功,达到LVRT的要求。     

双馈风力发电机在电网电压小幅骤降时的保护策略

出了一种双馈风力发电机(DFIG)在电网电压小幅骤降时抑制变频器电压和电流波动的保护策略.传统的DFIG控制方式中通常认为电网电压是理想不变的,所以当发生电压骤降的情况时,双馈电机的转子电流、直流电容电压则会因为电网电压的突变而发生电流和电压跳变和波动,可能会对风电机组的变频器造成损坏.在改进双馈电机转子侧变换器的控制策略的基础上,通过改进整流侧变换器控制策略和增加卸荷电路,减小了直流电压的波动和幅值,提高了系统的暂态稳定性.最后,通过仿真一台1.5 MW双馈风力发电机在电网电压小幅骤降故障状态下的运行情况,验证了其正确性和有效性.     

电网电压骤降故障下双馈风力发电机建模与控制

双馈感应发电机（DFIG）在变速恒频风力发电中得到广泛应用，对DFIG采用矢量控制可使风电系统实现最大风能追踪和有功、无功解耦调节，从而获得优良的发电运行性能。但在传统的矢量控制方式中，通常认为是无穷大理想电网，忽略了定子励磁电流变化的动态过程，从而得到简化的DFIG数学模型，并以此作为电流内环控制器的设计依据。这种控制器在电网正常的情况下可使系统获得优良的动静态特性，但当电网出现故障时，其控制性能将恶化。为了提高电网电压故障情况下DFIG不间断运行能力，文中以DFIG的精确数学模型为依据，针对传统的2种矢量控制方式的不足，提出了改进的控制方案，并对改进前后电网电压骤降情况下DFIG的动态过程进行了仿真对比，结果表明改进方案可以有效控制转子电流，保护转子励磁变频器，提高DFIG变速恒频风电系统在电网故障下的不间断运行能力，是并网DFIG风力发电机的一种有效、实用的控制策略。     

双馈风力发电系统故障特性及保护方案构建

针对双馈电机励磁方式的特点,本文分析了电网发生故障时定子短路电流呈现的"多态"故障特征,论述了故障点距离、Crowbar保护动作门槛值以及励磁逆变器控制系数等因素对双馈电机短路电流特性的影响,并进行了仿真验证。基于以上研究结果,从提高双馈电机故障穿越能力的角度出发,提出了一套适用在风电场并网节点处的新型复合式电流—电压保护方案。通过对传统电流保护的改进和构建低电压穿越运行特性的电压保护,使其能够适应双馈电机的故障特征,满足风场联络线上故障的可靠切除及配电系统内故障时风电场的低压穿越运行,对实现含双馈风电机组的电网稳定及故障后的快速恢复具有重要意义。     

用于DFIG风电场接入电网的固态变压器控制策略

固态变压器(SST)作为解决DFIG风电场接入电网所存在问题的一种新的接入方式,得到了越来越多的关注。通过对电网故障情况下DFIG定、转子电压、电流过渡过程机理的分析,提出了通过控制SST风场侧换流器电压的下降和故障切除时电压上升的斜率,来抑制电网故障过程中因电网电压突变而使双馈发电机的电压、电流以及转矩产生的冲击。分析了通过SST控制风场侧电压下降斜率与能量传递、SST直流链等效电容容值的关系,同时也分析了电网故障过程中,风场侧电压与电网电压跌落的关系。最后建立了双馈风力发电机、SST及其控制系统的模型,并针对电网三相短路故障进行了仿真计算,进一步验证了所提控制策略的正确性和有效性。     

Low voltage ride-through enhancement of DFIG-based wind turbine using DC link switchable resistive type fault current limiter

Doubly-fed induction generator (DFIG)-based wind turbines utilise small-scale voltage sourced converters with a limited overcurrent withstand capability, which makes the DFIG-based wind turbines very vulnerable to grid faults. Often, modern DFIG systems employ a crowbar protection at the rotor circuit to protect the rotor side converter (RSC) during grid faults. This method converts the DFIG to a squirrel cage induction generator, which does not comply with the new grid codes. The recent grid codes need wind turbines to stay connected to the utility grid during and after power system faults, especially in high penetration level of wind power. Furthermore, the crowbar switch is expensive. This paper proposes a novel DC-link switchable resistive-type fault current limiter (SRFCL) to improve the LVRT capability of the DFIG. The proposed SRFCL is employed in the DC side of the RSC. The SRFCL solves crowbar protection activation problems and eliminates subsequent complications in the DFIG system. The proposed SRFCL does not have any significant impact on the overall performance of the DFIG during normal operation. Whenever the fault, whether symmetrical or asymmetrical, occurs, the SRFCL not only limits rotor over-currents but also prevents rotor speed acceleration and restricts high torque oscillations even during zero grid voltage, as recommended by some grid codes. To prove the effective operation of the SRFCL on the RSC fault current limitation, analytical analysis is performed in each switching interval. The proposed approach is compared with the crowbar-based protection method. Simulation studies are carried out in PSCAD/EMTDC software. In addition, a prototype is provided to demonstrate the main concept of the proposed approach.     

电网电压跌落下双馈风力发电系统强励控制

为增强电网故障下双馈风力发电系统(DFIG)的低电压穿越(LVRT)运行能力,提出一种DFIG转子侧变换器(RSC)强励控制策略。在基于定子磁链定向的矢量控制策略中增加多频比例谐振控制器(MFPR),当电网故障造成发电机定子电压跌落时,多频比例谐振控制器能够对转子侧变换器(RSC)的输出励磁电压进行补偿,抑制转子故障电流,实现DFIG的低电压穿越运行。分析了转子电压等级与DFIG的低电压穿越运行区间的关系,为DFIG转子侧变换器的电压等级设计标准提供了参考依据。控制系统结构简单,保证了系统的响应速度,可同时对电网对称跌落和不对称跌落产生的故障电流进行抑制。通过对1.5 MW双馈风力发电机组进行仿真研究,验证了理论分析的正确性和所提控制策略的可行性。     

双馈风力发电机虚拟同步控制策略研究

双馈感应发电机(doubly fed induction generator,DFIG)可通过虚拟同步控制方法为电网提供电压及频率支撑,优化机组并网特性。传统的虚拟同步控制技术以模拟同步发电机机电动态特性为主要目标,未对电磁暂态的DFIG控制进行深入分析。当电网发生不对称故障时,分析虚拟同步控制DFIG的故障特性,发现传统控制方法无法抑制电磁转矩振荡与DFIG故障电流。因此,基于电网不对称故障,本文提出DFIG电压补偿虚拟同步控制方法,通过对转子电压故障分量进行补偿,提高DFIG转子电压响应速度,减少其反电动势故障分量。通过对传统及电压补偿虚拟同步控制方法控制效果的仿真对比可知,电压补偿虚拟同步控制方法可对电磁转矩的持续振荡及暂态冲击进行有效抑制,明显降低了DFIG转子的故障电流,提高了DFIG不对称故障穿越能力。     

电网电压不对称跌落时DFIG的控制策略研究

相比于对称故障,不对称故障时双馈风力发电机(Doubly Fed Induction Generators, DFIG)的电磁暂态过程更为复杂,对DFIG造成的危害也越大。从电网电压不对称跌落时DFIG的电磁暂态过程入手,分析了DFIG各电磁量产生二倍频波动和过电流的直接原因。在此基础上,提出了一种电网电压不对称跌落时转子侧变换器(Rotor Side Converter, RSC)的转子电压补偿控制策略,通过控制RSC交流侧的输出电压,对转子暂态电动势和负序电动势进行补偿。该控制策略可在电网轻度不对称故障时有效消除转子电流二倍频波动;在电网严重不对称故障时最大限度地减小转子电流冲击,增强DFIG的低电压穿越能力。此外,根据转子侧变换器的电压容量,对补偿控制策略的完全补偿范围进行了分析。仿真结果验证了所提出控制策略的有效性。     

变速恒频双馈风力发电柔性并网控制

传统的风力发电并网方式为"刚性并网",在并网瞬间会产生很大的冲击电流.本文根据交流励磁变速恒频风力发电的运行特点,将矢量控制的定子电压定向技术应用在双馈发电机的并网控制上,对风力发电的"柔性并网"进行了分析,即根据电网电压和电机转速来调节转子的励磁电流,在变速条件下实现无冲击电流并网,实现了输出有功和无功功率的解耦控制.建立了交流励磁发电机空载并网、负载并网、并网后的稳态运行和电网波动情况下的不脱网控制模型,完整的仿真研究验证了变速恒频风力发电柔性并网控制策略的正确性与有效性.     

电网故障下双馈风电机组暂态电流评估及分析

为了便于分析并网双馈风力发电机组低电压穿越(LVRT)运行的承受能力,有必要对电网故障下双馈风电机组的暂态电流进行评估.本文利用双馈发电机定、转子磁链的暂态变化机理,推导并提出了双馈风电机组在机端短路故障和电网电压不同跌落程度时的定、转子暂态电流评估的解析表达式,并通过考虑风力机传动链柔性的机组暂态仿真结果验证了推导表达式的正确性.在此基础上,应用推导的表达式对双馈风电机组在不同初始输出有功功率、无功功率以及电网电压不同跌落程度时的定、转子暂态电流最大值进行了计算,并得到了不同运行工况对机组暂态性能的影响规律.