双馈风力发电系统网侧低电压穿越控制策略研究

电网电压跌落是电网常见的故障之一,其会为风电机组的安全持续运行和维持电网的稳定埋下极大的安全隐患。为了解决此问题,论文简述了风力发电机组网侧变流器实现低电压穿越的现实技术方案,分析了电网电压跌落时直流母线电压波动机理,改进了网侧变流器实现低电压穿越的技术方案—前馈控制策略。仿真表明,文中设计的改进方案相较传统方案能减小了直流母线电压的波动,能使系统迅速恢复稳态。     

海上风电机组低电压穿越远端检测

为解决长距离输电海缆对海上风电机组低电压穿越远端检测的影响问题,根据基于风力发电机出口端发展和制定的低电压穿越(LVRT)测试技术和标准,建立了低电压穿越分析模型,提出海上风电机组低电压穿越远端检测方法。按照现有检测方法分析了稳态、暂态情况下远端检测和近端检测的区别,得出远端检测中导致风机切机的外部原因为限流电抗与输电海缆的相互影响使机端电压升高、暂态过程延长、机端电压谐波含量增加。提出利用电力电子开关替代传统检测设备中的断路器,以便能精确控制电抗的动作时间。改进阻抗的动作时序,使短路电抗和限流电抗投入或退出电路的时间间隔最短,以避免限流电抗与输电海缆的相互作用对远端检测的影响。仿真验证了改进检测方法的有效性,为远端检测设备的研制提供了借鉴。     

基于超级电容的光伏并网低电压穿越控制策略研究

针对光伏系统在电网扰动或故障时突然脱网给电网带来严重后果,对基于超级电容的光伏并网系统的低电压穿越控制策略进行研究。在电网电压跌落时,通过控制超级电容吸收有功功率,平衡直流母线电压,减少光伏阵列注入逆变器的功率,防止逆变器过流。同时保证了逆变器的无功电流输出能力,支撑电网电压,实现系统的低电压穿越。利用系统仿真模型进行验证,结果表明该方法提高了光伏并网的低电压穿越能力,在保证光伏系统安全运行的同时,大大提高了无功支撑能力,稳定了电网电压,利于故障恢复。     

直驱风电系统变流器建模和跌落特性仿真

为增强直驱型变速恒频风电系统的低电压穿越能力,采取了变流器直流侧增加卸荷负载以在故障时消耗掉直流侧多余的能量,使风电机组的正常运行基本不受电压跌落影响的应对措施。通过对发电机侧变流器、电网侧变流器和直流侧卸荷负载工作原理的详细分析,变流器采用背靠背双PWM结构,实现了变流器的整体建模。基于Matlab7.3/simulink6.5构建了变流器的仿真模型,对电网电压跌落时系统的跌落特性进行了变流器模型及其分析正确性的仿真验证,结果表明,采用直流侧卸荷负载可有效提高直驱系统的故障穿越能力,具有较快的动态响应速度。     

长岭地区风电场风机脱网事故分析及对策

通过对近期发生在吉林电网长岭地区风电场的几次风机脱网事故的分析,总结了导致风机脱网的主要原因为风电机组不具备低电压穿越能力和风电场自身设备存在缺陷,提出了开展低电压穿越能力的现场测试、减少电缆头故障、配置足够的动态无功补偿容量等相应解决措施,以进一步提高电网的安全稳定运行水平。     

用于光伏低电压穿越测试的电压跌落发生器设计与试验

针对光伏低电压穿越测试,提出一种能适应多种电网电压等级的电压跌落发生器通用设计方案。依据国家标准GB/T 19964—2012中规定的低电压穿越曲线要求,阐述了典型阻抗形式电压跌落发生器的工作原理;提出一种该电压跌落发生器中限流电抗器和接地电抗器的拓扑结构及电气参数设计方法;给出一个电压等级为10kV,且可以5%步长实现从0%至100%电网额定电压的全范围20种电压跌落深度的电压跌落发生器设计实例。最后,针对一台500kW光伏并网逆变器,进行了多种深度尤其是零电压穿越的单相和三相跌落试验,试验结果证明了该方案的有效性。     

考虑撬棒保护接入的双馈感应发电机转子磁链动态特性

撬棒保护电路的接入会改变低电压穿越过程中双馈感应发电机(DFIG)定转子磁链间的耦合过程和耦合强度,由此将影响机组磁链衰减动态和撬棒保护性能。针对这一问题,提出了一种刻画定子磁链与转子绕组交链感应作用的磁链耦合系数,将电网故障后电机的磁链暂态耦合过程处理为不同状态的叠加,综合研究撬棒电阻对转子感应磁链正序、负序和暂态反向交流分量幅值和相角的耦合规律,用转子磁链空间矢量图和矢量轨迹图描述转子磁链动态响应过程。最后,针对电网不对称故障下撬棒取值的问题,提出了一种基于转子磁链幅值配比原理和最优倾角的撬棒阻值选取方法。该方法可减小磁链耦合不当对机组的暂态冲击,从而有效改善机组的无功外特性和瞬态性能。采用MATLAB/Simulink仿真验证了理论分析和所提方法的正确性。     

一种低穿现场测试用的电压跌落发生器的研制

为了测试风力发电系统的低电压穿越能力,需要专门的电压跌落模拟装置。对国内外现有三类电压跌落发生器的研究进行了总结。变压器形式电压跌落发生器具有结构简单、可靠性高和成本低的优势。基于变压器形式研制的电压跌落发生器可以实现三相对称跌落、两相跌落和单相跌落。三种跌落方式均有五种跌落深度可选,比较适合于风机低穿功能的前期验证,为低电压穿越能力的正式测试打下基础。     

基于Crowbar保护的双馈感应发电机暂态特性与参数设计

双馈风力发电系统中,Crowbar(撬棒)仍是实现低电压穿越的常用方案之一,传统的分析方法忽略了定、转子磁链间的耦合,会带来较大的分析误差并遗漏一些暂态特性。从双馈感应发电机的数学模型出发,通过分析端口电压发生对称跌落、投入Crowbar后双馈感应发电机的暂态过程,推导出了定子磁链、定子电流、转子电流的解析表达式,并在表达式的基础上分析了各暂态量的幅值和变化规律等特性。在MATLAB/Simulink中建立了双馈感应发电机的仿真模型,结果证明了表达式的准确性。从复杂的数学表达式中抽离出Crowbar阻值与暂态特性的关系,分析了不同的Crowbar阻值对于故障期间系统的功率、电磁转矩的影响,并结合转子电流峰值计算及直流母线电压钳位效应的限制,给出了一种Crowbar电阻取值方案,该方案将有助于实际工程中选取合适的Crowbar参数。     

并网准则要求下的风电场设计和分析方法

随着风力发电比重的增加,电网对风电场并网的技术要求也越来越严格。为了确保规划的风电场满足电网的并网技术准则,并网运行风电场的方案必须根据并网技术准则的要求进行设计。对风电场并网准则的技术内容进行了分析,介绍了维斯塔斯公司根据并网准则进行风电场方案设计的方法。这些方法包括根据并网准则要求设计主回路;计算短路电流,检验方案的短路容量是否满足要求;通过潮流计算确定并网准则对无功补偿设备的容量要求;分析风电场在电网电压下降时的暂态行为,判断并网准则中的低电压穿越要求对方案的影响;给出了当规划的风电场不符合并网准则时应采取的解决措施,如采用无功补偿及相应的补偿设备和补偿量。文章最后给出了相应的算例分析。