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。     

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。     

双馈风电机组低电压穿越能力的研究

随着风电机组容量的逐年增大,为减少大规模风电接入系统对电网的影响,对风电提出了新要求,即风电机组具有一定的低电压穿越能力。介绍了变速恒频双馈风电机组的基本结构,建立了双馈风电机组动态数学模型。以Matlab/Simulink为仿真平台搭建了系统仿真模型,结合风电场低电压穿越能力要求的规定,针对不同电网电压跌落的情况下,仿真研究了变速恒频风电机组的低电压穿越能力,结果表明：双馈风电机组在电网电压跌落时满足继续并网运行的条件,且为电网电压恢复提供了无功,提供的无功功率大小与电网电压跌落程度有关。     

全功率变流器永磁直驱风电系统低电压穿越特性研究

随着风电机组安装容量的不断上升，风电系统在电网故障情况下的运行变得尤为重要，电网导则要求风电机组在电网电压瞬间跌落一定范围内不脱网运行。针对使用背靠背全功率变流器的永磁直驱风电系统，提出一种在电网电压瞬间跌落情况下不脱网运行的方法。电网发生电压瞬间跌落时，网侧变流器运行在静止无功补偿（STATCOM）模式，依据电网电压跌落的深度决定发出无功电流的大小，通过快速提供无功电流来稳定电网电压，实现直驱型风电系统的低电压穿越功能。仿真和实验结果表明电网电压故障时使直驱风电系统运行在STATCOM模式可以有效提高低电压穿越能力。     

风电场低电压穿越能力的规定

问：风电场低电压穿越能力的规定有哪些？ 答：风电机组低电压穿越是指当电网故障或扰动引起风电场并网点的电压跌落时,存一定的电压跌落范围内,风电机组能够保证不脱网连续运行。具有低电压穿越能力的风电场有利于整个电网的稳定与安全。     

一种新型风力发电用电压跌落发生器

低电压穿越能力是各国风电场并网规程对风电机组提出的最具挑战性的要求之一。风电机组在低电压穿越期间的性能和过电流的大小除了和故障的类型有关外,还和故障发生时电网电压的相位有关。为了研究和测试风电机组在最严峻的故障情况下的低电压穿越性能,研制了一种采用交流无触点开关的基于阻抗形式的电网电压不对称跌落发生器,应用电阻-电容-二极管吸收电路吸收绝缘栅双极型晶体管两端的过电压,采用改进的反正切函数准确计算电网电压相位角,采用单片机作为控制器。实验结果表明该装置能够比较准确地在电网设定相位模拟电网不对称电压跌落故障,且该装置结构简单,实现方便,制作成本相对较低,实用性较强。     

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.     

风电场低电压穿越与无功补偿协调控制对电网稳定性的影响

为提高风电机组低电压穿越能力及电压跌落期间含风电地方电力系统的暂态稳定性。提出了电压跌落期间,风力发电机组撬棒保护电路与磁控型动态无功补协调控制的控制策略。电网电压跌落程度较浅时不投入保护电路,仅靠无功补偿实现风电机组低电压穿越。电网电压跌落程度较深时撬棒保护电路与无功补偿装置共同投入以提高风电机组低电压穿越能力。通过算例仿真,验证所提控制策略显著提高了电压跌落期间系统的暂态稳定性。     

永磁直驱风电系统低电压穿越方法综述

随着永磁直驱风电机组在电网中并网容量的快速增加,电力系统对并网风力发电机组在电压跌落故障下不间断运行提出高要求。首先结合电网电压跌落对PMSG运行的影响,分析风电机组的暂态过程,并对各种适合于PMSG风电系统的低电压穿越技术的原理和特点进行总结、评价,最后提出了低电压穿越技术的发展方向。     

直驱风机低电压穿越控制技术研究及实测验证

随着风电大规模接入电网,新的并网规范要求风力发电机组必须具有低电压穿越能力.针对直驱式风电机组,采用直流母线卸荷电阻限制电压跌落时变流器直流环节产生的过电压,并通过改进电流控制策略抑制变流器过电流,从而实现永磁同步发电机风电机组的低电压穿越运行.在网侧变流器数学模型的基础上进行了卸荷电阻的优化设计,提出了电网电压跌落故障时网侧变流器的改进电流控制策略,最后在1.5 MW级永磁同步发电机风电机组上进行现场低电压穿越能力测试,实测验证了所提出方法的正确性.     

含风电接入配电系统电压跌落传播特性分析

大容量风电并网面临的主要问题之一是风力发电机的低电压穿越问题.为从馈线保护的角度提高风电场的低电压穿越能力,分析了风力发电机并网点感受到的电压跌落特性,探讨了不同过渡电阻和接地程度系数下故障点电压相量的变化特性,量化分析了风力发电机并网点电压跌落畸变极值及产生条件,指出相间短路故障时存在超越状态,对保护的动作特性影响较大,接地故障时电压跌落的畸变极值受接地程度系数的影响严重.     

变速恒频双馈异步风力发电系统低电压穿越技术综述

随着以变速恒频(VSCF)双馈异步发电机(DFIG)为主体的大型风力发电机组在电网中所占比例的快速提高,电力系统对并网风力发电机在外部电网故障、特别是电网电压骤降故障下的不问断运行能力提出了更高的要求.本文首先分析了电网电压骤降对DFIG运行的影响,提出了DFIG风力发电系统低电压穿越运行的控制目标,继而总结、评价了各种适合于DFIG风力发电系统的低电压穿越技术,最后指出了DFIG风电系统低电压穿越技术的优化方向,以期展示该技术的最新进展及发展趋势.     

具有低电压穿越能力的风电机组测试故障典型实例分析

近年来,西北尤其是甘肃风力发电装机容量不断增长,大规模风电并网对电网的影响日益受到重视。低电压穿越能力是风电机组并网特性的重要考核指标之一。2011年以来国网公司西北分部和甘肃省调在酒泉千万千瓦风电基地共同组织开展了风电机组低电压穿越能力抽检验证工作,共进行33座风电场44台风电机组现场试验。通过对测试过程中遇到的风电机组脱网故障进行分析总结,找到了影响风电机组低电压穿越能力的主要因素,并结合实例对各影响因素进行分析阐述。目前,风电机组的硬件维护水平、主控制策略调整、软件设置和控制版本升级仍是影响并网风电机组低电压穿越能力的主要因素。     

基于直流保护的直驱风电机组低电压穿越特性分析

研究了基于加装和未加装直流保护的直驱风电机组在电网故障状态下的低电压穿越运行特性。根据GB／T19963--2011对风电机组低电压穿越能力的技术要求,结合直驱风电机组工作原理,构造了直驱风电机组在PSCAD／EMTDC环境下的系统控制模型。以电网三相对称短路故障为案例,对加装和未加装直流保护的直驱风电机组的低电压穿越特性进行了分析和比较。仿真结果不仅证明了所用系统模型是合理的,控制策略是有效可行的,而且还表明加装直流保护的直驱风电机组具备较为优越的低电压穿越特性。     

基于机电储能的永磁同步发电机低电压穿越控制策略

从功率流向角度对已有低电压穿越(LVRT)方法进行归纳总结,在此基础上提出一种LVRT控制策略:基于机电储能,利用机侧变流器稳定直流母线电压,网侧变流器实现最大风能跟踪。该控制策略结合散热要求大大降低的制动电阻与变桨距调节技术,可以在不增加控制复杂度、不显著增加系统成本的情况下,充分利用风电机组惯性,存储电网电压跌落时系统的不平衡能量,平稳实现LVRT。通过对1.5MW永磁直驱风电系统的MATLAB仿真,验证了所提出的LVRT控制策略的正确性和有效性。     

双馈风力发电系统的低压穿越运行与控制

根据紧急电网规程要求，风电场须具备外部电压故障下不间断运行能力，即电网故障时风电机组应能保持与电网连接并向系统不间断供电。由于双馈感应发电机（DFIG）励磁变换器容量有限，电网故障时会产生转子过电流和变换器直流环节过电压，须实行保护和控制。讨论了外部电压骤降下DFIG风电系统的低压穿越控制策略和保护方案，并对一台1．5Mw商用DFIG风电系统进行了仿真研究。结果表明快速短接保护装置（Crowbar）的切除时刻和所用串联电阻大小对故障电网恢复和变换器保护有较大影响。配合Crowbar而采用串联电阻及改进网侧变换器控制策略的方式，可以实现DFIG成功穿越定子剩余电压为15％的电网骤降故障，且无需吸收大量无功功率，有利于电网的恢复。     

基于欠励磁状态运行的虚拟同步发电机低电压穿越控制策略

虚拟同步发电机(VSG)技术可模拟同步发电机(SG)运行特征,有助于并网系统和传统电源在电网中的协调运行。但其电压源特性增加了低电压穿越(LVRT)的运行难度,难以限制电流并提供适当无功支撑。为此,将传统SG并网无功调节原理应用于LVRT控制中,提出一种基于欠励磁状态运行的VSG的LVRT控制新方法。不改变原有VSG控制结构,对下垂特性、无功环和有功环分别进行改进设计,抑制电网故障对VSG的暂态冲击,加速励磁状态的转变过程。并在保持原有VSG特性的基础上改进附加电流环,应用新的定向方法,辅助系统欠励磁状态运行,实现故障穿越。所提方法无需切换控制算法,也无需加入状态平滑切换策略,且能同时应对LVRT和电网不对称跌落问题,简化控制策略,拓展VSG运行优势的适用范围。最后,通过仿真验证了所提方法的正确性和有效性。     

风电集中并网运行对系统电压稳定性的影响研究

风力资源的不确定性和风电机组本身的运行特性使风电机组的输出功率随之变化,对电力系统来说相当于一个大的扰动。随着风电穿透功率的逐步增加,大规模风电并网运行的电压稳定性问题亟待研究。利用Matlab/Simulink建立风电场仿真模型,详细分析了不同风速模型、风电场装机容量及短路故障切除时间下风电场对电压稳定性的影响。把静止同步补偿器(Static Synchronous Compensator,STATCOM)应用到风电场中,仿真结果表明,STATCOM可以改善风电场的电压稳定性,提高了风电机组的低电压穿越能力,确保风电机组连续运行及电网安全稳定。     

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。     

Control Design of a Dynamic Voltage Restorer for Wind-Driven Induction Generators during a Low Voltage Fault at Grid Bus

To reduce the parallel transient and resume the power balance immediately after fault clearing, many countries have included the low voltage ride through (LVRT) requirements in the grid codes for grid-connected wind turbines (WTs). Although the removal of the WT from the power grid in the conventional approach is beneficial to alleviate severe mechanical stress incurred by the low voltage fault, remaining the WT to be connected to the grid during the low voltage fault becomes obligate to reduce the risk of voltage collapse for the power system associated with the ever-increasing WT installation. This article presents a control strategy to which the LVRT capability enhancement of a wind-driven squirrel cage induction generator (IG) by the use of a dynamic voltage restorer (DVR). The DVR, with the flexibility of changing output voltage polarity in series with the power source, can sustain the excitation of IG subjected to the low voltage fault and the random change in load and wind speed. A DC voltage regulator is employed to support the DC-link voltage of the DVR for generating appropriate AC voltage level required for the IG. The AC output voltage of the DVR is controlled by an AC voltage regulator according to the IG terminal voltage deviation from the desired value. To achieve voltage and current decoupling control between distinct coordinate axes in the stationary reference frame, a proportional-resonant (PR) controller is adopted. The DVR output voltage can be instantaneously tracked by the PR controller according to the sinusoidal command comes from the DC and AC regulators. To fully utilize the compensation capacity for the DVR, the dynamic estimation of grid voltage lower limit for recasting the AC voltage command (ACC) of the DVR in response to the low voltage fault is proposed to prevent DVR from malfunction due to controller saturation. The experimental results confirm the effectiveness of the proposed strategy.