大型风电机组低电压穿越技术分析

本文首先介绍了当前风电市场主流的双馈式风力发电系统和直驱式风力发电系统的拓扑结构,并分析了不同的拓扑对电压跌落的不同动态响应;其次,本文分别对双馈式机组和直驱式机组的电机侧和网侧变换器的矢量控制算法进行了分析和总结。同时,分别对这两种机型的卸荷电路做了分析和比较;最后,通过对某1.5MW双馈机组进行低电压穿越的验证,不仅成功完成了符合我国电网要求的低电压穿越测试,更进一步完成了德国标准的零电压穿越测试。     

风电机组低电压穿越能力影响因素

本文首先对我国风力发电现状及发展趋势进行了分析,其次概述了风电机组低电压穿越能力的定义,同时探讨了低电压穿越技术的集中基本类型。在此基础上,基于变速风电机组,对其低电压穿越功能及原理进行了分析,提出了相应的影响因素。分析得出,风电机组低电压穿越能力的影响因素主要包括控制策略、硬件条件、软件控制及管理水平四个方面。     

基于DVR的风电机组低电压穿越仿真研究

文章提出了基于三单相结构动态电压恢复器(DVR)的风力发电低电压穿越(LVRT)方案。当电网电压发生跌落时,通过串联接入DVR来产生补偿电压,从而维持风电机组定子端电压的恒定。该方案是风力发电与电能质量的有效结合,充分利用了DVR在较短的时间内较强的电压补偿能力。仿真结果表明,该方案有效地抑制了转子侧暂态电流的蹿升,并及时将电网电压恢复到额定值,表现出了良好的低电压穿越能力。     

并网双馈风电机组低电压穿越能力研究

详细分析了双馈风电机组LVRT功能的实现原理,并在电力系统仿真分析软件PSASP中建立双馈风电机组的LVRT功能模型,采用地理接线图直观地表示风电场外部系统发生短路故障瞬间对风电机组端电压的影响．并以我国某地区电网为例来分析在风电场接入方式不同的情况下系统短路故障对风电机组的影响。根据仿真结果给出风电机组LVRT能力的最低电压限值要求。最后提出了利用串联制动电阻来提高风电机组的LVRT能力的新方法。分析结果表明,串联制动电阻能够可观地提高风电机组的低电压穿越能力。具有较高LVRT能力的风电机组。可以节省一定的投资费用,在一定程度上降低了风电的上网电价。     

风电机组模型及其在低电压穿越过程中的有效性认证

介绍风电机组模型有效性研究的最新发展、认证过程和评价指标,以及机组模型的分类、组成和要求,并且对机组模型的发展方向以及测试和评价方法的发展方向提出了看法。     

双馈变速风电机组低电压穿越控制

当系统中风电装机容量比例较大时,系统故障导致电压跌落后,风电场切除会严重影响系统运行的稳定性,这就要求风电机组具有低电压穿越（Low Voltage Ride Through,LVRT）能力,保证系统发生故障后风电机组不间断并网运行。分析了双馈风电机组LVRT原理和基于转子撬棒保护（crow-bar protection）的LVRT控制策略,在电力系统仿真分析软件DIgSILENT/Power Factory中建立了双馈风电机组模型及其LVRT控制模型,以某地区风电系统为例进行仿真计算,分析转子撬棒投入与切除策略及动作时间对实现机组LVRT的影响。     

风电机组低电压穿越能力测试中的风机故障

近年来,我国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,该文详细分析了目前风电机组低电压穿越能力测试所依据的标准,就标准中对风电场及风电机组低电压穿越性能的具体要求进行了分项阐述,在此基础上总结了已开展的现场低电压穿越测试中风机发生的种种故障及其原因,证明了同样机型的风电机组测试性能存在差异,而且现场试验证实了风机零部件故障也成为影响风机低电压穿越性能重要因素。     

变速双馈风电机组低电压穿越功能仿真

分析了变速恒频双馈风力发电机组的工作原理,建立了包含变频器的双馈风力发电机组动态数学模型,并利用MATLAB/Simulink软件搭建了并网型双馈风力发电机组的仿真模块,通过仿真试验分析了外部电网故障下变速恒频双馈风力发电机组的低电压穿越功能,为变速恒频双馈风力发电机组在大型并网风电场中的应用提供了可靠的理论依据     

直驱风电机组低电压穿越改进控制方法仿真研究

采用改进的瞬时对称分量法对电网电压瞬时值进行对称分量分解,提出了电网电压不对称跌落时D-PMSG的低电压穿越控制策略,按照电网电压正序分量和额定电压的比值减小发电机功率,并在解耦控制中分别控制正序和负序分量,正序通道完成能量的传输,负序通道产生和电网负序电压相等的负序电压,从而保证网侧逆变器电流中无负序分量,避免了逆变器非全相过负荷,充分利用其容量。仿真结果研究表明,提出的改进控制策略实现了不对称故障下的低电压穿越,并且保持了逆变器三相电流对称。     

双馈风电机组低电压穿越仿真模型可信度评估

依照实际风场系统,基于Matlab/Simulink搭建了等值局部电网模型、低穿设备模型、箱变模型和风电机组模型。结合矢量控制原理,搭建了基于电网电压定向控制策略的网侧变流器模型和定子磁链定向控制策略的机侧变流器模型,同时研究了电网电压跌落期间Crowbar保护的控制策略。通过对比分析低电压穿越仿真和德国劳氏船级社(GL)风电现场实测结果,对仿真模型可信度进行评估。基于《风电机组电压穿越建模及验证方法》的评估结果验证了搭建的仿真模型可信度满足系统要求,可评估风电机组低电压穿越一致性。     

风电机组低电压穿越转矩和变桨控制策略分析

针对低电压穿越时转速幅值波动大的问题,提出一种以限制吸收风能为目标的控制策略。综合运用高速桨距角调整和快速转矩给定来达到这一目标。文章结合1.5MW双馈机组张北基地测试实例,通过对不同电压跌落深度时的风速、转速、转矩、桨角等数据进行分析,提出利用桨距角的快速调整并配以合理的转矩输出,可完成解决转速(功率)波动大的问题。     

风电机组低电压穿越能力影响因素分析与实例

我国风电大规模汇集地区多处于电网末端,电压波动性强,随着对风电并网安全的关注和风电机组并网性能要求的提高,低电压穿越能力已成为衡量风电机组并网性能的重要指标。文章调研了同一区域内多个风电场实际运行中的低电压穿越故障情况,分析了整机制造厂家、高校及相关研究机构对风电机组低电压穿越技术的研究现状。通过分类统计测试过程中遇到的风电机组低电压脱网故障和总结56台风电机组的低电压穿越测试结果,分析了造成风电机组低电压穿越能力不足的原因,并对引起风电机组低电压穿越能力不足的影响因素进行了阐述。目前,软件版本控制、保护定值的设置与管理、硬件的维护水平已经成为并网风电机组低电压穿越能力的主要影响因素。     

风电机组变桨系统载荷特性研究

以某3 MW风电机组为研究对象,对风电机组变桨系统非线性特性进行研究,证明变桨控制器增益与桨距角为反比例关系。使用GH Bladed软件建立变桨系统载荷计算仿真模型,对正常发电、紧急停机等多种工况下变桨驱动载荷进行仿真,分析不同工况下变桨驱动载荷的变化规律,说明由叶片载荷产生的变桨轴承摩擦扭矩在变桨驱动载荷中占有重要比例。提出基于多工况综合分析的变桨驱动电机选择方法。     

基于RTDS的双馈式风电机组低电压穿越策略

在研究2 MW双馈式风力发电系统稳态和暂态数学模型、控制策略、低电压穿越Crowbar电路参数优选等理论的基础上,利用RTDS平台建立双馈式风力发电低电压穿越系统完备模型,定量模拟电网电压跌落,发现传统的Crowbar保护方案仍有一定改进空间,提出改变Crowbar电路投切时刻提升系统LVRT能力策略,从多角度验证深度电压故障跌落时双馈电机低电压穿越性能。研究结果表明,在严重的电网电压跌落情况下,所采用的研究方案可在保证双馈风力发电机组变换器装置自身安全的基础上,实现机组的不脱网运行,满足国网的风电低电压穿越运行要求。     

永磁直驱风电机组低电压穿越技术的仿真分析

随着电力电子技术的发展,永磁直驱风电机组的并网运行的发展前景看好。为了提高永磁直驱风电机组在电网故障下的低电压穿越能力,可以在直流侧增加了卸荷电路。通过对永磁直驱风电机组的建模和仿真,表明直流侧增加了卸荷电路可以有效提高直驱永磁风电机组的低电压穿越能力。     

5 MW双馈风电机组低电压穿越的仿真分析

针对海上风力发电机组安全可靠运行要求的发展趋势,本文在阐述双馈风电机组控制原理的基础上,建立了双馈发电机及其变流器的控制模型。其次,在分析电力系统对并网风电机组低电压穿越原理基础上,比较分析了双馈风电机组低电压穿越的各种控制技术方案。最后,结合海上用5.0 MW双馈风力发电机组电气参数,对2种典型低电压穿越的转子电路保护措施进行了仿真比较。分析结果表明,采用二极管整流桥加IGBT和保护电阻构成斩波器的措施具有较好的暂态控制效果。     

风切变指数对于风电机组载荷特性影响研究

分析风切变指数对风电机组机械载荷特性的影响,并以某2 MW风电机组载荷测试数据为例,对相同风速不同风切变情况下的载荷数据进行分析。研究风切变指数对风电机组极限载荷、疲劳等效载荷的影响。最后运用GH Bladed软件,对相同外部条件不同风切变指数下的风电机组载荷进行仿真计算,验证风切变指数与风电机组载荷特性之间的内在相关性。测试数据与仿真结果均表明,风电机组结构部件载荷特性与风切变指数强相关,且随着风切变指数的增加,极限载荷与疲劳等效载荷也随之变大。风切变指数的增长率与极限载荷增长率、疲劳等效载荷增长率均呈现二次函数关系,且风切变指数每增加约5%,极限载荷增加约0.1%,疲劳等效载荷增加约0.5%。     

双馈风电机组叶片变化对低电压穿越性能的影响研究

风电机组的低电压穿越能力主要采用现场测试的方式考核。由于同种类型和容量的风电机组通常采用多种长度的叶片配置,在其中一种叶片长度的机组完成低电压穿越测试后,是否必须对其它叶片长度的机组进行重新检测是目前制造商和检测机构面临的问题。针对该问题,文章首先分析了不同的风轮直径引起风电机组低电压穿越过程中机械功率、发电机转速、桨距角、有功功率和无功功率等状态量的变化,提出风轮直径变化对机组各部件低电压穿越特性的影响程度;其次,采用Bladed与Matlab联合仿真模型,在与实测数据对比校验其仿真准确性后,通过设置Bladed模型中详细的叶片、传动链等机械参数,仿真对比不同风轮直径的风电机组各环节状态变量的区别,验证了理论分析的有效性;最后,以77 m和82 m风轮直径的1.5 MW风电机组低电压穿越测试数据进行对比分析,进一步验证了理论分析和仿真结果的正确性。研究表明,在一种叶片长度的双馈风电机组完成低电压穿越检测后,采用其他长度叶片的风电机组可通过模型仿真方式对其低电压穿越性能进行分析和评估。     

叶片变桨速率对风电机组停机过程载荷特性影响研究

分析叶片变桨速率对于风电机组机械载荷影响的机理,并基于某2.5 MW双馈型风电机组载荷实测数据,对相同外部条件不同叶片变桨速率停机过程的载荷数据进行分析,研究叶片变桨速率对风电机组疲劳与极限载荷的影响。运用GH Bladed软件,对不同叶片变桨速率停机工况下的风电机组载荷进行仿真计算,验证叶片变桨速率与风电机组载荷之间的内在关系。现场测试数据与仿真结果均表明,风电机组停机过程中的载荷特性与叶片变桨速率相关,且随着叶片变桨速率的增加,疲劳与极限载荷随之明显增加。由叶片变桨速率增大导致的风电机组极限载荷增加比例与疲劳等效载荷增加比例相近。     

基于电磁暂态控制算法的双馈风电机组低电压穿越控制策略

在对电网故障时双馈电机电磁暂态过程进行深入分析的基础上,针对故障状态下转子端过电压主要由定子磁链直流分量及负序分量引起这一结论,提出一种有效的LVRT控制策略。该策略以降低转子端电压,尤其故障初期转子端电压为首要目标。在双馈电机转子侧适时准确地注入暂态补偿量,并对补偿量相位角进行优化控制。从而最大限度减小暂态转子电压冲击,提高双馈电机的暂态可控性,拓展可穿越的电压故障范围,进而改善双馈风电机组的LVRT性能。11 k W模拟机组的实验验证该文的分析和设计。