双馈风电机组高电压穿越控制策略研究

风电机组的电网电压故障穿越能力是风机重要的并网性能评价指标。随着风机低电压穿越能力的深入研究,电网电压骤升成了威胁风机安全运行的因素。为了研究双馈风电机组在电网电压骤升下的特性及不脱网运行控制策略,分析了电网电压骤升时双馈感应发电机的电磁暂态过渡过程。结合现场运行风电机组的实际特性,提出一种易于工程实现的双馈风电机组高电压穿越控制策略。该控制策略不需更改原风机一次回路结构,只对双馈风机的发电机侧控制逻辑进行修改,即可实现双馈风电机组在电网电压骤升时不脱网运行,保障机组安全与电网稳定。最后通过仿真验证了控制策略的可行性。     

考虑桨距角控制的双馈风电机组高电压穿越控制策略

针对基于传统控制策略双馈风电机组高电压穿越存在超速脱网风险的问题,提出一种考虑桨距角控制的高电压穿越控制策略。高电压穿越期间,一方面通过控制风电机组为电网提供无功支撑;另一方面,当转子转速达到参考值时启动桨距角控制,抑制转子转速上升。仿真结果表明,与传统控制策略相比,所提控制策略可使双馈风电机组在兼顾对电网提供无功支撑和避免转子转速越限两个目标下实现高电压穿越。     

基于实测数据的双馈风电机组外特性研究及简化建模

基于机理建模的双馈风电机组模型复杂,且未考虑电压跌落期间变流器控制策略的改变,难以分析双馈机组电压跌落对系统暂态稳定的影响。双馈风电机组机端电压跌落过程持续时间较短,机组的输出主要受变流器控制策略的影响,不同双馈机组的外特性存在较大差异。由于变流器在电压跌落期间的控制策略为企业机密,一般难以获取,给机理建模带来较大的障碍。非机理建模根据输出的外特性构建简化双馈机组的暂态模型,避免了双馈机组建模的复杂性。对比两种1.5 MW双馈机组电压跌落的实测数据,分析机组的输出特性,并据此构建了双馈机组在电压跌落和恢复过程的简化等值模型。在PSASP软件中利用自定义建模,构建简化模型,进行仿真对比,和测试机组的实际输出具有较高的符合度。基于风电机组外特性的简化模型降低了模型的复杂度,适用于分析双馈风电机组电压跌落对系统暂态稳定的影响。     

直驱永磁同步风电机组高电压穿越技术研究与试验

针对大容量直驱永磁同步风电机组的高电压穿越问题,研究了电网电压升高对全功率变流器母线电压的影响;在风电机组不同的无功输出情况下,分析了机组升压变压器阻抗对并网点电压影响规律。在此基础上,确定了电网高电压故障下无功电流注入的原则,提出了基于变流器动态无功控制的高电压穿越控制策略,并从"高电压判断-高穿执行-高穿结束"3个方面分析了主控系统协调配合机制。在MATLAB中建立了2.5 MW直驱永磁风电机组的仿真模型,实现了风电机组高电压穿越全过程动态仿真;利用电网高电压发生装置,在MW级直驱永磁同步风电机组上进行了高电压穿越现场试验研究,试验结果表明理论与仿真分析的准确性及控制策略的有效性。     

双馈风力发电机组低电压穿越试验与分析

在分析双馈风力发电机组主控系统、变流器、变桨机构协同控制的基础上,提出了通过调整叶片的桨距角,减少风能的捕获,防止机组超速的变桨机构控制策略及电网电压恢复后快速、稳定恢复有功功率输出的功率给定策略。110 kW小功率试验台模拟试验及2MW双馈风电机组低电压穿越测试说明,控制策略能够满足不同风况下,双馈风电机组低电压穿越过程中转速及功率恢复的控制。     

双馈风力发电中的恒电压无功控制策略研究

在常规双馈风电变流器矢量控制基础上,通过增加恒电压无功控制算法,提出一种双馈风电变流器恒电压无功控制策略,即采用PI调节器对电网正序电压进行闭环调节,调节器输出作为变流器无功功率指令输入,无功功率控制不再响应风机主控制器的指令.以1.5 MW双馈风电机组为例进行了仿真模型和实际测试验证,结果表明,该策略在一定程度上能够达到稳定系统电压的目的。     

电网电压深度不对称跌落时的双馈风电变流器控制技术

针对电网电压不对称跌落故障,提出一种用于双馈风机的变流器控制策略,以满足低电压穿越标准的要求。策略使用转子侧变流器控制转子正序电流以保证风机的有功和无功输出,网侧变流器保持额定电流输出能量,同时使用斩波器稳定直流母线电压。针对1.5MW双馈风电机组进行了仿真模型和实际测试验证,结果表明该策略有效保证了双馈风机系统低电压穿越的实现。     

高速永磁同步风电机组建模及其控制策略

为分析高速永磁同步风电机组的并网运行特性,建立了包括永磁同步发电机、双PWM变流器和电网电压跌落的风电系统模型。分析了其实现最大风能跟踪、低电压穿越的过程,建立了机侧、网侧变流器的矢量控制模型。运用MATLAB/Simulink建立了2MW机组仿真模型,对风速变化和电压跌落时机组运行状况进行了仿真,结果验证了模型的合理性及控制策略的正确性和可行性。     

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。     

一种应用于双馈异步风力发电系统高电压穿越的控制策略

文章讨论了电网电压骤升时双馈风电机组网侧和转子侧变流器有功、无功功率的分配原则,给出有功、无功电流的极限表达式,提出一种能有效提供动态无功支持的高电压穿越(high voltage ride-through,HVRT)实现方案。在机组端电压骤升至1.1倍标称值以上时,该方案一方面控制网侧变流器输出与电压骤升幅度相匹配的无功电流,实现母线电压的稳定;另一方面通过优化转子侧变流器有功、无功电流设定,使双馈感应发电机工作在无功支持模式,优先向故障电网输出一定的感性无功功率。仿真和基于东方风电6 MW试验台实验结果表明,该控制方案不仅能确保电网电压骤升期间双馈风电机组的不脱网运行,还能对故障电网提供一定的动态无功支撑,协助电网电压快速恢复,利于其它并网负载的安全运行。     

基于双馈风电机组有效储能的变参数虚拟惯量控制

双馈风电机组采用电力电子变流器控制使得机械部分与电气部分解耦,大规模风电并网后电力系统总有效转动惯量下降,增加了系统的调频压力。文中通过对双馈风电机组运行及控制特性的分析,研究给出了反映机组有效储能的等效虚拟惯性时间常数的计算方法,提出了基于双馈风电机组有效储能的变参数虚拟惯量控制策略。该控制策略通过检测电网频率变化以及动态识别机组运行状态,修改控制参数控制机组有功输出,释放或吸收机组有效动能,对电网提供动态频率支撑。在理论分析基础上进行时域仿真验证,仿真结果表明,双馈风电机组变参数虚拟惯量控制在机组各种运行工况下实现了对系统频率的有效支撑,提高了电力系统频率稳定性,且保证了机组调频过程中自身运行的稳定性。     

双馈风电机组零电压穿越能力测试方案

为测试双馈风电机组的零电压穿越能力,取得行业认可的检测报告,以在运行的某2MW双馈风电机组为例,开展了基于澳大利亚电网标准的零电压穿越能力测试。通过对不同电压跌落故障期间转子电流(电压)的理论分析,明确了机组控制策略及硬件设备的技术改造方向,结合预测试结果,仿真计算了Crowbar组件过流能力和Crowbar电阻阻值,优化了Crowbar电路的部分设计,最终选定了可通过测试的技术改造方案,为双馈风电机组优化运行和技术革新提供了理论指导,也为优化其并网能力提供了借鉴。     

双馈风电机组故障行为及对电力系统暂态稳定性的影响

由于双馈风电机组具有不同于同步发电机的运行特性,且不同型号双馈风电机组在实现故障穿越时采用不同的控制策略,造成大规模风电并网的电力系统暂态稳定性发生变化。文中通过对双馈风电机组控制特点及故障行为的深入研究,指出双馈风电机组的故障行为由故障穿越运行控制策略决定,并给出其等效外特性。基于等面积定则定性分析了双馈风电机组接入单端送电系统后,其故障行为对系统暂态稳定性影响的机理。在理论分析基础上进行了时域仿真验证,仿真结果表明,故障期间减小双馈风电机组有功给定值、增加无功注入控制比例系数有利于系统的暂态功角稳定性,故障清除后有功恢复控制对系统的暂态功角稳定性影响不大,验证了所提理论分析的正确性。     

双馈型风机低电压穿越改造中对变桨系统的改进

随着我国风电领域相关标准的发布,国内的双馈型风机（doubly-fed induction generator,DFIG）发电机组都已具备电网故障时不脱网的能力。其中部分风机是经过技术改造才具备低电压穿越（low voltage ride through, LVRT）能力的,因此各个厂家的风机LVRT策略多种多样,很多风机厂家的控制策略并不完善,使得风机在故障后的功率恢复速率并不能满足要求。同时某些风机的控制策略使风机在功率恢复过程中发生功率突变,若风场的大量风机都应用该程序进行LVRT,则会使得该地区的电网由于有功功率突变而导致电网电压瞬间升高,对电网造成二次冲击,使风机又处在外部电压高于标准电压的状态,而目前国内的风机还不具备高电压穿越功能,从而发生更大规模的风机脱网事件。为此提出了一种在对双馈风机进行LVRT改造时既能保证其撬棒系统不被损坏,同时又具备LVRT能力的新型精细化控制策略。     

考虑惯性调频的双馈风电机组主动转速保护控制策略

双馈风电机组模拟惯性调频能响应系统频率变化、缓解大规模风电并网导致的系统惯性降低问题。但是转子储存动能有限,当转子转速下降到一定限值时风电机组将退出调频并恢复转速,这将引起系统频率二次跌落。文中首先对双馈风电机组在不同风速区内的惯性调频特性进行了分析,并量化分析了不同风速区内风电机组参与调频过程中的有效释放动能,然后提出了基于动能损失负反馈的主动转速保护控制策略。该策略根据双馈风电机组容量和实时运行工况调整转速保护控制器的比例—积分系数,使双馈风电机组随着转子转速下降逐渐退出调频过程,从而维持风电机组在释放动能过程中自身的稳定性,避免频率二次跌落。不同风速区内仿真结果验证了所提主动转速保护控制策略的有效性。     

适用于弱电网的双馈风电机组新型故障穿越控制方法

弱电网下系统的电压稳定裕度较低,而风电场的故障穿越性能对系统的暂态电压稳定性有显著影响。传统的双馈风电机组故障穿越控制方法都是基于适用于强电网的定功率控制,不利于维持弱电网下的电压稳定性。提出一种适用于弱电网中双馈风电机组的新型故障穿越控制方法。这种新型控制方法基于同步控制,通过有功电流和无功电流下垂控制风电机组出口电压的角度和幅值,使双馈风电机组以可控电压源的外特性运行。该控制方法能使双馈风电机组在弱电网的对称故障和不对称故障中均提供无功和有功电流,并且能在故障清除后的重励磁暂态过程中提高系统的电压稳定性。该方法同样适用于需要在联网和孤网运行之间进行无缝切换的双馈风电机组。最后,通过双馈风电机组接入无穷大电网实际电网、孤网的仿真算例验证了该故障穿越控制方法的有效性及优越性。     

直流母线过压对风电机组高电压穿越影响

针对某风电场双馈机组的现场高电压穿越测试中变流器故障导致风电机组脱网的问题,通过对风电机组变流器过压的深入分析,提出了一种风电机组在高电压穿越期间动态调整变流器母线参考电压的方法,解决了现场变流器过压保护导致风电机组脱网的问题。通过现场实测验证了所提策略的有效性,为风电机组的高电压穿越能力改造提供借鉴,为防范直流送端新能源电力系统的震荡提供了有益参考。     

直流母线过压对风电机组高电压穿越影响

针对某风电场双馈机组的现场高电压穿越测试中变流器故障导致风电机组脱网的问题,通过对风电机组变流器过压的深入分析,提出了一种风电机组在高电压穿越期间动态调整变流器母线参考电压的方法,解决了现场变流器过压保护导致风电机组脱网的问题。通过现场实测验证了所提策略的有效性,为风电机组的高电压穿越能力改造提供借鉴,为防范直流送端新能源电力系统的震荡提供了有益参考。     

Low and high voltage ride-through of DFIG wind turbines using hybrid current controlled converters

Doubly fed induction generators have been recognized as the dominant technology used in wind generation systems. However, this type of wind generator is very sensitive to the drop/rise in the supply voltage and without efficient “ride-through” strategy, continuous operation of DFIG may fail due to destructive overcurrents in the rotor winding or large overvoltages in the dc-link capacitor. This paper introduces a hybrid current control scheme, implemented in the rotor-side and grid-side converters of DFIG, to enhance low and high voltage ride-through capacities of DFIG-based wind turbines. The proposed control scheme is constituted of two switching strategies integrated with a supervisory control unit: standard PI current controllers for normal operating conditions and vector-based hysteresis current controllers for DFIG protection during severe voltage sag/swell conditions. Time-domain simulation studies are carried out to examine the effectiveness of the proposed ride-through strategy under various types of grid disturbances. It is shown that the proposed controller constrains the rotor current and dc-link voltage within the safety limits of DFIG and as a result, the wind generator can comply with the strict low/high voltage ride-through requirements stipulated by modern grid codes.     

基于转子动能控制的双馈风电机组频率控制改进方案

针对传统转子动能控制的转速恢复过程对频率响应的不利影响,提出了一种基于转子动能控制的双馈风电机组频率控制改进方案。该方案通过引入恒定附加功率,使双馈风电机组在释放转子动能后稳定运行在较低转速,待系统频率恢复稳定后再进行转速恢复,从而达到改善频率响应特性的目的。基于MATLAB/Simulink搭建了含双馈风电机组的四机两区域仿真模型,并对所提方案进行了仿真验证。仿真结果表明,相比于传统的转子动能控制方法,所提出的改进方案能有效改善转速恢复对频率响应的不利影响,提升风电机组参与系统调频的效果。