风电场联络线短路电流特性的研究

为了对包含双馈感应风力发电机风电场的联络线保护进行研究,有必要对联络线发生故障时的短路电流特性进行分析。对于联络线对称短路故障,利用双馈风力发电机定、转子磁链的暂态变化机理,推导了双馈风力发电机组在联络线远端和近端故障情况下的定子暂态电流解析表达式。对于不对称短路故障,通过利用对称分量法和双馈感应风力发电机简化正负序等效电路,定性地分析了联络线发生不对称故障时的短路电流特性。仿真结果表明含双馈感应风力发电机的风电场联络线短路电流特性与常规电力系统短路电流特性有明显差别。     

电网电压不对称暂降下考虑Chopper动作的双馈风机转子电流分析

针对电网电压不对称暂降下双馈感应发电机直流侧卸荷Chopper电路的投入,分析了其动作后双馈感应发电机的转子三相不对称电流,双馈感应发电机在机端电压不对称故障时表现出极为复杂的电磁暂态特性。首先建立了正反向旋转坐标系下双馈感应发电机的正序、负序模型,然后基于序分量叠加法把不对称故障时复杂电磁暂态过程中出现的暂态量等效分解为正序、负序和自由分量,推导了不对称故障下Chopper投入后转子暂态短路电流精确解析表达式。利用Matlab/Simulink仿真软件对所提方法进行验证,仿真结果验证了机端电压不对称跌落过程中双馈感应发电机转子不对称短路电流变化特性。     

计及撬棒保护的双馈风电机组不对称短路电流特性分析

电网故障时,双馈式感应风电机组(DFIG)在机端电压深度跌落过程中表现出的电磁暂态特性十分复杂。计及撬棒保护的DFIG不对称短路特性研究较少,为了准确描述机端电压深度跌落过程中DFIG不对称短路电流变化特性,基于空间矢量和序分量法,建立了双馈感应电机的正、负序数学模型。在考虑双馈风电机组不同初始运行功率的情况下,通过数学解析的方法推导了撬棒保护电路投入后定转子正、负序磁链的计算表达式,在此基础上得到了定、转子电流的解析表达式。该方法同样适用于对称性故障时DFIG短路电流的解析计算。最后,通过Matlab/Simulink仿真软件验证了双馈风电机组机端发生对称和不对称电压跌落时定子电流解析计算表达式的准确性。     

双馈风力发电系统在电网三相短路故障下的响应与保护

为了研究双馈感应风力发电机组的低电压穿越以及故障保护技术,根据双馈风力发电系统的数学模型采用数学解析的方法详细地分析了双馈感应发电机和变换器在三相电网短路故障时的动态响应特性;推导出了三相电网短路故障时双馈发电机的故障电流最大值及其发生时刻;并在此基础上,研究了双馈风力发电机的转子保护电路的具体设计方法及计算依据。     

双馈风力发电系统在电网三相短路故障下的响应与保护

为了研究双馈感应风力发电机组的低电压穿越以及故障保护技术,根据双馈风力发电系统的数学模型采用数学解析的方法详细地分析了双馈感应发电机和变换器在三相电网短路故障时的动态响应特性;推导出了三相电网短路故障时双馈发电机的故障电流最大值及其发生时刻;并在此基础上,研究了双馈风力发电机的转子保护电路的具体设计方法及计算依据.     

电网短路时双馈感应发电机转子电流的分析与计算

双馈风电机组对机端电压跌落比较敏感,随着风电装机容量的不断增加,电网故障时双馈风电机组转子电流的准确分析与评估变得十分重要,关系着双馈风电机组低电压穿越的实现以及故障电气量的分析与计算。从电网短路时双馈感应发电机的暂态过程出发,分析了双馈感应发电机定子动态过程以及变流器调控对转子电流的影响,采用空间矢量法和坐标变换方法推导了电网对称短路和不对称短路时转子电流的表达式,通过时域仿真和算例结果验证了表达式的正确性。所提出的表达式利用机端电压以及变流器控制参数即可计算得到电网短路时任意时刻的转子电流,具有清晰的物理意义以及较好的实用性。     

计及固有不平衡的双馈电机定子匝间短路故障分析

双馈式发电机的定子匝间短路的故障特征,本质上是由定子三相不平衡引起的。当实际生产的电机定子绕组存在轻微的固有不平衡时,也会在转子电流引起高次谐波,这些谐波的与定子绕组匝间短路的引起的谐波相近,这会导致对电机定子绕组轻微匝间短路的误诊断。使用Ansoft软件建立了双馈电机三相对称的理想模型、包含定子固有不对称的实际模型、三相对称情况下定子匝间短路的理想故障模型以及定子考虑固有不平衡时的匝间短路模型:用以分析考虑定子固有不平衡时双馈式发电机定子轻微匝间短路的故障特征,使得建模更贴近实际情况。对故障后双馈式发电机转子电流和电磁转矩进行了频谱分析,指出轻微固有不平衡与轻微匝间短路在转子电流引起相同的特征频率。但在电磁转矩中,并没有引起明显的特征频率,可通过电磁转矩的特征频率确定电机发生定子匝间短路。     

双馈式感应发电机定子匝间短路故障稳态分析

定子绕组匝间短路故障是双馈式感应发电机常见故障之一。文中分析了发生匝间短路故障时的电磁特性变化规律,建立了双馈式感应发电机的定子绕组正常和发生匝间短路故障时的多回路数学模型,对正常情况和不同程度匝间短路故障情况进行了仿真计算。对仿真结果进行了深入研究,分别对定子侧电流和转子侧电流进行频谱分析,总结了正常情况和不同程度匝间短路故障情况下的谐波变化规律,证明了通过特定频率信号监测双馈式感应发电机运行状况和进行故障诊断的可行性。     

双馈感应发电机接入电网的三相短路电流峰值评估

短路电流计算是电网规划和保护的基础,文中将双馈感应发电机(DFIG)定子磁链强制分量归算至定子侧,将定子磁链直流分量归算至转子侧,形成静态等值电路,分析转子感应磁链随转速的变化规律,研究转子电阻对故障时定子磁链直流分量动态衰减及其与转子绕组感应过程的影响,推导电网三相短路时DFIG定子短路电流解析式。比较了近端和远端故障时不同撬棒电阻对应定子短路电流特性,提出了DFIG接入电网的三相短路电流峰值评估方法。该方法能有效计算DFIG机端、馈线上下游和其他馈线故障时的三相短路电流峰值序列,采用MATLAB/Simulink软件仿真验证了所提出方法的正确性。     

不同撬棒保护投入时刻下双馈风电机组短路电流计算分析

双馈感应风电机组故障特性不同于传统同步电机,对电网继电保护的整定与配合产生不利影响,需从解析的角度揭示双馈感应风电机组的故障暂态机理。以双馈感应发电机空间矢量模型为基础,结合电路动态响应理论,建立了双馈风电机组三相短路电流解析计算模型。所建模型考虑了定、转子电阻的影响,从理论上证明了衰减时间常数的由来及与频率分量的对应关系。考虑到控制作用的影响,撬棒的投入会有延时,解析模型计及了不同的撬棒保护投入时刻。与仿真和现场试验结果对比验证了所建模型的准确性,并从仿真角度分析了转子电压、双馈风电机组运行状态及转子侧控制策略对故障电流的影响。最后运用解析模型定量评估了定转子电阻、短路发生时刻及DFIG的运行工况等因素对短路电流的影响。     

不同电网故障情况下DFIG运行特性比较

现代风力发电的发展,对风电生产提出了新的需求,即在电网电压跌落处于一定范围内时风力发电机装置必须保持和电网相连,其中双馈式风力发电机(DFIG)的电压跌落渡过能力是目前风电研究的一个热点。为确保DFIG的低压过渡能力,通过仿真1.5 MW的双馈风力发电机,研究了对称电网电压跌落时,DFIG的定转子的电压电流、电磁转矩、转速、直流侧电压、有功、无功等量的动态响应情况;比较了不同电网电压跌落情况下,各动态响应的剧烈程度;分析了响应产生的原因并介绍了几种可行的双馈风力发电机电压跌落渡过策略。仿真结果说明DFIG在电网电压跌落对称故障下的动态响应由电网电压跌落的程度及系统控制结构决定。     

电压跌落时带有Crowbar电路的双馈感应发电机的瞬态分析

为了研究双馈感应发电机对电网电压跌落的适应能力,以及其实现低电压穿越的功能,文章通过将由向量法求出的瞬态电流与由等效电路法求出的稳态电流进行叠加而得出的定子、转子故障电流的近似解析式,来分析在定子端三相对称电压跌落、转子侧变换器断开、投入Crowbar电路情况下的双馈感应发电机内部的电磁关系变化过程。此外,在理论分析的基础上,文中建立了2　MW双馈感应发电机的PSCAD模型,且在7.5 kW双馈风力发电测试平台上进行了实验验证。仿真和实验结果表明,这种通过瞬态电流和稳态电流进行叠加的方法而求得的双馈感应发电机故障电流的近似解析表达式可以准确地反映出双馈感应发电机磁链和电流的瞬态变化。     

电网电压不对称跌落时DFIG的控制策略研究

相比于对称故障,不对称故障时双馈风力发电机(Doubly Fed Induction Generators, DFIG)的电磁暂态过程更为复杂,对DFIG造成的危害也越大。从电网电压不对称跌落时DFIG的电磁暂态过程入手,分析了DFIG各电磁量产生二倍频波动和过电流的直接原因。在此基础上,提出了一种电网电压不对称跌落时转子侧变换器(Rotor Side Converter, RSC)的转子电压补偿控制策略,通过控制RSC交流侧的输出电压,对转子暂态电动势和负序电动势进行补偿。该控制策略可在电网轻度不对称故障时有效消除转子电流二倍频波动;在电网严重不对称故障时最大限度地减小转子电流冲击,增强DFIG的低电压穿越能力。此外,根据转子侧变换器的电压容量,对补偿控制策略的完全补偿范围进行了分析。仿真结果验证了所提出控制策略的有效性。     

计及不同电网电压跌落程度的双馈风电机组定子电流分析

双馈风电机组在机端电压跌落程度不同的情况下会表现出不同的暂态特性,随着风电机组的大规模并网,其故障暂态特性对于电网的安全稳定运行具有重要意义。以对称故障为例,基于双馈感应发电机的转子电压方程,采用统一方法分析了电网故障导致的不同机端电压跌落程度下双馈风电机组的定子电流。在机端电压严重跌落时。分析并推导了投入撬棒保护电路情况下双馈感应发电机定子电流的表达式。而在机端电压非严重跌落时,在考虑转子侧变流器控制系统对定子电流的影响的基础上,定性地分析了双馈感应发电机定子电流动态变化过程。通过仿真进一步分析了机端电压不同跌落情况下定子电流的变化规律并且验证了所推导表达式的正确性。     

Grid-fault ride-through analysis and control of wind turbines with doubly fed induction generators

This paper deals with the low voltage ride-through (LVRT) control of wind turbines with doubly fed induction generators (DFIGs) under symmetrical voltage dips. The investigation first develops a mathematical formula for the rotor current and rotor voltage when DFIG is subjected to a symmetrical voltage dip. From the analysis, the reasons of rotor inrush current and factors influencing it are inferred. Then, a control scheme enhancing the wind turbine LVRT capability is designed and simulated. The proposed control scheme consists of a nonlinear control strategy applied to the rotor-side converter and a dc-link voltage control applied to the grid-side converter. It improves the damping of DFIG transient response and minimizes oscillations of rotor current, electromagnetic torque and dc-link voltage during the generator voltage dip. It also limits the peak value of these quantities. At the end, results of theoretical analyses are verified by time domain simulations.     

计及低电压穿越的双馈感应发电机三相短路运算曲面法

分析了常规电源对双馈感应发电机(DFIG)的电压支撑作用,将DFIG接入点以外的系统进行戴维南等值,利用DFIG短路电流周期分量与计算电抗、开路电压的关系曲面,提出了DFIG接入电网的短路电流运算曲面法。针对撬棒投入和未投入时DFIG的暂态特性差异,以转子电流峰值为撬棒投入的判据,分析撬棒动作与故障后DFIG端电压关系;考虑转子励磁控制和撬棒动作延时,推导了DFIG三相短路电流计算式;制定不同时刻DFIG三相短路电流与计算电抗、开路电压运算曲面,给出计及低电压穿越的DFIG短路运算曲面法计算步骤,通过仿真验证该方法的正确性。     

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。     

考虑撬棒保护和残压的DFIG短路电流实用计算方法及应用

电网短路故障可能导致双馈风电机组过电流保护动作,定量分析故障对机组短路电流的影响对于机组的低电压穿越具有重要意义.根据电网发生对称短路故障时双馈风电机组的暂态定、转子磁链关系,研究考虑机端残压下的双馈风电机组定子短路电流特性.在短路电流特征分析中考虑转子侧撬棒（crowbar）保护的投入策略,推导出双馈风电机组发生对称故障时的短路电流实用计算方法,讨论机组参数对短路电流特征的影响.将计算结果与现场低电压穿越试验测试数据进行比对,验证计算方法的实用性.     

Short Circuit Current Calculation Method of Doubly-Fed Induction Generator with Crowbar Protection Based on Flux Transient Characteristics

With the wide application of doubly-fed induction generator (DFIG), accurate calculation and analysis of the short circuit currents of DFIG with crowbar protection has become very important key to realizing the low voltage ride through (LVRT) capability of DFIG and establishing the corresponding grid protection scheme. In view of this, a method to calculate the short circuit currents of DFIG with crowbar protection when different types of fault occur in the grid is proposed in this paper. First, the DFIG stator and rotor 2nd-order differential equations in the cases of grid symmetrical fault and asymmetrical fault are established respectively. And the short circuit current calculation model when crowbar resistance remains unchanged in the fault duration is obtained. On this basis, the short circuit current calculation model when crowbar resistance varies in the fault duration is derived. And then, the influence of crowbar resistance and DFIG rotor speed on the short circuit current calculation model is analyzed, including the variation pattern of flux eigenvalues with the crowbar resistance, and the variation feature of flux amplitude and phase angle with the rotor speed. Besides, the transient variation characteristics of different flux components are studied. Finally, time-domain simulation tests verify that the proposed calculation method is correct and applicable to different types of crowbar circuits in the market. Besides, the influence of crowbar resistance and DFIG rotor speed on the stator short circuit current peak, peak time and current frequency in different fault cases is revealed.     

基于序网等值电路的双馈风电机组接入系统短路电流计算方法

为了方便和准确地计算双馈风电机组(DFIG)接入系统的短路电流分布,提出了投撬棒后DFIG的工频和转频序网等值电路,并给出了利用该等值电路计算系统短路电流的方法。通过求解投撬棒后DFIG磁链的状态微分方程,得到其工频分量和转频分量的解析表达式。在此基础上,将DFIG的电压空间矢量方程按转频和工频分量进行分解,并根据空间矢量与相量间的关系,分别形成了转频和工频序网等值电路。其中,转频正序、负序等值电路分别为带内阻抗的电势和无源阻抗,而工频正序、负序等值电路均为无源阻抗。利用该等值电路只需已知DFIG的电机参数和故障初值条件而无需仿真即可求得DFIG接入系统各处的短路电流。以某DFIG接入系统为例,通过PSCAD仿真验证了该等值电路和短路计算方法在不同故障条件下的有效性。