基于双馈风力发电机三相短路的参数辨识

在双馈风力发电机组中多采用矢量控制对双馈风力发电机转速进行控制,为了给矢量控制提供更精确的电机参数,提高矢量控制的效果,提出基于发电机突然三相短路的参数辨识方法.研究发现三相短路电流中存在直流分量、交流基波分量和交流谐波分量,各分量的变化规律由双馈风力发电机的参数、转差率及转子励磁电压决定;将短路电流波形各电流分量分离...     

双馈风力发电机三相短路分析及短路器最大电阻整定

双馈风力发电机三相短路保护装置的整定取决于其短路电流.为了提高整定精度,提出将三相短路过程分解为稳态运行和反向电压暂态运行2个部分,并建立了相应的数学模型.利用Maple软件对教学模型进行拉普拉斯变换及其逆变换,求取短路电流的解析表达式,并用仿真方法加以验证.分析结果表明在短路电流中存在直流分量、交流基波分量和交流谐波分量,各分量的变化规律由双馈风力发电机的参数、转差率及转子励磁电压决定,而短路电流的大小主要取决于交流分量.因此,根据短路电流的交流分量对短路保护装置最大电阻进行了整定.     

双馈风力发电机三相短路电流分析

为了研究双馈风力发电机组的低电压穿越控制问题,分析了双馈风力发电机定子端三相短路时短路电流的产生机理,给出了双馈风力发电机在空载同步转速条件下的定转子短路电流的近似解析表达式.在此基础上,根据双馈风力发电机内部的电磁关系,分析了发电机故障前不同转速、输出有功功率及无功功率等运行状态对双馈发电机短路电流的影响.在理论分析的基础上,建立了3 MW双馈风力发电机的模型,对发电机定子端三相短路故障状态进行了仿真研究.仿真结果表明:通过定转子短路电流的近似解析表达式和发电机故障前的初始状态可以有效对双馈发电机短路电流进行定性分析,为进一步研究双馈风力发电机的低电压穿越能力提供了理论依据.     

双馈风力发电机机端三相短路电流分析

为研究双馈风力发电机的低电压穿越问题以及风电场的继电保护问题,分析了双馈风力发电机在空载同步转速下机端发生三相短路时定、转子短路电流的近似表达式.在此基础上,从双馈风力发电机内部的电磁关系出发,分析了电压跌落程度、无功功率、转速等运行状态对双馈发电机短路电流的影响,并以0.85 MW双馈风力发电机直接接入电网为例进行仿真研究,其结果验证了双馈机机端发生三相短路时定、转子电流的暂态特性,由此也为研究双馈机低电压穿越能力及风电场继电保护问题提供了理论依据.     

基于短路电流辨识双馈感应发电机的模型参数

研究含大规模风电的电力系统的动态行为,需要准确的风电机组模型参数。发电机是风电机组的核心部件,对其准确建模至关重要。提出了基于风电机组的短路电流辨识双馈感应发电机(DFIG)模型参数的方法。分析了DFIG风电机组在端口发生三相短路情况下的电磁暂态特性,给出了短路电流的解析表达式。以含DFIG风电机组的单机无穷大系统为例仿真获得短路电流,基于轨迹灵敏度方法分析了DFIG各参数的可辨识性及辨识难易度,并基于短路电流的解析表达式进行参数辨识,根据参数辨识结果进行了误差分析。     

考虑控制策略切换过程的双馈风力发电机组短路电流计算方法

新能源贡献短路电流的特征与传统电机存在显著区别,随着高比例新能源集中接入电网,其贡献短路电流的计算方法受到重点关注.该文研究了双馈风力发电机贡献短路电流的机理,建立双馈风力发电机组的矢量控制电磁暂态模型,针对机端电压轻微跌落和严重跌落2种工况,分别考虑变流器持续励磁控制和Crowbar电阻投入控制2种策略,推导了双馈风...     

考虑Crowbar电阻的双馈电机短路电流计算

Crowbar保护是目前大多数双馈风力发电机(doubly fed induction generator,DFIG)的主要保护装置。Crowbar电阻的存在对双馈风力发电机的整个暂态过程产生重要影响。故双馈风力发电机三相短路电流的计算应该纳入Crowbar电阻元件。该文针对含Crowbar电阻的双馈风力发电系统新建其暂态等值电路,分析定子侧等效阻抗对暂态过程的影响,推导定子侧暂态等效阻抗表达式,并在此基础上推导出双馈风力发电机三相短路电流最大值和周期分量有效值的表达式。该文还给出了不同Crowbar电阻值对三相短路电流计算的影响。最后运用PSCAD/EMTDC软件对该文提出的三相短路电流最大值和周期分量有效值计算公式进行了验证。研究表明,该文推导提出的双馈风力发电机三相短路电流周期分量有效值和最大值计算公式准确、方便,对风电场的电气安全设计具有重要意义。     

双馈风力发电机定子绕组匝间短路诊断与实验研究

当双馈风力发电机定子绕组发生轻微匝间短路时,三相定子电流的时域波形变化比较微小,而三相电流Park’矢量轨迹随着故障变化明显。对双馈电机采用多回路理论进行仿真,并进行动模实验测试,得出了正常及匝间故障情况下的Park’矢量轨迹,通过对Park’矢量轨迹的形状和椭圆环的宽度比较来确定是否短路并估计匝间短路的严重程度。     

双馈风力发电机定子绕组匝间短路诊断与实验研究

当双馈风力发电机定子绕组发生轻微匝间短路时,三相定子电流的时域波形变化比较微小,而三相电流Park'矢量轨迹随着故障变化明显.对双馈电机采用多回路理论进行仿真,并进行动模实验测试,得出了正常及匝间故障情况下的Park'矢量轨迹,通过对Park'矢量轨迹的形状和椭圆环的宽度比较来确定是否短路并估计匝间短路的严重程度.     

基于灵敏度分析的双馈电机短路电流简化计算

双馈风力发电机(DFIG)在低电压穿越(LVRT)过程中,常常会在转子侧投入Crowbar电阻。Crowbar电阻的投入会对双馈风力发电机的暂态过程产生重要影响,因此双馈风力发电机的短路电流计算应计及Crowbar电阻值。推导了计及Crowbar电阻的三相短路电流计算模型,并通过仿真验证了该模型的准确性。考虑到该模型是一个包含多个参数的复杂非线性模型,在对电机各参数灵敏度分析的基础上利用多元线性回归,推导了短路电流最大值的简化计算公式。仿真分析表明,该公式的误差在工程可接受的范围内,研究结果为双馈风力发电机三相短路电流最大值的计算提供简单实用的方法。     

双馈风电场群短路电流计算与故障分析方法

由于风电场群内各风电场的暂态特性存在较大差异,且各风电场及系统间存在较强的耦合关系,这些因素增加了风电场群接入后电力系统故障分析的复杂度。基于变流器的输入-输出外特性等值了变流器的数学模型,进一步给出了计及变流器控制影响的双馈风电机组暂态模型,分析了低电压穿越控制策略对短路电流的影响机理,并建立了双馈风电机组的短路电流计算模型。分析了故障期间风电场间的相互影响机理,提出了双馈风电场群的短路电流计算方法。采用RTDS建立含双馈风电机组实际控制器的物理实验平台,验证了所提出的双馈风电场群短路电流计算方法的准确性。在此基础上对双馈风电场群接入后的电网故障分析方法进行了探讨与分析。     

不对称短路故障下电池储能影响交流系统短路电流机理及算法

电池储能系统(BESS)在国内外电力系统中已得到快速发展和广泛应用,但对BESS影响短路电流机理认识尚不深入,且现有短路电流计算标准均未涉及交流系统发生不对称短路故障时考虑BESS影响的短路电流计算方法.基于BESS电磁暂态模型,分析不对称短路故障下BESS电压源换流器(VSC)外环控制器控制方式、VSC外环控制器限幅...     

交流系统短路故障下MMC对短路电流的影响及抑制策略

基于模块化多电平换流器的高压直流输电系统(MMC-HVDC)接入交流系统可能会对交流断路器清除短路故障造成影响。基于MMC的拓扑结构和控制策略,分析了交流系统短路故障下MMC对交流断路器的影响。然后,研究了交流系统发生对称短路故障时,MMC的运行工况对短路电流的影响,发现MMC对短路电流的贡献主要来源于MMC向交流系统注入的无功功率。接着,研究了交流系统发生非对称短路故障时,MMC在不同运行工况下贡献的三序短路电流的计算方法,得出MMC阀侧零序和负序电流为0,阀侧正序电流是三相对称的且大小由运行工况决定的结论。最后,提出了交流系统对称短路和非对称短路故障下抑制MMC贡献的短路电流的控制方法,并通过PSCAD/EMTDC仿真验证了所得结论的正确性以及控制方法的有效性。     

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。     

用于DFIG风电场接入电网的固态变压器控制策略

固态变压器(SST)作为解决DFIG风电场接入电网所存在问题的一种新的接入方式,得到了越来越多的关注。通过对电网故障情况下DFIG定、转子电压、电流过渡过程机理的分析,提出了通过控制SST风场侧换流器电压的下降和故障切除时电压上升的斜率,来抑制电网故障过程中因电网电压突变而使双馈发电机的电压、电流以及转矩产生的冲击。分析了通过SST控制风场侧电压下降斜率与能量传递、SST直流链等效电容容值的关系,同时也分析了电网故障过程中,风场侧电压与电网电压跌落的关系。最后建立了双馈风力发电机、SST及其控制系统的模型,并针对电网三相短路故障进行了仿真计算,进一步验证了所提控制策略的正确性和有效性。     

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。     

一种工程实用的电力系统等值方法

硬件在环试验中,为了兼顾仿真规模和交直流相互影响,需要对交流系统进行等值。基于等值前后系统短路容量一致原理,提出一种新型交流大电网等值方法。根据等值节点的短路电流构建等值发电机的额定容量及并网阻抗参数;根据短路电流大小与系统动态特性强弱关系,提出一种基于短路电流贡献率的新判据;采用该判据选择等效发电机的主导控制器类型,并计算控制器的参数;对静态Ward等值进行修正,消除负电阻及发电机有功输出为负的情况。通过算例对比等值前后系统电压、功率流动、短路容量以及故障后动态响应特性,验证了所提方法的有效性。     

电网短路故障对并网双馈风电场的影响

分析了电网发生短路故障对并网运行风电场的影响。从双馈风电机组的单机模型出发,研究了由双馈风电机组构成的风电场单机等值方法。在仿真软件EMTP-RV中搭建了包含双馈风电机组构成的风电场电力系统模型。分析了电网发生三相接地短路和单相接地短路故障时,风电场的有功功率和无功功率输出特性、并网公共连接点母线电压波动以及系统频率等暂态变化。研究结果对未来风力发电工程的建设有参考价值。     

Effects of output power fluctuation on short‐circuit current of induction‐type wind power generators

Effects of the fluctuation inherent in wind speed are studied by a probabilistic method. The random variation in wind speed is responsible for random behavior in output power and internal voltage of a wind power generator. In case of fault occurrence at the instant of high internal voltage, the resultant short‐circuit current will be big, and vice versa. The DC component is also affected. According to the study, 2.4% and 1.3% increase of short‐circuit current in AC and DC components are observed respectively in a large variation case. This implies that the wind speed variation should be considered for accurate short‐circuit study. © 2008 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 166(3): 27–36, 2009; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20721