电网故障下双馈风电机组暂态电流评估及分析

为了便于分析并网双馈风力发电机组低电压穿越(LVRT)运行的承受能力,有必要对电网故障下双馈风电机组的暂态电流进行评估.本文利用双馈发电机定、转子磁链的暂态变化机理,推导并提出了双馈风电机组在机端短路故障和电网电压不同跌落程度时的定、转子暂态电流评估的解析表达式,并通过考虑风力机传动链柔性的机组暂态仿真结果验证了推导表达式的正确性.在此基础上,应用推导的表达式对双馈风电机组在不同初始输出有功功率、无功功率以及电网电压不同跌落程度时的定、转子暂态电流最大值进行了计算,并得到了不同运行工况对机组暂态性能的影响规律.     

非对称电网故障下的双馈风电机组低电压穿越暂态控制策略

传统基于Crowbar的低电压穿越(LVRT)解决方案不仅没有充分利用变流器对双馈感应发电机(DFIG)的控制灵活性,而且也难以较好地适应当今不断提升的并网要求。而当前非对称电网故障下的暂态补偿控制策略也缺乏相应的实验验证。鉴于此,文中对电网电压发生跌落故障时定、转子电磁暂态过程进行了深入分析和讨论,并针对非对称故障时转子端过电压主要由定子磁链直流分量和负序分量引起这一现象,研究了一种有效的LVRT控制策略。该策略通过在DFIG转子侧适时准确地分别注入与磁链直流分量和负序分量相对应的暂态补偿量,最大限度地减小暂态转子电压冲击,提高DFIG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。11kW模拟机组的实验验证了所述分析和设计。     

电网对称故障时双馈感应发电机低电压穿越控制

分析电网对称故障时,双馈感应风力发电机定子磁链变化过程、导致定转子过电流的原因、电网故障发生具体时刻及故障程度对双馈感应发电机定转子的影响,提出一种双馈感应风力发电机转子侧变换器低电压穿越控制策略,改善了双馈感应发电机在电网故障时定、转子过电流的情况,实现了双馈感应发电机在电网对称故障时的低电压穿越.在理论分析基础上,建立双馈感应发电机转子侧变换器低电压穿越控制模型和3 kW双馈感应发电机励磁变换器低电压穿越控制实验系统.实验结果表明,所提出的双馈感应发电机低电压穿越控制策略动态响应快、方法行之有效.     

双馈风电机组暂态特性分析及低电压穿越方案

提出了一种新的转子暂态电流计算方法,将电网故障后电机的电磁暂态过程处理为不同状态的叠加,综合考虑了定子侧电压故障分量、转子侧电压故障分量以及Crowbar电路投入引起的暂态冲击作用。在此基础上,推导了转子电压峰值与Crowbar电路阻值间的函数关系,利用作图法给出了Crowbar电阻取值的实用整定原则。针对Crowbar电路切除后低电压期间的电机控制,提出了一种根据电压跌落深度调整有功和无功参考值的自适应控制策略及相应的低电压穿越方案,使双馈风力发电机在电压跌落期间能给予系统一定的无功支撑。最后,以1.5MW双馈风力发电机为例进行仿真验证,结果表明所述方法正确有效。     

双馈感应风力发电机故障穿越特性及其控制

风电场低电压穿越能力对接入系统的暂态稳定性有着重要影响。分析双馈感应风力发电机的励磁控制原理,在此基础上研究风电机组基于电流解耦的矢量控制策略以及故障期间转子侧变流器Crowbar(撬棒)滞环保护方案和网侧变流器的电压支撑技术。运用PSCAD/EMTDC仿真工具研究常规同步发电机和双馈风力发电机2种类型机组在短时间和长时间短路故障时的暂态响应特性,并探讨变流器参数对风电机组性能的影响。结果表明:变流器紧急应对措施可以使风机迅速恢复控制能力,从而通过灵活地调节其转子磁链矢量的幅值和相角使电压快速重建;此外,选择合适的直流侧电容容量将增强不对称故障情况下网侧变流器抵抗负序电流的能力。     

具有低电压穿越能力的双馈风电机组故障暂态特性分析

对目前广泛应用的双馈风电机组来说,其故障电磁暂态特性相对较复杂,不仅与发电机本身暂态特性有关,也与变换器相关控制与保护策略密切联系。已有双馈风电机组故障特性的分析多数基于较多假设条件,不足以全面评估和认识大量风电接入对电网故障特性的影响。基于典型并网控制和低电压穿越控制策略,在理论上推导了故障初始阶段Crowbar投入、故障发生一段时间后Crowbar切除且转子变换器控制作用以及故障期间Crowbar始终未投入等情况下双馈发电机的短路电流计算公式。同时,从定量仿真分析角度揭示了双馈风力发电机组在故障发生、切除全过程中的暂态响应特性。所得研究结论将能为大规模风电接入电网后现有保护适应性分析及其新原理研究提供较好的理论支撑。     

双馈风电机组低电压穿越的Crowbar优化控制策略分析

双馈风电机组的低电压穿越通常采用在转子侧加撬棒保护电路（Crowbar）的方法。为有效评估双馈风电机组的故障暂态行为,首先分析了电网故障期间撬棒投入后的机组定转子电流特性,讨论了撬棒阻值的取值范围。在此基础上,以PSCAD/EMTDC为平台,建立包含撬棒保护电路的双馈风力发电机组模型,分析了2种撬棒控制策略下的机组动态响应,提出了一个评价机组动态响应的指标函数,对仿真结果比较分析,得出了双馈风电机组在不同电压跌落情况下实现低电压穿越的撬棒优化控制策略。     

双馈型风电系统电网故障不间断运行的研究

为保护变频器,需要采用Crowbar装置在电压跌落时为转子浪涌电流提供通路,并限制转子电流增大,在电压恢复时抑制电压骤升。因此提出了一种Crowbar控制策略,能有效抑制转子过电流、直流母线过电压,并可向电网注入无功电流以帮助电网电压的恢复。测量结果表明了控制方式能使双馈型感应发电机（DFIG）在大幅电压跌落故障下实现不间断运行,有效提高了DFIG风电机组运行的可靠性。     

电网电压不对称跌落下双馈风电机组转子电压分析

在实现低电压穿越的过程中,双馈感应发电机(DFIG)定子始终与电网相连,电机在电网电压跌落和恢复作用下的磁链动态响应会引起转子过电压,威胁转子变流器的安全,导致低电压穿越失败。文中基于DFIG动态模型,针对电网电压三相不对称跌落,提出了根据正序和负序电网电压分别求解电机定子磁链和转子电压动态响应的方法,采用电机定子磁链和转子电压矢量轨迹图直观地描述了电机动态响应过程,并给出了转子电压在不对称跌落期间的稳态值、不同跌落和恢复时刻下的最大值和最小值。相应的DFIG仿真结果验证了所述理论分析的正确性。最后,提出了一种转子有源Crowbar电阻的设计方法。     

基于CROWBAR的双馈感应发电机低电压穿越的仿真研究

针对双馈感应发电机在低电压穿越过程中所遇到定子、转子过流的问题,笔者提出采用主动Crowbar保护电路作为转子过电流旁路通道,以抑制直流母线过电压.通过在PSCAD/EMTDC平台下搭建双馈感应发电机的仿真模型及对有无Crowbar电路的DFIG在三相短路条件下进行仿真,其结果证明,主动Crowbar电路能够有效实现双馈感应发电机在故障条件下的低电压穿越.     

双馈感应风力发电机低电压穿越综合分析

在过去10年中发电和电网的稳定性已成为关键问题。大容量风力发电并入电网的快速发展引起了对电力系统动态行为的高度关切和对风能合理利用所需电网规范的迫切需求。在电网故障时双馈风力发电机的低电压穿越能力是其中一个核心问题。该文全面研究与电网连接的双馈风力发电机的低电压穿越问题,通过仿真对低电压穿越原则和并网风力发电机的控制进行详细的理论研究,介绍在电网故障期间风力发电机的瞬态特性和复杂的动态行为,并对并网操作中最具挑战性的问题进行调研。     

电网故障下基于撬棒保护的双馈风电机组短路电流分析

首先分析了撬棒接入后双馈感应发电机(DFIG)定、转子磁链的全响应,进而给出了适用于对称/不对称电网电压跌落故障情况的DFIG短路电流时域解析表达式.在此基础上,提出了一种新型的电阻串联电容式撬棒结构,并给出了其中电容值的选取方法.较之传统的电阻式撬棒,该撬棒能够更为有效地抑制DFIG的转子浪涌电流并改善故障期间DFIG定子端的有功、无功功率外特性.最后,基于1.5 MW的DFIG风电系统仿真模型和3 kW实验平台分别对短路电流解析分析的正确性以及电阻串联电容式撬棒结构的有效性进行了仿真和实验验证.     

对称电网故障下双馈式风力发电系统去磁控制

双馈感应电机(doubly-fed induction generator,DFIG)被广泛地用于变速恒频风力发电系统中,但它对电网故障特别敏感.研究了双馈式风力发电系统在对称电网故障下的响应,并且提出了一种加速定子直流磁链的衰减的去磁控制策略.该控制策略无需系统硬件参数,可以显著缩短对称故障下系统暂态过程.为了满足电网低电压穿越要求,还给出了故障期间有功电流、无功电流和去磁电流协调控制策略.为了验证所提出的控制策略,搭建了小功率实验平台,实验结果验证了控制策略的正确性.     

电网不对称故障下双馈风力发电机组的LVRT研究

本文在研究了电网电压不对称对双馈风力发电机(DFIG)的影响以及DFIG正、负序数学模型的基础上,分析了电网电压不对称条件下对系统输出有功、无功的构成,提出在转子侧和网侧采用正、负序分量分离控制与传统Crowbar电路结合的控制策略,并对Crowbar阻值和投切时间进行分析。最后通过Matlab对系统进行验证,仿真结果表明在电网不对称故障时,这种控制策略可以消除负序电流对定子侧有功功率、无功功率、电磁转矩和直流侧电压的影响,实现不对称故障穿越。     

不对称故障下双馈感应发电机转子电压分析

针对不对称故障引起的电压跌落,求解得出三种不对称故障期间转子感应电动势峰值,结合对转子侧变流器控制能力的分析揭示了转子侧过流的根本原因。以转子侧变流器的最大控制电压为准则,推导出三种不对称故障的低电压穿越域。采用PSCAD搭建带有撬棒保护Crowbar的双馈风电机组暂态模型,仿真结果验证了所提出的低电压穿越域的正确性。     

双馈感应发电机暂态特性分析及Crowbar阻值优化

双馈感应发电机(DFIG)的暂态过程是研究其低电压穿越(LVRT)的基础和关键。常规研究大多只针对故障发生期间的电磁暂态过程,而未涉及故障清除这一过程,对DFIG的暂态过程分析不全面,导致对转子最大短路电流计算不准确,进而导致Crowbar阻值选取不合理。本文从DFIG数学模型出发,给出了电网电压对称跌落及电网电压恢复时的定子磁链暂态表达式,以转子侧等效电路为基础分析推导转子电流的解析表达式,并据此修正了Crowbar阻值。在PSCAD/EMTDC中建立1.5MW并网DFIG仿真模型,验证了理论分析推导的正确性;并揭示不同故障持续时间将导致电网电压恢复时DFIG不同的暂态过程,忽略故障清除时刻的暂态过程将导致Crowbar阻值选取过大,Crowbar阻值选取需同时考虑故障发生和清除时刻的暂态过程。     

双馈感应发电机Crowbar电路的投切控制策略优化研究

研究了Crowbar投入、退出时间对双馈感应风力发电机低电压穿越性能的影响,并在Matlab/Simulink仿真平台上搭建了含Crowbar保护电路的DFIG模型,验证了Crowbar投切时间对DFIG低电压穿越的影响,保证故障发生时,Crowbar电路按设定的投切时间工作,短路电流能根据电流的变化规律快速衰减,转子电阻电压不超过直流母线电压;采用阈值投入延时切出的方案,防止Crowbar保护在电网故障时多次投切。仿真结果表明,经过适当的延时切除Crowbar电路可以避免Crowbar电路多次动作和转子再次过电流,能很好地保护风电机组,提高其低电压穿越能力。结果显示,低电压穿越效果很大程度上受退出时间影响。     

基于撬棒保护的双馈风电机组动态特性分析

撬棒保护是双馈风电机组提高的低电压穿越能力的主要措施,它可以用来保护转子侧变流器,改善风机的动态特性,使其达到电网公司及运营商提出的并网要求。而撬棒保护的投切时间对双馈机的低电压穿越性能影响较大,通过瞬时故障分析初步得到了撬棒保护较理想退出时间。对于50%和20%两种不同的电压跌落程度并持续625ms的故障测试结果显示,当电压跌落至20%时,保护退出的理想时间要适当提前一个周波,即故障持续时间和故障的影响程度将对撬棒保护的控制策略产生影响。     

基于Crowbar电路的双馈感应风力发电系统低电压穿越的仿真分析

在分析变速恒频双馈风力发电机组和Crowbar电路工作原理的基础上,建立双馈风力发电系统低电压穿越(LVRT)控制模型和Crowbar控制策略。在PSCAD/EMTDC仿真软件中搭建了双馈感应发电机(DFIG)系统模型和LVRT控制模型。针对电网三相对称短路故障下Crowbar的投切策略进行了仿真研究。仿真结果验证,所提策略能实现双馈风力发电机的低电压穿越。     

应用撬棒电路的双馈型风力发电机低电压穿越分析

风电场规模已经变得越来越大,风电机组的解列会严重影响系统的稳定性,这就要求风电机组具有低电压穿越能力以应对电网电压跌落。由于DFIG的定子侧直接与电网相联,在电网电压突然跌落时,定转子中会出现很大的电压和电流,需采用Crowbar电路（撬棒电路）来旁路转子侧变流器。文中分析了Crowbar电路的控制原理,然后在理论分析的基础上进行了仿真,仿真结果验证了Crowbar电路能够帮助DFIG在故障期间实现低电压穿越,最后进一步分析了Crowbar电路投切时间的选取。