基于STATCOM的双馈风力发电机低电压穿越能力分析

为了对风电场低电压穿越(Low Voltage Ride Through,LVRT)动态响应特性及其治理措施进行研究,建立了双馈感应发电机(Doubly Fed Induction Generator,DFIG)风电场仿真模型,讨论了DFIG网侧和转子侧变流器控制策略,并从风机机端电压、风机直流母线电压等关键方面分析了静止同步补偿器(Static Synchronous Compensator,STATCOM)在风电场低电压穿越防治中的应用有效性。分析结果表明,采用STATCOM可以显著改善风机在低电压情况的响应特性,同时STATCOM可以提供动态无功功率补偿,减轻电网低电压对风机的不利影响,有助于风机提供稳定发电能力,减少风电场停机时间和电网扰动。     

STATCOM在双馈风电场低电压穿越中的应用研究

双馈感应发电机(DFIG)采用转子撬棒(Crowbar)进行低电压穿越保护时,须向电网吸收大量的无功功率,不利于故障过程中电网电压恢复。文中在双馈风电场中加入静止同步补偿器(STATCOM),用以补偿Crowbar动作后DFIG异步运行时对电网的无功需求。通过不同程度电压跌落下风电场动态仿真进行验证,结果表明电网电压跌落严重时STATCOM的无功补偿效果明显,电网故障中DFIG还能向电网提供一定出力,维持电网稳定运行;与只投入Crowbar的情况相比,同时加入STATCOM和Crowbar不会对DFIG各分量产生冲击;电压跌落轻微时DFIG可通过自身的变流器调节实现低电压穿越,投入Crowbar和STATCOM反而会加剧系统的振荡。     

PMSG无功控制和低电压穿越能力的研究

通过对双PMW直驱式永磁同步风力发电机（PMSG）系统的研究,针对电网对无功控制和低电压穿越能力的技术要求,提出了一种改进型功率变换控制方法,该方法通过机侧整流器稳定直流母线电压,网侧逆变器跟踪风力机的转速实现最大风能利用;且在并网口高压端加装静止同步无功补偿器（STATCOM）,以提高风电系统的无功补偿能力,通过STATCOM与网侧逆变器的协调控制,进一步提高PMSG系统的低电压穿越能力。仿真结果表明所提出的方案有效提高了PMSG系统的无功补偿和低电压穿越能力。     

STATCOM对风电场低电压穿越和保护的研究

在Matlab/Simulink中建立了含异步风力机的风电场和STATCOM仿真模型。根据目前风电场接入系统保护配置,针对采用STATCOM后的异步风电场对系统保护配置影响及其存在的问题进行研究。研究表明,加装STATCOM装置可提高风机风电场的低电压穿越能力。提出了合理的改善低电压穿越和继电保护相互配合的措施,尽可能减少风力机脱网,提高电网的安全、稳定性。     

协调相邻风电场之间低电压穿越的综合保护方案

多个风电场相邻时,若某一风电场近端发生严重故障,其撬棒投入实现低电压穿越的同时,将对相邻风电场造成影响。根据故障时双馈风力发电机(doubly-fed induction generator,DFIG)的无功功率特性,分析了撬棒投入对相邻风电场的影响以及造成相邻风电场撬棒连锁动作的原因,提出了一种基于 DFIG 转子串联电阻和静止同步补偿器(static synchronous compensator,STATCOM)的综合保护方案及相应的控制策略,以协调多风电场之间的低电压穿越,防止撬棒的连锁动作使电网电压和无功功率进一步恶化。仿真结果表明,所提保护方案能够抑制相邻风电场 DFIG 的转子电流,防止撬棒连锁动作,并能最大限度补偿无功缺额,提高出口电压。     

不同风电机组的低电压穿越能力分析

应用Matlab 7.0建立了含不同风电机组的风电场动态模型,用于研究包含恒速异步风力发电机和双馈异步风力发电机的风电场对电网的影响,通过仿真分析电网发生严重三相短路故障后不同风电机组的低电压穿越能力,以及加装静止无功补偿器(SVC)后风电机组的低电压穿越能力.比较风电机组转速、有功功率和无功功率变化情况,得出结论:双馈异步风力发电机变速平稳,低电压穿越能力较强,有利于优化电能质量.当电网发生故障时,针对风电场中的不同风电机组应采用不同的策略来提高风电机组的低电压穿越能力,维持电力系统的稳定运行.     

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.     

基于Crowbar的双馈风力发电低电压穿越研究

随着风力发电机容量和风电规模的增加,要求双馈感应发电机(DFIG)能够实现低电压穿越(LVRT)能力。在电网电压跌落的对称故障下,针对原有LVRT技术的不足,提出一种采用主动式Crowbar电路的控制策略。在电压跌落后,转子电流突升时,触发Crowbar电路,旁路转子侧变换器;在电流恢复到一定程度时,断开Crowbar电路,使转子侧变换器投入工作。通过有、无Crowbar电路仿真对比表明,该方法可较好地控制转子过电流、母线过电压及电磁转矩的振荡,同时在故障期间向系统输送无功,达到LVRT的要求。     

风电场实现低电压穿越技术改造方案

我国风电设备制造业刚刚起步,风电机组普遍不具备低电压穿越(LVRT)能力,对风电机组进行改造所需的成本昂贵,因此考虑对风电场进行技术改造。分析并综述了国内外实现风电场LVRT技术改造的主要方案,现阶段并联动态无功补偿装置和串联动态电压调节器比较可行,未来储能装置由于其具备有功无功调节的多种功能,将会广泛地应用于风电场提高低电压穿越能力。     

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.     

基于DFIG与SVC的风电场无功电压协调控制策略

针对风电场的无功电压问题,构建了风电场模型,提出了一种综合考虑双馈风电机组（doubly-fed induction generator,DFIG）和静止无功补偿器（static var compensator,SVC）的无功电压协调控制策略。建立了综合考虑风电场公共接入点（point of common coupling,PCC）的电压偏移量和无功源的无功裕度的目标函数。基于混沌量子粒子群算法对风电场进行无功电压控制,通过协调DFIG和SVC的无功出力,使得风电场PCC的电压满足要求,同时提高其无功源的无功裕度。最后,以华北某风电场为例进行算例分析,验证了所提无功电压协调控制策略的可行性及有效性。     

动态调整转子撬棒阻值的双馈风电机组低电压穿越方法

双馈感应发电机(DFIG)等大型电力电子发电设备接入电网,改变了电力系统源端的暂态特性。在系统故障下,为保证DFIG不脱网运行,常采用转子撬棒保护电路完成低电压穿越(LVRT)。DFIG的暂态特性与故障发生时刻和故障程度有关,传统固定阻值的撬棒电路很难保证不同故障下的LVRT。从时域角度推导了撬棒投入后的暂态转子电流表达式,并提出了基于动态调整转子撬棒阻值的DFIG的LVRT方案,制定了转子撬棒自适应控制策略及阻值整定方法。仿真分析了不同电压跌落深度下所提方案的LVRT特性。结果表明,所提方法不仅能够满足不同电压跌落深度下的转子电流和直流母线电压,而且降低了撬棒投入次数及时间。     

双馈风电机组低电压穿越能力的研究

随着风电机组容量的逐年增大,为减少大规模风电接入系统对电网的影响,对风电提出了新要求,即风电机组具有一定的低电压穿越能力。介绍了变速恒频双馈风电机组的基本结构,建立了双馈风电机组动态数学模型。以Matlab/Simulink为仿真平台搭建了系统仿真模型,结合风电场低电压穿越能力要求的规定,针对不同电网电压跌落的情况下,仿真研究了变速恒频风电机组的低电压穿越能力,结果表明：双馈风电机组在电网电压跌落时满足继续并网运行的条件,且为电网电压恢复提供了无功,提供的无功功率大小与电网电压跌落程度有关。     

基于干扰抑制的双馈风机低电压穿越控制策略

低电压穿越要求风力发电系统在电网电压突降下保持连续运行并为电网提供无功功率支撑。为提升双馈风力发电系统的低电压穿越能力,提出基于状态相关Riccati方程技术的干扰抑制控制方法。所提干扰抑制控制目标为：确保转子侧换流器在暂态期间为系统提供所需的无功功率支撑;控制网侧换流器以维持直流母线电压恒定。基于上述控制目标构建相应的干扰抑制控制问题,并采用状态相关Riccati方程技术获得反馈控制律。在设计权重矩阵时,充分考虑了控制目标、控制效果与控制成本的影响。为了保证转子电流和直流母线电压在低电压穿越过程中处于安全范围,设计转子电流抑制机制,并采用串联动态电阻保护电路。最后,与传统比例-积分（PI）控制、基于粒子群优化的PI控制、滑模控制以及精确线性化控制的仿真结果进行对比,结果表明所提出的控制策略具有更好的暂态性能,能够有效地提升双馈风力发电系统的低电压穿越能力。     

风力发电低电压穿越技术综述

近年来风力发电占供电比重增长迅速.在电网出现故障导致电压跌落后,风力机组如果纷纷解列会带来系统暂态不稳定,并可能造成局部甚至是系统全面瘫痪,故人们开始关注风机并网并相应提出了低电压穿越(LVRT)要求.文中详细分析了定速异步风机(FSIG)、同步直驱式风机(PMSG)和双馈式风机(DFIG)三种主要机型在电网电压跌落时的暂态特性,并综述了国内外提出的主要LVRT方案.重点分析了最难实现穿越的双馈风机的LVRT方案.     

STATCOM与SVC提高大型异步机风电场LVRT能力对比研究

研究了STATCOM与SVC提高大型异步机风电场低电压穿越(LVRT)能力的效果。分析了恒速异步风力发电机LVRT能力低的原因以及STATCOM与SVC提高其LVRT能力的作用机理。在PSCAD/EMTDC中分别搭建了STATCOM、SVC控制模型和含异步机风电场的IEEE14节点电网的仿真模型,通过仿真实验验证了这两种无功补偿装置对于提高异步机风电场LVRT能力的重要作用。仿真实验结果表明:STATCOM与SVC均能够帮助风电场在电网故障后快速重建电压,降低电网同步发电机励磁电压峰值和强励时间,抑制发电机转子加速,使异步风力发电机组穿越低电压故障区域。STATCOM比SVC有更好的补偿稳定性,提高异步机风电场LVRT能力更突出。     

储能型双馈风电场联合STATCOM的无功协调控制

针对传统双馈风电机组(DFIG)低电压穿越(LVRT)能力不足问题,提出了储能型双馈风电场联合STATCOM的无功协调控制。该控制是在网侧变流器（GSC）原有的模型上将超级电容经隔离型DC/DC变换器并联到风机直流侧,以此吸收故障期间直流侧产生的不平衡功率;在发生低电压故障时,根据超级电容投入情况,对两侧变流器和并联在风机出口母线上的STATCOM进行无功协调控制来支撑电网电压;同时超级电容储能装置采用电压电流双闭环控制,满足了系统稳定性和经济性的要求。仿真结果表明：该方法应用在风电并网系统中可以使DFIG的LVRT能力得到极大的提升。     

基于PSCAD的2MW双馈风力发电机组低电压穿越能力研究

随着以变速恒频双馈异步发电机为主体的大型风力发电机组在电网中所占比例的迅速提高,电力系统对并网风机在外部电网故障,特别是电网电压跌落下的不间断运行能力提出了更高的要求。首先介绍了德国EON风力发电系统低电压穿越标准,在定子磁链定向的基础上推导了双馈风力发电系统的有功无功解耦控制策略,最后在PSCAD中建立了具有Crowbar保护电路的2 MW双馈风力发电系统模型。仿真结果表明双馈风力发电系统具有很好的电压风穿越能力,正常运行状态下能够实现单位功率因素运行。     

双馈风力发电机低电压穿越控制策略量化评价

近年来风电发展迅速,低电压穿越(LVRT)能力是衡量其暂态运行能力的关键指标。已有学者对提高双馈风力发电机(DFIG)的LVRT能力进行了大量研究,然而针对不同的LVRT控制策略缺乏定量的评价标准。针对DFIG,利用局部输入—输出稳定理论,以外部电压变化为扰动,提出了DFIG的LVRT控制策略定量评价标准。首先,基于局部输入—输出稳定理论的积分—积分估计形式,结合DFIG实际运行要求以及不同控制策略在持续电压干扰下的响应,分析了各个控制策略的局部输入—输出稳定属性。然后,考虑到利用线性函数估计输入—输出增益保守性较大,采用了分段线性函数,并设计了相应算法。最后,基于量化的局部输入—输出稳定属性,提出了定量评价指标,分析了不同控制策略的优劣,并给出了具体改进方案。算例测试证实了改进方案能够在无附加硬件时,充分利用不同控制策略的优势。     

基于定子电流正弦化的双馈风电系统低电压穿越强励控制

基于Crowbar电路的低电压穿越实现了双馈风电机组的系统保护和不脱网运行。Crowbar电路的应用使得网压跌落时转子变流器闭锁,转子电流处于暂态过程。针对采用Crowbar电路实现低电压穿越过程中,双馈风电机组系统对电网产生暂态电流冲击而存在的不足,文中提出一种基于转子电流源控制的低电压穿越强励控制策略,通过强励实现低电压穿越过程定子暂态直流磁链分量的补偿,以实现低电压穿越过程中定子电流的正弦化。由于在静止坐标系中引入直流磁链补偿,在转子dq旋转坐标系控制方程中引入了工频交流分量,因此文中提出了一种基于多分量增益的比例谐振(PR)并联调节器,并通过该并联调节器的闭环传递函数分析对调节器参数进行整定,实现了控制带宽范围内直流电流分量与工频交流电流分量的无静差控制。仿真及实验结果验证了理论分析的正确性,为双馈风电系统的低电压穿越控制提供了一种高性能的控制策略。