直驱式永磁风力发电系统低电压穿越的控制策略研究

对永磁同步风力发电机组(D-PMSG)的工作原理进行研究,建立了永磁发电系统换流器和轴系的数学模型.提出在传统控制的基础上进行改进,引入网侧电压的信号对机侧的有功参考功率进行计算,根据电压跌落的幅度减少有功输出,实现低电压穿越的控制策略.当网侧电压跌落时投入桨距角控制,抑制发电机机械转速的增加;当转速超过安全转速时,投入卸荷电阻消耗多余有功.仿真实验表明,该低电压穿越控制策略有效、实用、可行.     

电网故障时永磁直驱风电机组的低电压穿越控制策略

为提高永磁直驱风电机组所并电网的运行稳定性,研究电网故障下永磁直驱风电机组的运行特性以及提高其低电压穿越运行能力,文中提出一种适用于采用双脉宽调制变换器并网的永磁直驱风电机组的低电压穿越运行控制方案。通过在电网故障时限制发电机的电磁功率来限制输入至直流侧电容和电网侧变换器的功率,通过在电网故障时采用考虑发电机功率信息的网侧变换器电流闭环控制来实现直流链电压稳定控制,从而有效实现发电系统的低电压穿越运行。系统仿真结果表明,所提出的控制方案无需增加硬件保护装置,在电网对称及非对称故障下均可有效实现永磁直驱风电机组的低电压穿越运行。     

直驱式永磁风力发电系统低电压穿越协调控制研究

提出一种优先利用风机自身抵御电网低电压冲击的功率协调控制方法。在保证机械轴系安全的前提下,改进双侧变流器电流约束条件,优先利用风机转子和直流母线电容分担风机低电压期间产生的不平衡能量;从能量平衡的角度最后使用卸荷电阻,同时控制变桨系统减小风机低压暂态期间的风能捕获能力,实现全风域范围内安全运行。仿真结果表明,该方法能有效减少卸荷电阻出力并在全风域范围内提高系统低电压穿越能力。     

永磁直驱风电机组低电压穿越研究综述

风电的大规模发展使越来越多的永磁直驱风电机组接入电网,影响电网安全稳定运行,其中风电机组的低电压穿越(LVRT)问题是风电并网安全性方面的首要问题。文中首先基于传统风电场和其他新能源发电场LVRT策略的研究成果,结合永磁直驱风电机组特点,综述较为主流的适用于永磁直驱风电场的LVRT技术手段,为永磁直驱机型为主的风电场提供相应策略。然后,分析各个方法的应用场景与工作机理,比较不同方法的优势与不足,并针对不同方法的应用前景提出相应建议。最后,总结未来LVRT技术的发展方向,并指出当前风电场大规模并网仍需解决的经济技术难题,为进一步提升大规模风电安全消纳水平指明方向。     

永磁直驱风电系统的低电压穿越控制策略

为了提高直驱式永磁同步风力发电机(D-PMSG)低电压穿越能力,在分析D-PMSG和全功率变流器数学模型的基础上,采用了一种改进的变流器控制策略,将发电机等效为电网,用机侧变流器控制直流母线电压和定子电压稳定,网侧变流器控制有功功率和无功功率。该策略使系统能在电网电压跌落故障时,保持母线电压稳定、抑制2倍工频振荡,控制网侧电流快速恢复稳定,大大提高了风力发电系统的安全稳定性。实验验证了该策略的可行性和优越性。     

永磁直驱风电机组低电压穿越时的有功和无功协调控制

为提高基于全功率变流器并网的永磁直驱风电机组低电压穿越能力,在深入研究该风电机组运行特性和控制策略的基础上,分析了电网电压跌落过程中引起全功率变流器直流侧电压波动的原因,提出了一种采用机侧变流器控制直流电压稳定,网侧变流器实现最大功率跟踪和有功无功协调的新型控制策略。在低电压穿越过程中,该控制策略根据变流器直流侧电压的变化,通过机侧变流器调节风力发电机的电磁功率,使电网故障期间风电机组的功率波动由发电机转子承担,消除全功率变流器两端的功率不平衡,稳定直流侧电压。并根据电网电压幅值,通过网侧变流器实现对风电机组输出有功和无功的协调控制,抑制电网电压扰动。仿真结果表明本文所提控制策略在电网电压扰动时能有效抑制直流侧电压波动,使永磁直驱风电机组的低电压穿越能力得到显著提高,并能有效实现对电网电压的支持。     

直驱风机低电压穿越控制技术研究及实测验证

随着风电大规模接入电网,新的并网规范要求风力发电机组必须具有低电压穿越能力.针对直驱式风电机组,采用直流母线卸荷电阻限制电压跌落时变流器直流环节产生的过电压,并通过改进电流控制策略抑制变流器过电流,从而实现永磁同步发电机风电机组的低电压穿越运行.在网侧变流器数学模型的基础上进行了卸荷电阻的优化设计,提出了电网电压跌落故障时网侧变流器的改进电流控制策略,最后在1.5 MW级永磁同步发电机风电机组上进行现场低电压穿越能力测试,实测验证了所提出方法的正确性.     

永磁直驱式风电机组低电压穿越技术研究

根据国网最新的风电机组不间断运行标准中关于低电压穿越(LVRT)的要求,对直驱式风电机组常用的Crowbar保护方案进行了分析,在讨论了各自的优缺点后,提出了一种Crowbar保护电路方案,其具有较低的成本和较高的可靠性,并在2 MW直驱式风电机组上进行了实验验证,验证了其准确性和合理性。     

基于超级电容的永磁直驱风电机组低电压穿越控制研究

通过分析传统永磁直驱风电系统的低电压穿越能力的原理与存在问题,其中选用超级电容储能系统与合适的控制策略,采用综合的网侧变流器控制方法,从而建立了相应的永磁直驱风电系统的仿真模型。仿真结果表明,采用超级电容储能系统与合适的控制策略,可以改善永磁直驱风电机组的低电压穿越能力。     

直驱永磁风力发电机组低电压穿越的协调控制策略

在综合已有直驱永磁发电机组低电压穿越方法的基础上,提出了一种新的低电压穿越协调控制策略,即减少发电机出力,协调使用卸荷电阻控制和桨距角控制,以避免发电机超速和直流电容过电压为控制目标,保证变流器和发电机的运行安全,同时减少卸荷电阻的使用频率。使用PSCAD/EMTDC搭建直驱永磁风力发电系统,设计算例对直驱永磁发电机组低电压穿越协调控制策略进行仿真,仿真结果验证了控制策略的有效性和正确性。     

基于动态触发卸荷电阻的风电低电压过渡技术的仿真分析

电网导则要求风电机组在电网电压跌落时要保证在一定范围内不脱网运行。针对背靠背的永磁直驱风电系统,分析了双PWM变流器的网侧控制策略,并设计直流侧卸荷电阻式Crowbar电路的硬件电路和控制策略,在此基础上对电网3种典型的电压跌落故障进行了仿真分析。结果表明,直流侧卸荷电阻式Crowbar电路的投入能够使风电机组在不同类型的电压跌落故障时保持不脱网运行,并使发电系统的恢复更加迅速,控制简单,成本低,能够保障变流器稳定安全的运行,有效提高永磁直驱风力电系统的低电压过渡能力。     

直驱永磁风力发电机组低电压穿越控制研究

为了提高永磁直驱同步风电机组(PMSG)并入电网的运行稳定性,研究了3种低电压穿越技术,提出了结合增大网侧输出有功、投切Crowbar电路和调节电磁转矩的控制方案。同时设计了风电机组新的机侧变流器和网侧变流器的低电压穿越控制策略,利用能量平衡原理对故障后转速表达式进行了推导。在Matlab/Simulink平台电压跌落情况下对直驱风电机组进行一系列的仿真,仿真结果与理论分析一致,验证了该控制方案能优化系统低电压穿越的性能。     

永磁直驱风电系统运行特性的仿真分析

对采用永磁同步电机的直接驱动型变速恒频风电系统进行建模,详细分析了系统在最佳叶尖速比捕捉最大风能、Chopper电路及桨距角控制增强低电压穿越能力的机理。利用M atlab/S imu link构建了采用全功率变流器的永磁直驱风力发电系统的仿真模型,对系统的最大风能捕捉及低电压穿越的动态响应进行了仿真验证。仿真结果表明,系统具有较高的效率和良好的低电压穿越能力。     

提高直驱永磁风机低电压穿越能力的功率协调控制方法

在分析直驱永磁同步风力发电机低电压穿越问题产生机理的基础上,提出了一种适用于直驱风机的新型功率协调控制方法。该方法综合使用改进的双侧变流器和桨距角控制手段,低压暂态时,利用变流器直流母线电容充电储能配合风机转子变速储能承担风机产生的不平衡能量,减弱机组机械轴系所受的冲击作用;使用变桨系统减少风机捕获的风能,减轻机组低电压穿越的负担;通过网侧变流器向电网提供动态无功功率,减小网侧电压的跌落幅度;同时在双侧变流器的控制器中增加协调限流控制环节,用以保证风机有功无功控制目标的有效实现。文中所述方法不附加任何硬件,充分使用直驱风机自身可用的控制手段,能够有效提高直驱风机在全风域范围内的低电压穿越能力。最后,使用DIgSILENT/Power Factory搭建仿真实例,验证了所述方法的实用性和有效性。     

永磁直驱风力发电系统的低电压穿越控制策略

针对永磁直驱风力发电机组的低电压穿越运行问题,对传统的控制策略进行改进,机侧增加功率前馈控制,根据机侧与网侧的功率差快速调节机侧有功电流的给定值从而控制发电机的转矩,实现对发电机输出有功功率的控制。网侧变流器对电网电压进行跟踪,根据跌落程度向电网输出一定的无功能量来支持电网电压的恢复。经仿真表明,所改进的控制策略能够快速稳定直流母线电压,实现风电机组低电压穿越运行。     

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。     

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。     

双馈风力发电机组低压穿越运行技术

分析了电压跌落产生的原因及输电线路的3种故障类型,阐述了电网故障电压跌落时对并网型双馈风力发电组运行产生的影响及应对策略。通过仿真和试验研究表明,采用Crowbar方法,可以有效抑制转子过电流,保护转子侧变流器及保证风机不脱网运行。     

定桨距异步风电机组的低电压过渡能力改造

金风750 kW定桨距异步风力发电机组因无电力电子变频装置而不具有抵御电网电压跌落的能力.针对这一问题,对上述风机进行低电压过渡能力改造,通过在风机与箱式变压器之间设计安装彩钢板房,加装D-VAR RT电力电子设备,使风机在电网故障时保持发电机机端电压在额定水平上.改造后对系统进行了仿真建模试验,模拟电网电压跌落至额定值的20％极限状态下的风机与电网电压、电流变化情况,并进行了D-VAR RT设备并网运行后的静态试验数据采集分析.试验结果表明:改造后的风机具备低电压过渡功能,满足《风电场接入电力系统技术规定》要求的低电压过渡能力.     

双馈风力发电机低电压穿越研究

探讨了双馈风力发电机并网后对电力系统暂态稳定性的影响.针对双馈感应电机(DFIG)风力发电系统进行低电压穿越(LVRT)电路设计,在转子侧接1个主动式Crowbar电路,在网侧加入能量存储装置.经过Matlab的仿真和DSZ-1实验平台的实验,说明该系统具有良好的低电压穿越能力.