变阻值Crowbar电路及其在提高双馈式风电机组低电压穿越能力中的应用

双馈风力发电机的低电压穿越能力较差,Crowbar技术是提高双馈风力发电机低电压穿越能力的有效手段。分析了DFIG机端短路时Crowbar阻值对转子电流和暂态过程的影响,指出传统Crowbar电路采用固定的阻值,无法兼顾低电压穿越过程中各阶段对该阻值的不同要求。为此提出了一种变阻值Crowbar的电路,采用这种电路只要控制脉宽就可以改变Crowbar电路的等效电阻,在电网发生地电压故障后,可以根据保护过程不同阶段的特点及时调整Crowbar电路电阻,提高双馈风力发电机的低电压穿越能力。为了验证调整效果对新设计的Crowbar电路的调整效果进行了仿真。仿真结果表明,变阻值Crowbar能够通过控制脉宽实现对Crowbar等效电阻的有效控制。     

考虑低电压穿越影响的双馈感应 发电机谐波电流特性

双馈感应发电机（DFIG）作为当前应用最广泛的风力发电机,其特殊的结构使其故障运行特性十分复杂,尤其在低电压穿越（LVRT）运行状态下,已对电网安全运行和保护控制的顺利实施造成一系列影响。目前对DFIG的短路电流特性已有大量研究,但是针对定转子电流谐波特性的研究还鲜有报道。考虑LVRT的影响,对电网不对称故障情况下DFIG定、转子谐波电流的特性进行研究。从电磁暂态过程的角度详细推导了Crowbar动作后的DFIG定子谐波电流的解析表达式;在Crowbar未动作时,从转子侧变流器影响机理出发,研究了由变流器控制引起的定、转子谐波电流的产生机理。所得结论通过仿真进行了验证     

考虑Crowbar动作特性的DFIG风电场短路电流特性分析

随着风电场并网容量的不断增加,分析风电场短路电流特性也愈加重要。电网发生不对称故障时,双馈风力发电机的短路电流与电网发生对称故障时的短路电流有差异。另外,受Crowbar动作特性的影响,加装Crowbar保护的双馈风力发电机在不同机端电压跌落程度中的短路电流也不同。为全面分析风电场的短路电流特性,首先推导了双馈风力发电机适用于对称故障及不对称故障下,计及Crowbar动作特性的短路电流解析式;然后基于Crowbar动作区域曲线,判断风电场中各双馈风力发电机Crowbar的动作情况;以Crowbar是否动作作为分群准则,将风电场分群等值为两机模型,在此基础上进行风电场的短路电流计算。文章利用Matlab/Simulink仿真软件,验证了对称故障及不对称故障下计及Crowbar动作特性的风电场短路电流计算方法的正确性。     

交流电网故障时DFIG机组定转子暂态特性分析与仿真

针对电网对称及不对称故障,给出了估算定、转子暂态磁链和电流的方法。利用机理建模法建立了DFIG机组的数学模型,分析了电网故障下DFIG机组定、转子磁链的暂态特性,并推导出了定、转子暂态电流表达式。在理论分析的基础上,应用Simulink平台搭建了基于定子电压定向矢量控制策略的1.5 MW DFIG机组转子侧及网侧变换器模型,采用矢量轨迹图直观描述了定、转子磁链和电流的暂态变化过程,并提出一种结合基于双dq正、负序分解矢量控制与Crowbar电路的改进控制策略。通过仿真试验,验证了暂态电流表达式的正确性,并得到了跌落后电压值与定、转子电流最大值之间的关系曲线。此外,所提出的改进控制策略能够提高机组故障穿越能力。     

内置Crowbar电路的双馈风电机组短路特性研究

风电装机容量在电网中所占的比例不断增高,当电网运行出现故障时,不能忽略风电机组短路电流对继电保护装置所造成的影响。当电网电压大幅度跌落时,撬杠保护(Crowbar)动作使风力发电机组的拓扑结构发生变化,影响风电送出线路继电保护装置的整定计算。文章在推导撬杠保护动作时风电机组等值模型的基础上,分析得到双馈感应风力发电机组的短路特性以及用于短路电流计算的模型,最后在PSCAD平台下验证了模型进行线路保护装置整定时的有效性。     

电压跌落时带有Crowbar电路的双馈感应发电机的瞬态分析

为了研究双馈感应发电机对电网电压跌落的适应能力,以及其实现低电压穿越的功能,文章通过将由向量法求出的瞬态电流与由等效电路法求出的稳态电流进行叠加而得出的定子、转子故障电流的近似解析式,来分析在定子端三相对称电压跌落、转子侧变换器断开、投入Crowbar电路情况下的双馈感应发电机内部的电磁关系变化过程。此外,在理论分析的基础上,文中建立了2　MW双馈感应发电机的PSCAD模型,且在7.5 kW双馈风力发电测试平台上进行了实验验证。仿真和实验结果表明,这种通过瞬态电流和稳态电流进行叠加的方法而求得的双馈感应发电机故障电流的近似解析表达式可以准确地反映出双馈感应发电机磁链和电流的瞬态变化。     

双馈风电机组Crowbar保护电阻阻值优化整定

电网发生故障导致双馈感应发电机转子绕组经Crowbar保护电阻Rcb短接后,将引发风电机组后续的暂态过程。在后续的暂态过程中,如果Rcb阻值不当,一方面将危及转子侧变流器运行安全,另一方面将导致风电机组电磁转矩和机械转矩不能达到新的平衡,引起转子加速,可能触发超速保护动作,致使风电机组发生超速脱网。仅考虑保障转子侧变流器运行安全整定Rcb阻值,将使风电机组存在超速脱网风险。分析Rcb阻值对Crowbar保护动作后双馈风电机组转矩平衡关系的影响,推导双馈风电机组发生超速脱网的边界条件。在此基础上,提出综合考虑保障转子侧变流器运行安全和降低超速脱网风险的Rcb阻值优化整定方法。仿真结果表明方法的有效性。     

基于神经网络的双馈式风机故障诊断研究

文章提出了一种基于BP神经网络的双馈式风力发电机(DFIG)相间短路故障诊断方法,利用Park变换对DFIG进行建模,并对发生在DFIG定转子侧的相间短路故障进行了仿真,确定了在故障状态下,将DFIG定转子侧的电流量和电压量作为典型故障数据的可行性。在此基础上,通过典型故障数据对BP神经网络的训练,使新的诊断方法在DFIG发生相间短路故障时,能精确地对DFIG的相间短路故障类型进行判断。最后,利用MATLAB对神经网络进行编程设计和仿真分析,验证了该方法的可行性,为DFIG的相间短路故障诊断方法提供参考。     

双馈风机磁链暂态特性分析及Crowbar电路的改进

基于双馈感应风力发电机两相静止坐标系下的数学模型,推导了电压跌落和恢复过程定转子磁链的表达式,并利用空间矢量图分析了磁链的变化规律。当故障持续时间较短,且电压恢复时刻为半工频周期的奇数倍时,电压恢复时的过电流较电压跌落时更为严重。针对这一问题,对Crowbar电路的结构及控制策略进行了改进。通过PSCAD/EMTDC仿真软件验证了理论分析和改进方案的合理性。     

一种抑制双馈风机故障电流频率偏移的有效方法

随着风机装机容量的增加,双馈感应风机(doubly-fed induction generator,DFIG)的故障特性对继电保护的影响越来越大,其不同的Crowbar控制策略会导致不同的故障特性。在深入分析DFIG暂态电流特征和Crowbar作用后转子短路电流变化的基础上,结合其定、转子电流的对应关系,提出一种优化的Crowbar控制策略。电网故障期间内Crowbar电路分时段投切,既能满足DFIG的低电压穿越要求,又能改善其故障电流频率偏移的程度。有效地减少了电流差动保护、距离保护及方向元件、选相元件的错误动作,在根源处减轻基于工频量的傅氏算法出现偏差对继电保护造成的影响。最后利用RTDS平台,以内蒙古某风场为依托,验证所提控制策略的有效性和可行性。     

Short‐circuit analysis of a doubly fed induction generator wind turbine with direct current chopper protection

Modern doubly fed induction generator (DFIG) wind turbines can ride through a symmetrical fault in the network by using a chopper protection on the direct current (DC) link without triggering a crowbar protection. A novel method to model the DC link system of such wind turbines as an equivalent resistance during symmetrical faults is presented in this paper. The method allows looking at the DFIG with chopper protection as to one with an equivalent crowbar protection and, hence, to apply to the former type of DFIG short‐circuit calculation methods developed for a DFIG with crowbar protection. This may be a valid help in short‐circuit calculations, for example, for protection settings. It also allows simulating for short‐circuit studies a DFIG with chopper protection, often not available in a standard power system simulation software, by using an equivalent DFIG with crowbar protection, which is a standard model in power system simulation software. The results for the short‐circuit current obtained through the proposed method are compared with simulations of a detailed model of a DFIG with chopper protection under different conditions, which showed good agreement. It is also shown that the DFIG with chopper protection delivers lower short‐circuit current than a DFIG with standard crowbar protection, especially for low initial loading. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

双馈感应风力发电机三相短路电流分析与仿真研究

基于DFIG精确暂态数学模型,深入研究了机端三相短路所激起的双馈电机电磁过渡过程产生的机理及定、转子电流中各频率成分之间的依存关系,并详细推导了三相短路电流的解析表达式, 在此基础上,深入分析了定子和转子绕组阻值对短路电流幅值的影响规律,得到抑制短路电流最佳阻值,实际仿真验证了分析结论的有效性。此研究对于深入探索风机crowbar保护的电阻值整定及短路电流抑制措施都有十分重要的意义。     

Short-Circuit Current of Wind Turbines With Doubly Fed Induction Generator

The short-circuit current contribution of wind turbines has not received much attention so far. This paper considers the short-circuit behavior, especially the short-circuit current of wind turbines with a doubly fed induction generator. Mostly, these wind turbines have a crowbar to protect the power electronic converter that is connected to the rotor windings of the induction generator. First, the maximum value of the short-circuit current of a conventional induction machine is determined. The differences between a crowbar-protected doubly fed induction generator and a conventional induction generator are highlighted and approximate equations for the maximum short-circuit current of a doubly fed induction generator are determined. The values obtained in this way are compared to the values obtained from time domain simulations. The differences are less then 15%     

一起励磁变压器短路故障分析及启示

励磁变压器保护主流采用电流速断+过流保护方案,其电流速断定值按躲低压侧绕组引出端三相短路整定,存在内部短路故障检测灵敏度低的缺点。本文分析了一起励磁变压器内部短路故障案例,因故障点发生在励磁变压器低压侧,电流速断保护灵敏度低而无法快速切除,导致故障持续扩大,损失严重。励磁变压器差动保护采用电流基波分量计算,具有成熟的现场运行经验,对于高次谐波的影响,只要采用合适的软、硬件滤波环节,适当提高定值门槛,即可取得良好的运行效果,能大大提高内部短路故障检测灵敏度,因此建议有条件时投入该功能。     

考虑开断顺序的断路器支路短路电流计算

针对目前断路器开断能力校核实践中只考虑短路点总电流而不考虑断路器实际可能通过的最大短路电流的问题,分析了同一支路中两侧断路器的动作工况对断路器通过的短路电流的影响,提出了计及断路器动作顺序的断路器支路可能出现的最大短路电流的计算方法。以某实际电网为例,定量计算、比较了流经断路器支路的最大短路电流和短路点总电流,指出目前以短路点总电流代替断路器可能流过的最大短路电流来校核断路器开断能力,因对断路器所需具备的断流能力要求过高而失当。     

大级差电源密集型电网短路电流直流分量对断路器的影响

西北电网电压级差大且电源密集易导致系统短路电流超标,常采用串联电抗器、高阻抗变压器等限流措施,但却增大了系统电抗,使短路电流直流分量衰减变慢,可能导致断路器开断失败。以新疆电网乌北区域为研究对象,基于PSASP短路模块的计算结果对大型电网进行等值简化,并在EMTP/ATP中重构简化后的等值网络。校验了EMTP/ATP的等值网络与原网络的短路电流交流分量基本一致,在此基础上定量计算短路电流直流分量对断路器的影响,若仍以短路电流交流分量校验断路器开断能力,则断路器需要留有一定的裕度。     

双馈感应式风力发电系统低电压运行特性研究

双馈感应发电机（DFIG）具有有功、无功功率独立调节能力及励磁变频器所需容量小等优点,在风力发电系统中得到越来越广泛的应用。但正是励磁变频器的过流能力限制使得其对电网故障非常敏感,电网故障下DFIG风电机组的控制能力受到限制。当前国外大多数风电并网标准都要求风力发电机在电网电压跌落的情况下不能从电网中解列,以便在故障后电网恢复过程中提供功率支持,避免发生后续更为严重的电网故障,这即是对风电机组低电压穿越能力的要求。为了保护变流器和对电网提供支撑,需要研制一种能够在电网故障发生时为故障电流进行旁路的设备——Crowbar电路。针对Crowbar的电流旁路装置进行了研究,说明Crowbar电路具有抑制转子浪涌电流和保护直流母线的作用,并在小功率平台上进行了试验,证明了这种设备对于提高DFIG系统的LVRT能力具有重要的作用。     

一种交直流混合输电系统直流侧双极故障保护策略

为进一步分析含柔性直流输电(MMC-HVDC)的交直流混合输电系统的故障特征,基于交直流混合输电系统和模块化多电平换流器(MMC)的拓扑结构,推导了MMC的数学模型,研究了直流系统双极短路的故障机理和故障特征,针对含MMC-HVDC的交直流混合输电系统的双极短路故障,设计了限流电路及闭锁换流站与交流断路器跳闸相结合的故障保护方案。以厦门市柔性直流输电系统为例,在PSCAD/EMTDC中搭建了交直流混合系统,并对保护方案进行了仿真验证。结果表明,提出的保护策略能有效地降低故障电流,提高系统稳定性。     

考虑撬棒和直流卸荷保护的双馈电机电磁暂态过程分析

故障期间,撬棒（crowbar）保护和直流卸荷（chopper）保护的工作状态对双馈风电机组（DFIG）的暂态过程有重要影响。为此,针对三相故障不同严重程度下的双馈风力发电系统,综合考虑撬棒保护和直流卸荷保护的协调控制方式,通过分析转子电流、直流母线电压与机端电压跌落的关系,新建统一的保护动作分析判据;在此基础上,分析撬棒保护和直流卸荷保护在不同电压跌落深度下的状态,并建立统一的双馈电机故障后暂态等值模型。最后基于PSCAD/EMTDC提供的1 MW双馈电机标准模型,验证了所建DFIG暂态等值模型的准确性。