具有低电压穿越能力的双馈风电场故障特性分析

在机组故障期间转子Crowbar投入不能为电网提供无功支持同时会从电网吸收一定无功从而导致电网运行情况进一步恶化,针对Crowbar保护的弊端提出一种低电压穿越方法,利用DC-Chopper代替Crowbar,同时在故障情况下通过对转子侧变流器进行解耦控制,控制定子侧给电网提供一定无功支持,能更好的实现机组故障穿越。基于此策略在PSCAD平台上搭建了的双馈风电场仿真模型,对比验证了风电场具有低电压穿越能力及控制策略的优越性。在此基础上,分别仿真分析不同故障类型下双馈风电场的故障特性。研究结果表明传统转子Crowbar电路的投入是机组故障电流频率为非工频的原因,而采用其他非转子Crowbar电路的机组故障电流频率为工频;风电场联络线发生任何类型的不对称接地故障,风电场侧都会表现出弱电源特性,单相接地故障表现出的弱电源特性更为明显。这对故障选相元件将会受到严重影响。研究成果具有一定的实际价值和意义。     

恒速异步发电机型风电场低电压穿越能力仿真研究

本文以一个机端母线设置为PQ节点的恒速异步发电机型风电场接入无穷大系统为例,对风电场接入系统线路发生三相接地短路故障时的风电场低电压穿越(LVRT)能力进行了仿真分析,研究结果显示风电场的LVRT能力主要取决于故障发生后系统维持暂态电压稳定的能力,即取决于故障切除时间ts的大小。当ts小于或等于故障极限切除时间tvc时,风电场则具备一定的LVRT能力;当系统具有较大的tvc值时,可有效提高风电场低电压穿越的持续时间;在ts≤tvc的前提下,故障切除时间越短,风电场并网点电压恢复正常水平的速度越快。当风电机组机端并联电容器组、SVC、STATCOM等无功补偿设备时,均可有效增大系统的tvc值,从而显著提高风电场的LVRT能力;其中STATCOM对风电场LVRT能力的补偿效果最好。     

风电场低电压穿越能力的规定

问：风电场低电压穿越能力的规定有哪些？ 答：风电机组低电压穿越是指当电网故障或扰动引起风电场并网点的电压跌落时,存一定的电压跌落范围内,风电机组能够保证不脱网连续运行。具有低电压穿越能力的风电场有利于整个电网的稳定与安全。     

基于短路试验的风电场低电压穿越能力验证方法研究

随着电网风电装机规模的不断增大,风电场是否具有低电压穿越功能直接影响风电并网安全。目前风电场低电压穿越测试的方法主要以设备测试为主,即对单台风力发电机组进行抽检测试,验证整个风电场具备低电压穿越能力。采用单台测试设备检验风电场低电压穿越能力效率较低,且不能验证整个风电场其他设备的低电压穿越能力。通过短路试验方式来验证风电场低电压穿越能力,并在通辽地区进行现场试验验证。试验结果表明采用短路试验的方法能够更好、更快地开展低电压穿越测试工作,确保大规模风电接入后的电网安全稳定运行。     

风电场低电压穿越过程中短路信号的研究

针对系统电压跌落的同时,部分并网风电场又发生某种短路故障进行了研究。文中对风力发电系统在同步旋转参考坐标系下的稳态和暂态进行数学建模。在MATLAB/SIMULINK的平台上满足持续并网的条件下,分析风电场在无故障和部分风机组发生短路故障时的完成系统低电压穿越的能力,并基于小波进行故障分析。依据各项仿真数据,得出结论:发生单相短路时,风电场能较稳定地进行穿越;而两相或三相短路时,在系统电压恢复瞬间将会有强烈的能量振荡和冲击电流,因此应尽可能在系统电压恢复前就切除故障。     

风电场实现低电压穿越技术改造方案

我国风电设备制造业刚刚起步,风电机组普遍不具备低电压穿越(LVRT)能力,对风电机组进行改造所需的成本昂贵,因此考虑对风电场进行技术改造。分析并综述了国内外实现风电场LVRT技术改造的主要方案,现阶段并联动态无功补偿装置和串联动态电压调节器比较可行,未来储能装置由于其具备有功无功调节的多种功能,将会广泛地应用于风电场提高低电压穿越能力。     

风电场低电压穿越研究

从风电场实现低电压穿越功能所面临的问题出发,分析了各种问题下所对应的解决方案,指出风电场具备LVRT能力的必要性.     

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。     

应用STATCOM提高风电场低电压穿越能力

研究了用STATCOM来提高恒速异步机风电场的低电压穿越能力。对目前风电场低电压穿越能力较低的原因以及STATCOM应用于风电场的作用机理分别进行了分析。在Matlab/Simulink中建立了含风电场和STATCOM的电力系统仿真模型,通过仿真实验验证了STATCOM在提高风电场低电压穿越能力方面所发挥的重要作用。仿真结果表明：STATCOM可以帮助风电场在电网故障后快速重建电压,抑制发电机转子加速,并且缩短了风电场的故障极限切除时间,确保了风电场连续并网运行以及电网的安全稳定。     

应用STATCOM提高风电场低电压穿越能力

研究了用STATCOM来提高恒速异步机风电场的低电压穿越能力.对目前风电场低电压穿越能力较低的原因以及STATCOM应用于风电场的作用机理分别进行了分析.在Matlab/Simulink中建立了含风电场和STATCOM的电力系统仿真模型,通过仿真实验验证了STATCOM在提高风电场低电压穿越能力方面所发挥的重要作用.仿真结果表明:STATCOM可以帮助风电场在电网故障后快速重建电压,抑制发电机转子加速,并且缩短了风电场的故障极限切除时间,确保了风电场连续并网运行以及电网的安全稳定.     

风力发电机组故障穿越问题综述

介绍了当今世界主流风电市场的风电并网规程,进一步研究后重点综述了风电机组故障穿越诸多问题,如低电压穿越、高电压穿越、频率穿越。还分析了三种主流风电机组故障穿越能力和电力系统之间的相互影响,汇总了三种主流风电机组低电压穿越能力的工程实现方案。最后结合多年的实际工程经验,以各国电网风电接入规程和各种风电机组故障穿越特性为线索,探讨了需要重点注意的故障穿越技术问题,并总结出了决定风电机组低电压穿越特性的12项技术要素。     

提升直流并网风电故障穿越能力的新方法

提出提升柔性直流并网的风电场系统故障穿越能力的新方法.分析了柔性直流输电的传统电流限幅器的不足,设计了动态改变限值的电流限幅器,该限幅器在电流扰动期间,能限制过电流,并能最大限度地提升输出功率.提出了新的转速储能方法,即利用风电机组自身的转子来实现提速储能,用以短时储存故障期间的过剩能量,以提高并网系统的故障穿越能力.仿真分析验证了所提方法的有效性.     

基于模态分析的风电场并网谐波谐振研究

针对风电场并网时易发生的谐波谐振问题,采用模态分析法对风电场并网系统的节点导纳矩阵进行解耦处理,并通过特征值分解确定其谐振频率、谐振中心等相关信息。首先建立并网LCL逆变器等效诺顿模型和电网等效模型,基于已建立模型,采用模态分析法分析风电场并网谐振现象并给出各节点谐振参与因子、谐振中心等谐振信息。基于仿真平台PSCAD按照某99 MW风电场参数搭建实例仿真模型,在验证模态分析法可行性的同时,深入研究随着风电场集电线路长度和风机并网台数改变时的并网谐振各节点参与因子与谐振中心的变化规律。     

大型风电场无功补偿问题的探讨

介绍了无功补偿的基本原理以及风电场无功补偿所用的主要装置、风电场无功补偿的配置等。     

STATCOM与SVC提高大型异步机风电场LVRT能力对比研究

研究了STATCOM与SVC提高大型异步机风电场低电压穿越(LVRT)能力的效果。分析了恒速异步风力发电机LVRT能力低的原因以及STATCOM与SVC提高其LVRT能力的作用机理。在PSCAD/EMTDC中分别搭建了STATCOM、SVC控制模型和含异步机风电场的IEEE14节点电网的仿真模型,通过仿真实验验证了这两种无功补偿装置对于提高异步机风电场LVRT能力的重要作用。仿真实验结果表明:STATCOM与SVC均能够帮助风电场在电网故障后快速重建电压,降低电网同步发电机励磁电压峰值和强励时间,抑制发电机转子加速,使异步风力发电机组穿越低电压故障区域。STATCOM比SVC有更好的补偿稳定性,提高异步机风电场LVRT能力更突出。     

RBFNN‐based adaptive crowbar protection scheme designed for the doubly fed induction generator in large‐scale wind farms

The doubly fed induction generator (DFIG) and its relative technique, especially in the case where crowbar protection is provided for enhanced low‐voltage‐ride‐through (LVRT) performance, have been hot issues for a long time. In this paper, the wind farm LVRT standard and the dilemma that the conventional crowbar protection encounters are introduced in the first place. Then, the variation of the DFIG rotor faulted current is analyzed, with part of its duration being considered as a black box. Therefore, the radial basis function neural network (RBFNN) is utilized for the black box modeling. Based on above studies, an adaptive crowbar protection scheme is finally put forward and assessed. Emphasis is mainly placed on the black box modeling, error analysis, and the investigation of its impact on the wind farm LVRT capability. DIgSILENT‐based simulation results indicate that, with the novel scheme, it becomes possible for the crowbar to be adaptively switched out at a certain reasonable moment, so as to generate reactive power within the faulted duration. As a result, the steady‐state voltage of the point of common coupling (PCC) is enhanced and the safety of the rotor‐side convertor (RSC) can be ensured at the same time. © 2015 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

基于MMC的风电机组低电压穿越测试装置控制策略研究

电力电子型风电机组低电压穿越(Low Voltage Ride Through, LVRT)测试装置具有控制灵活、精度高、功能多样、对电网干扰小等优点。如何准确模拟标准要求的各种电网故障电压波形是该装置控制策略要解决的关键问题。为此,首先构造了三相短路和两相短路的虚拟故障电路,利用对称分量法,详细推导了以电压跌落百分比为输入条件的电网故障电压和短路阻抗比的解析表达式。其次,将电网故障电压作为LVRT测试装置的电压跌落指令参考值,通过闭环控制即可输出需要的测试电压波形。最后,结合基于模块化多电平换流器(Modular Multilevel Convener, MMC)的风电机组LVRT测试装置,给出了电网侧MMC和风机侧MMC的控制策略。在PSCAD/ETMDC中搭建了大容量风电机组低电压穿越测试装置仿真模型,通过LVRT测试中的2种典型工况仿真验证了该方法的有效性。     

采用新型动态撬棒的DFIG低高电压连锁故障穿越技术研究

针对传统撬棒电路(采用固定电阻)在解决双馈风力发电机(DFIG)低高电压连锁故障穿越时,难以兼顾发电机转子侧电流和直流母线电压的抑制问题,采用电机电磁暂态分析的方法,找出了双馈风力发电机转子电流、电压与撬棒电阻的关系,提出一种撬棒电阻动态自适应的控制方法。该方法适用于低电压、高电压及低高电压连锁故障,解决了电网故障穿越时无法同时抑制转子电流和母线电压的波动问题。采用理论分析和仿真实验,证明该方法在电压跌落故障、电压骤升故障以及低高压连锁故障下能够有效地抑制转子电流和直流母线电压的波动,提高了系统的故障穿越能力。     

低电压穿越测试中短路容量因素的影响分析

对风电机组低电压穿越(LVRT)能力的现场测试是检验风电机组LVRT能力的重要手段.这里从某风场双馈感应发电机(DFIG)的现场LVRT测试中发现的问题展开,通过重新梳理整个测试方案的检测流程和设备参数发现了测试点短路容量不匹配.为确认原因,首先从理论计算的角度进行分析,然后根据现场风机参数建立DFIG Matlab仿真模型,通过模拟电网发生电压跌落故障,验证了测试点短路容量的变化对风电机组LVRT测试的影响.最后通过现场实测再次确认了问题的原因,并验证了调整后设备参数的正确性.     

风电并网系统稳态运行的研究

介绍了风力发电并网的稳态运行的研究现状,包括含风电场的电力系统潮流计算及模型,风电场的静态电压稳定性的分析方法与模型,电压静态稳定性指标和控制电压失稳措施,风力发电最大注入功率的影响因素及主要分析方法,衡量发电规模的指标及容量可信度等.对研究方向进行了理论分析并对方法和措施进行了分类与评价.