应用STATCOM提高DFIG的低电压穿越域

为衡量风电机组的低电压穿越能力,提出了低电压穿越域的概念,分析了在并网点接入STATCOM对于风电机组低电压穿越的影响。推导出3种不对称故障期间转子感应电动势峰值与转差率的关系,以转子侧最大控制电压为约束得到风电机组低电压穿越域。在PSCAD中建立了含STATCOM的风电仿真模型,并进行了仿真实验。结果表明:STATCOM在电网故障后抬高了机端电压,降低了转子感应电动势峰值,提高了风电机组的低电压穿越域,并发出无功功率支撑电网,确保风电机组并网运行,提高电网的安全稳定性。     

风电场低电压穿越能力对地区电网稳定性的影响研究

随着风电穿透功率的急剧增加,风力发电对地区电网稳定性的影响变得不容忽视,风电机组低电压穿越技术的研究成为热点问题。在详细分析双馈感应风电机组各模块数学模型的基础上,建立了用于动态仿真的风电机组的暂态计算模型。以华东地区某一实际并网风电场作为算例,对风电场是否具备低电压穿越能力对电网稳定性的影响进行了研究,在国家电网的风电场低电压穿越要求及地区电网实际情况的指导下,提出了适合地区电网的低电压穿越最低要求,仿真结果验证了风电场执行文中提出的低电压穿越最低要求时,地区电网稳定性能够得到满足。     

电力系统对并网风电机组承受低电压能力的要求

阐述了风电机组低电压穿越原理和相应的控制策略,在电力系统仿真分析软件DIgSILENT/Power Factory中建立了具有低电压穿越功能的双馈风电机组模型。以某地区电网为例进行仿真计算,并提出了一种确定风电机组低电压穿越参数与要求的方法。通过计算系统中所有母线依次发生短路时风电机组在短路瞬间的机端电压值,在地理接线图中标出了系统中不同母线短路时对风电机组端电压的影响程度,据此给出了风电场低电压穿越功能中的电压限制值。分析结果表明,在某些情况下要求风电机组具有很强的低电压穿越能力是不符合实际的;而在另外一些情况下则必须要求风电机组具有较好的低电压穿越能力,否则会对系统的稳定运行构成威胁。因此,应根据具体接入方案计算风电机组低电压穿越功能中的电压限值。     

PSS/E环境下的第二代风机模型解析与低电压穿越功能优化增强

PSS/E作为广泛应用且功能强大的电力系统专业仿真分析软件,在模型仿真研究中具有巨大优势。但PSS/E的暂态模型在对风电机组的低电压穿越描述中存在缺陷,致使PSS/E环境下的风电建模仿真无法进行有效深入的并网研究,对于电网规划建设及运行控制各个环节,均降低了实际参考指导意义。通过全面解析PSS/E第2代风机模型的构建机理,阐述其在风机低电压工况描述上的优势与不足,并应用PSS/E强大的暂态模型自定义功能对其低穿特性进行功能补充优化。该工作填补了基于PSS/E第2代风机模型进行功能扩展上的研究空白,丰富了PSS/E暂态模型库,赋予该软件平台进行大规模可再生能源并网发电暂态分析的核心功能。结合风机实际电压跌落故障下的输出特性,通过仿真对比验证了该模块的准确性与实用性。     

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。     

国家863计划课题“风电机组低电压穿越测试系统研制”通过验收

近日,由中国电科院承担的国家863计划课题"风电机组低电压穿越测试系统研制"顺利通过国家科技部组织的验收。课题研究提出了我国风电机组/风电场低电压穿越的技术要求;建立了风电机组低电压穿越测试系统仿真模型;研究了风电机组低电压穿越测试方法,经对不同电压跌落发生装置设计方案研究与比较,开发了具有自主知识产权的风电机组低电压穿越测试系统;完成了低电压穿越测试的示范应     

并网型异步风电机组的低电压穿越性能分析

为了分析并网型异步风电机组低电压穿越的性能,文中给出了异步风电机组和无功补偿装置(STATCOM)的模型,建立了风电场仿真系统模型,分别仿真了采取改善措施(在汇流母线处加装STATCOM)前后两种并网型异步风电机组低电压穿越的性能并进行了对比分析.得出结论:鼠笼式异步风电机组低电压穿越能力较弱,双馈式异步风电机组低电压穿越性能优越;采取一定改善措施后可以明显提高两种机组的低电压穿越性能,尤其是对鼠笼式异步风电机组改善最为明显.     

低电压穿越测试中短路容量因素的影响分析

对风电机组低电压穿越(LVRT)能力的现场测试是检验风电机组LVRT能力的重要手段.这里从某风场双馈感应发电机(DFIG)的现场LVRT测试中发现的问题展开,通过重新梳理整个测试方案的检测流程和设备参数发现了测试点短路容量不匹配.为确认原因,首先从理论计算的角度进行分析,然后根据现场风机参数建立DFIG Matlab仿真模型,通过模拟电网发生电压跌落故障,验证了测试点短路容量的变化对风电机组LVRT测试的影响.最后通过现场实测再次确认了问题的原因,并验证了调整后设备参数的正确性.     

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。     

静止同步补偿器增强风电场的低电压穿越能力的应用分析

提出利用静止同步补偿器(static synchronous compensator,STATCOM)快速补偿无功功率以增强双馈式风电机组和直驱式风电机组的低电压穿越能力.首先阐述了风电机组的动态模型,然后给出了STATCOM控制模型,最后将STATCOM装置应用到合风电场的电力系统中,比较加装STATCOM前后母线56和母线12的电压以及风电机组输出功率的变化情况.仿真结果表明,STATCOM能有效地帮助风电机组在电网发生故障后恢复机端电压和故障点电压,并防止风电机组输出功率振荡,使风电场在故障发生后能保持连续运行,增强了风电机组的低电压穿越能力.     

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。     

双馈风电机组高电压穿越控制策略与试验

针对风电的高电压脱网问题,介绍了主要风电并网导则对高电压穿越的要求,对比分析了双馈风电机组低电压和高电压的电磁暂态特性,论证了双馈风电机组1.3倍额定电压的高电压穿越过程全程可控的可行性。提出了一种基于双馈变流器动态无功控制的高电压穿越控制策略和风电机组主控系统与变流器协同控制完成高电压穿越的实现方法,避免了Crowbar或Chopper保护动作对高电压穿越特性的不利影响。在MATLAB/Simulink中建立了2 MW双馈风电机组高电压穿越仿真模型,实现了高电压穿越全过程仿真;利用高电压发生装置,在2 MW双馈风电机组上进行了高电压穿越现场试验,试验结果表明了理论与仿真分析的准确性及控制策略的有效性。     

基于SDR的双馈异步风电机组低电压穿越方案研究

随着风电并网容量的快速增加,电力系统对并网风电机组低电压穿越能力的要求也越来越高。提出基于串联动态电阻(SDR)的双馈异步风电机组低电压穿越新方法,介绍了其拓扑结构与工作原理,通过电网正常运行和发生低电压故障情况下双馈异步风电机组数学模型论证了方法的可行性。在Matlab/Simulink中建立了风电机组的仿真分析模型以验证其有效性,仿真结果表明,该方法可以实现电压跌落期间双馈异步风机不脱网稳定运行,同时选择SDR电阻时既要保证转子电流在安全范围内,还要考虑限制故障过程中的过电压。     

一种PMSG低电压穿越综合控制策略

分析了关于直驱风电机组的不同低电压穿越方法的优缺点,结合直驱风电机组结构特点,提出一种能适应于不同电压跌落情况下的低电压穿越综合策略,即减少发电机出力,将变阻值卸荷电路和桨距角控制相结合,以避免直流电容过电压和发电机超速为原则,确保发电机和变流器的安全运行;网侧逆变器提供无功支持,同时采用基于磁控电抗器(Magnetically Controlled Reactor,MCR)的动态无功补偿装置进行无功补偿。在PSCAD平台上构建基于综合控制策略的直驱永磁风电机组模型,通过仿真验证了不同电压跌落下的直驱永磁风电机组低电压穿越能力,以及综合控制策略的可行性。研究表明低电压穿越综合策略能兼顾提升机组低电压穿越能力和故障穿越结束后风电机组的稳定运行能力。     

风电不同外送输电系统低电压穿越特性研究

随着风电机组安装容量不断增加,风电场在电网故障情况下的暂态运行特性变得尤为重要。本文应用PSCAD软件建立了分别含有直驱永磁风电机组、双馈感应式风电机组的风电场动态模型,并研究了2种模型对电网暂态稳定性的影响。仿真分析了风电场-电网系统的传输线路上分别发生对称故障和不对称故障2种工况时,风电场中2种机组的低电压穿越能力以及在加装无功补偿装置后风电场低电压穿越能力。比较不同风电机组有功功率、无功功率和直流电压的特性,得出以下结论:双馈感应式风电机组虽然可以通过串联制动电阻提高低电压穿越能力,但在故障消除后电网电压的突变对双馈机有一定的影响,其对电网具有很强的依赖性;直驱永磁风电机组由于自身结构的特点,在电网故障时具有较好的运行特性,有利于优化电能质量。针对风电场不同机组采用无功补偿装置来提高故障时电网电压恢复能力,维持系统稳定运行。     

基于MMC的风电机组低电压穿越测试装置控制策略研究

电力电子型风电机组低电压穿越(Low Voltage Ride Through, LVRT)测试装置具有控制灵活、精度高、功能多样、对电网干扰小等优点。如何准确模拟标准要求的各种电网故障电压波形是该装置控制策略要解决的关键问题。为此,首先构造了三相短路和两相短路的虚拟故障电路,利用对称分量法,详细推导了以电压跌落百分比为输入条件的电网故障电压和短路阻抗比的解析表达式。其次,将电网故障电压作为LVRT测试装置的电压跌落指令参考值,通过闭环控制即可输出需要的测试电压波形。最后,结合基于模块化多电平换流器(Modular Multilevel Convener, MMC)的风电机组LVRT测试装置,给出了电网侧MMC和风机侧MMC的控制策略。在PSCAD/ETMDC中搭建了大容量风电机组低电压穿越测试装置仿真模型,通过LVRT测试中的2种典型工况仿真验证了该方法的有效性。     

双馈风电机组低电压穿越参考功率优化整定

在综合双馈风电机组已有低电压穿越方法的基础上,提出一种双馈风电机组低电压穿越参考功率优化整定方法。在详细分析电压跌落引发crowbar保护动作后的双馈风电机组机电暂态过程的基础上,根据转子运动方程,推导了电压跌落持续期间双馈感应发电机不发生超速脱网的条件,给出了双馈感应发电机参考功率的整定计算公式。基于PSCAD/EMTDC V4.2.0仿真软件,搭建了某型号1.5 MW双馈风电机组的低电压穿越仿真模型。仿真结果表明,在电压跌落持续期间,所提出的参考功率整定方法既能减轻双馈感应发电机转速增加程度,又能使双馈感应发电机向电网发出一定无功功率,进而验证了所提方法的有效性。     

直驱风机HVRT两种直流侧卸荷方法对比仿真研究

近些年来,国内外学者对风电机组低电压穿越进行了研究,但对于并网风电机组高电压穿越研究较少。为提高直驱风电机组高电压穿越能力,以2.5MW直驱风电机组为研究对象。本文首先对比分析了国外的风电机组高电压穿越标准,然后提出对网侧变流器采用稳态时单位功率因数控制、暂态时提供无功的控制策略。最后,在Matlab/Simulink中分别建立了斩波电路和超级电容储能系统两种直流侧卸荷电路模型,在相同工况下,仿真分析了两种卸荷电路对机组暂态特性的影响。研究结果表明：两种卸荷方式均能实现直驱风电机组高电压穿越,相比斩波电路,超级电容储能系统不仅能够提升风电机组的高电压穿越能力,而且能够改善机组故障穿越结束后机组稳定运行特性。     

考虑转矩失衡的双馈感应风电机组低电压穿越控制研究

目前双馈感应风电机组(DFIG)主要通过配备主动式Crowbar保护来实现低电压穿越(LVRT),由于电网扰动将打破风电机组原有的转矩平衡条件,由此可能导致风电机组转子加速至超速保护动作值,触发超速保护动作,致使风电机组发生超速脱网,无法实现故障穿越。本文分析了dq坐标系下DFIG的数学模型和功率解耦控制原理,基于PSCAD/EMTDC仿真平台搭建的DFIG联网仿真系统,仿真分析了因转矩失衡导致机组超速脱网的LVRT失败过程,表明机电暂态过程对机组LVRT有重要影响。继而提出一种故障期间重启转子变流器、恢复机组功率控制的改进LVRT控制策略,仿真结果表明了改进控制策略的有效性。     

恒速风电机组极限切除时间的确定

为分析电网故障时恒速风电机组的暂态稳定性及其对电网的影响,首先,以等面积法则为理论依据.利用感应发电机的转矩-滑差曲线和机械输入转矩曲线,确定了感应发电机的极限切除时间;其次,考虑电网故障时刚性度较低的风电机组轴(采用双质块模型)的松弛所释放出的能量使感应发电机的加速而导致发电机的加速面积增大且大于其减速面积,因此恒速风电机组中感应发电机的极限切除时间小于单纯的感应发电机极限切除时间;最后,根据恒速风电机组所使用感应发电机的极限切除时间确定恒速风电机组极限切除时间.通过仿真分析得出恒速风电机组轴刚性度对机组极限切除时间的影响,随机组轴刚性度增大机组的极限切除时间增大,但是当轴的刚度系数增加到一定程度时,风电机组的轴就可看作单质块模型,机组的极限切除时间就不再增加.