中外风电规程关键技术要求研究及其探讨

文中研究了当今世界重点风电市场区域的风电场/风力发电机组接入电网技术规定,归纳并分析了风力发电机组设计所需要考虑的风电接入电网技术要求,如有功功率控制、无功功率控制、低电压穿越、高电压穿越、电网适应性、电能质量;同时以风电机组低电压穿越特性为案例,重点探讨了3种主流风电机组低电压穿越能力与电网之间的相互影响,以及各类风力发电机组低电压穿越特性的基本解决思路,对风电场运营部门和电网调度部门有一定的参考价值。     

风电机组低电压穿越能力测试中的风机故障

近年来,我国风力发电装机容量不断增长,大规模风电并网对电网的影响日益受到重视。低电压穿越能力是风电机组并网特性的重要考核指标之一,该文详细分析了目前风电机组低电压穿越能力测试所依据的标准,就标准中对风电场及风电机组低电压穿越性能的具体要求进行了分项阐述,在此基础上总结了已开展的现场低电压穿越测试中风机发生的种种故障及其原因,证明了同样机型的风电机组测试性能存在差异,而且现场试验证实了风机零部件故障也成为影响风机低电压穿越性能重要因素。     

具有低电压穿越能力的风电机组测试故障典型实例分析

近年来,西北尤其是甘肃风力发电装机容量不断增长,大规模风电并网对电网的影响日益受到重视。低电压穿越能力是风电机组并网特性的重要考核指标之一。2011年以来国网公司西北分部和甘肃省调在酒泉千万千瓦风电基地共同组织开展了风电机组低电压穿越能力抽检验证工作,共进行33座风电场44台风电机组现场试验。通过对测试过程中遇到的风电机组脱网故障进行分析总结,找到了影响风电机组低电压穿越能力的主要因素,并结合实例对各影响因素进行分析阐述。目前,风电机组的硬件维护水平、主控制策略调整、软件设置和控制版本升级仍是影响并网风电机组低电压穿越能力的主要因素。     

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。     

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。     

大电网末端风力发电系统故障穿越关键技术

为了了解大电网末端风电机组故障穿越特性,文中分析了高渗透率风力发电大电网末端电网特性及风机运行特性。结合相应的检测标准及要求,探讨了大电网末端风电并网出现的故障特性,研究了直驱及双馈风电机组故障穿越关键技术及控制策略;结合仿真及实际检测,研究了大电网末端直驱风力发电机高电压穿越能力、双馈机组低电压穿越的可行性,提出了风电机组故障穿越的隐患,为大电网稳定运行提供了依据。     

双馈变流器控制策略对风电场低电压穿越能力的影响研究

风电场低电压穿越能力与风电机组在故障期间的响应特性、风电场集电系统、无功补偿装置性能和接入电网条件等因素密切相关,其中故障期间单台风电机组的无功电流特性尤为重要。为了分析故障过程中风电机组无功电流特性对风电场稳定性的影响,基于通过验证的风电机组模型,在电力系统仿真软件DIgSILENT/PowerFactory中搭建了100 MW风电场的详细模型,包括风电机组、箱式变电站、场内馈线、主变压器、无功补偿装置和送出线路等。在不同电网强度下,对比分析风电机组在故障过程中具备吸无功、发无功不同特性时,风电场在故障过程中的电压分布、并网点有功和无功的暂态特性。研究结果表明,风电机组具备灵活的无功电流调节能力对风电场故障穿越能力的实现至关重要。     

风机故障穿越特性对大规模风电直流外送系统暂态过电压的影响及参数优化

随着高比例新能源发电越来越成为当前力争实现"碳达峰、碳中和"目标下的主力电源,特高压直流输电工程的陆续投运和大规模新能源的集中接入使得直流故障引发的暂态过电压问题日益凸显,严重威胁电网设备安全,影响特高压直流输电外送能力.新能源机组在暂态过程中的故障穿越特性作为与过电压水平密切相关的重要因素,亟待展开深入研究.从直流故障扰动后系统出现暂态过电压的机理出发,详细介绍了风电机组的低电压穿越特性及相关变量参数,通过某特高压直流输电工程中直驱永磁风机的算例展开了机组故障穿越控制参数对电压暂态特性的敏感性分析,并提出了风电机组控制策略和模型参数的优化建议.研究成果可为当前高占比新能源并网形势下电网的安全稳定运行提供参考.     

基于模糊PI控制器的风电机组动态稳定性分析

并网风电场会对电网的安全稳定运行造成一定影响.当风电机组并网接入点发生短路故障时,双馈风电机组必须通过控制才能获得较好的动态特性并具备低电压穿越(Low Voltage Ride Through,LVRT)能力.为提高并网风电机组的故障穿越能力,设计了模糊PI控制器,建立了双馈风电机组并网仿真模型.仿真结果表明,较传统的PI控制器,模糊PI控制器可以抑制故障时双馈风电机组的有功功率、机端电压以及换流器直流母线电压的振荡,提高并网系统的故障穿越能力.     

具有低电压穿越能力的风电接入电力系统继电保护的配合

具备低电压穿越能力的风电机组要求在一定的故障条件下不脱网,需要相关继电保护与之配合。详细分析了风电场送出线以外输电系统元件故障、风电场送出线故障、风电场内部电网故障以及风电机组本体故障情况下,输电系统保护以及风电场内部保护应有的配合关系。进一步分析了当前集中式接入风电场的继电保护配置,指出风电机组保护及变流器保护选择性不强,在风电场内部保护或系统保护动作切除故障之前,风电机组已经脱网,而且将风电网等同于单侧电源的配电网,没有考虑风电机组对短路的贡献。最后分析了单风电机组本体保护、风电场主变保护、风电场送出线保护需要进行的改进,以保证低电压穿越能力的发挥,并指出各保护需要注意的问题。     

变速恒频双馈异步风力发电系统低电压穿越技术综述

随着以变速恒频(VSCF)双馈异步发电机(DFIG)为主体的大型风力发电机组在电网中所占比例的快速提高,电力系统对并网风力发电机在外部电网故障、特别是电网电压骤降故障下的不问断运行能力提出了更高的要求.本文首先分析了电网电压骤降对DFIG运行的影响,提出了DFIG风力发电系统低电压穿越运行的控制目标,继而总结、评价了各种适合于DFIG风力发电系统的低电压穿越技术,最后指出了DFIG风电系统低电压穿越技术的优化方向,以期展示该技术的最新进展及发展趋势.     

风电接入系统稳定性分析及其可视化研究

随着我国风电的快速发展,带来了大规模风电接入系统的稳定性问题。介绍风电大量脱网对系统频率的影响,并阐述风机低电压穿越问题(LVRT)。通过对WSCC-3机9节点系统的可视化仿真,展示了电网故障期间各节点电压波动情况,定性分析了并网风机低电压穿越过程。此外,算例结果表明,基于PowerWorld软件的区域电压可视化技术,有助于调度运行人员直观、形象地掌握事故状态下的全网运行情况。     

含风电接入配电系统电压跌落传播特性分析

大容量风电并网面临的主要问题之一是风力发电机的低电压穿越问题.为从馈线保护的角度提高风电场的低电压穿越能力,分析了风力发电机并网点感受到的电压跌落特性,探讨了不同过渡电阻和接地程度系数下故障点电压相量的变化特性,量化分析了风力发电机并网点电压跌落畸变极值及产生条件,指出相间短路故障时存在超越状态,对保护的动作特性影响较大,接地故障时电压跌落的畸变极值受接地程度系数的影响严重.     

风电集中并网运行对系统电压稳定性的影响研究

风力资源的不确定性和风电机组本身的运行特性使风电机组的输出功率随之变化,对电力系统来说相当于一个大的扰动。随着风电穿透功率的逐步增加,大规模风电并网运行的电压稳定性问题亟待研究。利用Matlab/Simulink建立风电场仿真模型,详细分析了不同风速模型、风电场装机容量及短路故障切除时间下风电场对电压稳定性的影响。把静止同步补偿器(Static Synchronous Compensator,STATCOM)应用到风电场中,仿真结果表明,STATCOM可以改善风电场的电压稳定性,提高了风电机组的低电压穿越能力,确保风电机组连续运行及电网安全稳定。     

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。     

基于直流保护的直驱风电机组低电压穿越特性分析

研究了基于加装和未加装直流保护的直驱风电机组在电网故障状态下的低电压穿越运行特性。根据GB／T19963--2011对风电机组低电压穿越能力的技术要求,结合直驱风电机组工作原理,构造了直驱风电机组在PSCAD／EMTDC环境下的系统控制模型。以电网三相对称短路故障为案例,对加装和未加装直流保护的直驱风电机组的低电压穿越特性进行了分析和比较。仿真结果不仅证明了所用系统模型是合理的,控制策略是有效可行的,而且还表明加装直流保护的直驱风电机组具备较为优越的低电压穿越特性。     

基于机电储能的永磁同步发电机低电压穿越控制策略

从功率流向角度对已有低电压穿越(LVRT)方法进行归纳总结,在此基础上提出一种LVRT控制策略:基于机电储能,利用机侧变流器稳定直流母线电压,网侧变流器实现最大风能跟踪。该控制策略结合散热要求大大降低的制动电阻与变桨距调节技术,可以在不增加控制复杂度、不显著增加系统成本的情况下,充分利用风电机组惯性,存储电网电压跌落时系统的不平衡能量,平稳实现LVRT。通过对1.5MW永磁直驱风电系统的MATLAB仿真,验证了所提出的LVRT控制策略的正确性和有效性。     

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.     

双馈风力发电系统的低压穿越运行与控制

根据紧急电网规程要求,风电场须具备外部电压故障下不间断运行能力,即电网故障时风电机组应能保持与电网连接并向系统不间断供电。由于双馈感应发电机（DFIG）励磁变换器容量有限,电网故障时会产生转子过电流和变换器直流环节过电压,须实行保护和控制。讨论了外部电压骤降下DFIG风电系统的低压穿越控制策略和保护方案,并对一台1．5Mw商用DFIG风电系统进行了仿真研究。结果表明快速短接保护装置（Crowbar）的切除时刻和所用串联电阻大小对故障电网恢复和变换器保护有较大影响。配合Crowbar而采用串联电阻及改进网侧变换器控制策略的方式,可以实现DFIG成功穿越定子剩余电压为15％的电网骤降故障,且无需吸收大量无功功率,有利于电网的恢复。     

双馈感应式风力发电系统低电压穿越技术概述

随着风力发电在电网中所占比例的增加,电力系统对风机并网提出了更高的要求,低电压穿越技术应运而生。对电压跌落时双馈风电机进行动态分析,研究非平衡电压跌落下双馈风电机的控制,论述LVRT技术的重点与难点,介绍电压跌落发生器的研制情况。非平衡电压跌落下负序变量控制,Crowbar电路控制,风电机组LVRT检测认证体系等势必成为未来双馈风电机LVRT的研究热点。