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.     

双馈风电机组多机并网系统短路电流计算方法

双馈风电机组(doubly-fed induction generator,DFIG)多机并网系统发生故障时,各DFIG采用的控制方式和短路计算模型不尽相同,会对电网短路电流分布产生影响。为此,提出一种计及DFIG控制方式判断的电网短路电流计算方法。DFIG控制方式主要取决于机端电压跌落程度,因此针对具有辐射状接线结构的DFIG多机并网系统,分析了持续励磁控制和投crowbar保护两种控制方式下DFIG故障模型对系统故障电压分布的影响,根据所得电压分布特性提出一种故障后DFIG多机控制方式判断方法。然后与传统的同步发电机供电系统对比,给出了适用于DFIG并网系统的节点电压方程以及电网短路计算程序框图。最后以6台DFIG接入电网为例,仿真验证了所提DFIG控制方式判断方法和短路电流计算方法的有效性。     

D-PMSG机端短路电流的微分方程模型及离散解法

当电网发生故障时,直驱永磁同步风力发电机(D-PMSG)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。为了准确描述直驱风机的机端电压深度跌落过程中D-PMSG短路电流的变化特性,基于空间矢量和序分量法。本文建立了在二阶控制系统下的微分方程组,准确考虑了传统控制策略中电压外环和电流内环的影响,并采取降阶求解的方法,求得D-PMSG三相对称短路及不对称短路条件下的短路电流波形,为进一步求解解析式提供了检验依据。     

风电场接入新疆某地区电网暂态电压稳定性研究

基于电网网络特性和三相短路故障等因素,通过对普通异步风力发电机和双馈风力发电机风电场接入新疆某地区电网的仿真计算,得出了风电场暂态电压极限功率,分析了系统的暂态电压稳定性。根据仿真结果可以得出,短路容量大的系统暂态电压稳定性越强;双馈风力发电机组能够通过转子变频器进行无功电压调节控制,所以在三相短路故障时其暂态电压稳定性比普通异步风力发电机组更稳定。     

基于双馈风电场的三相短路电流计算及保护方法

新能源发电技术在电力系统中逐渐占据越来越大的比重。为了实现电力系统安全运行的稳定性,需要了解系统故障的影响,根据双馈风力发电机的撬棒动作情况以及相关暂态特性完成短路电流计算。通过建立双馈风力发电机模型,并根据双馈风力发电机在三相短路故障期间投入的撬棒保护,对风机内在机理的动态变化进行分析,精确计算定转子磁链在故障期间的变化情况,从而得到撬棒动作时的新三相短路电流计算方法。最后通过PSCAD/EMTDC 进行仿真验证,并利用Matlab检验计算方法的精确度。同时根据风场的低电压穿越能力与电流保护装置的特性,提出一种针对双馈风电场的低电压穿越保护方案。该方案根据低电压穿越能力的电压变化要求以及短路电流的大小协作完成对线路的保护,以便清除故障后风场电压可以及时恢复并且保持并网运行,且在一定程度上可应对低电压穿越能力的延时问题。     

节点电压方程的任意时刻短路电流实用计算研究

针对传统运算曲线法计算任意时刻短路电流有效值的精确性问题,引入IEC标准及电路理论,利用节点导纳矩阵推导出电力系统短路时任意时刻短路电流的实用计算机算法。该方法解决了将IEC标准应用于软件求解的问题,综合考虑两类节点电压方程进行简化计算,能自动完成系统短路时任意时刻短路电流衰减周期分量及非周期分量的求解,不仅大大减轻了传统运算曲线法的工作量,且计算结果更为精确。通过运用于伊朗RUDBAR水电站实例,验证了算法的准确性与有效性。     

SVC和SSSC联合改善风电场暂态电压稳定性的研究

分析了影响风电场暂态电压稳定性的原因,即当系统发生短路故障,电压下降,而异步电机发出有功功率的同时又会从电网吸收无功功率,造成风电机组机端电压降落的更严重,系统失去稳定。针对这一原因提出了应用静止无功补偿器(SVC)和静止同步串联补偿器(SSSC)进行联合,利用SSSC减小短路电流,降低故障期间母线电压下降的程度,故障切除后,利用SVC进行无功补偿,提高风电场的暂态电压稳定性。分别给出了SVC和SSSC的工作特性,在Matlab/Simulink中搭建了风电场和相关模型,通过仿真计算验证了SVC和SSSC对于提高风电场暂态电压稳定性的作用。结果表明:SVC能够连续平滑的对系统提供无功补偿,维持系统的暂态稳定;当发生严重短路故障时,SSSC和SVC联合,能够有效地减小故障电流,恢复机端电压;SVC和SSSC的共同作用能解决风电场的暂态电压稳定问题。     

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。     

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...     

考虑撬棒保护的双馈风力发电机定子短路电流计算

双馈风力发电机目前被广泛应用于风力发电系统。电网电压发生跌落时,需要在双馈风力发电机投入撬棒电路,防止转子回路产生过电流,威胁变流器的安全。在考虑故障前有功、无功功率以及撬棒电路投入对双馈风力发电机暂态特性影响的基础上,通过分析不同坐标系下矢量形式的双馈风力发电机等效电路,推导出对称和不对称故障情况下双馈风力发电机定子短路电流的表达式,避免了求解复杂的微分方程,计算过程简便。同时,分析了故障后定子短路电流的影响因素以及撬棒电路对定子稳态短路电流的影响。最后,利用Matlab/Simu-link验证了定子短路电流表达式的正确性。     

双馈风电场的频率特性对距离保护的影响

基于双馈的风力发电场送出线路发生故障时,风力发电机的短路电流的特性与常规电力系统短路电流特性有明显的差别,主要表现在短路电流可能非工频,这种特性使得利用工频傅式算法进行信号的基频相量的提取和计算不正确。为了深入分析双馈风电场短路电流的这种特性,文中将结合双馈风电场的等效电路,从理论上分析送出线路故障时,风电场侧电流、电压的频率主要成分,并通过频谱分析进行验证。根据风电场侧电流、电压的频率不一致的特性,在PSCAD中仿真分析该种特性对送出线路上传统距离保护的影响。通过对某地区风电场仿真的实验结果可知,短路电流偏移工频,使得基于傅里叶工频算法的传统距离保护不能准确地测得阻抗,从而造成距离元件的误动作。     

考虑Crowbar电阻的双馈电机短路电流实用计算

含Crowbar保护的双馈风力发电机在模型上不同于普通异步发电机。首先,双馈风力发电机在转子侧连接着变流器;其次对转子侧变流器采用Crowbar保护。因此,在短路电流计算方法上,两者也必然有相应的差异。目前,在双馈风力发电机短路电流计算方面,我国采用的国家标准为GB/T15544.1《三相交流系统短路电流计算》。该标准中,没有考虑广泛采用的Crowbar电阻元件对短路电流的影响。为此,在研究建立含Crowbar保护的双馈风力发电机新模型的基础上,推导双馈风力发电机短路电流实用计算公式。文中还用PSCAD/EMTDC软件的精确模型仿真结果对提出的含Crowbar电阻的双馈风力发电机三相短路电流实用计算公式进行了验证,并比较了国家标准计算方法。研究表明:推导提出的含Crowbar保护的双馈风力发电机三相短路电流实用计算公式准确、方便,对风电场的电气安全设计具有重要意义。     

浅析风电场短路电流计算

目前国内外电力系统关于短路电流的计算方法及软件都已经相当成熟,但对风力发电机系统短路电流计算的方法和对于各种风电场不同问题的研究全都很少,绝大部分是从电力系统的角度说明短路电流计算的方法,没能做到真的适应于风力发电场的实际情况.而风电场内部的电气设备选择直接影响到风场的经济效益.因此,将风电场作为独立系统进行短路电流的分析计算,对其风场内系统配置的影响具有重要的现实意义.     

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。     

基于DFIG可用无功裕度的风电场无功电压控制方法

本文提出一种新型双馈风电场无功电压控制方法,旨在满足风电场并网点电压要求的同时能够减少各机组机端电压的差异,以提高机组联网运行能力。该方法考虑了风电场的有功电压特性与双馈型风机的无功调控裕度,通过实时监测风电场升压站高压侧母线电压偏差能较准确地计算风电场无功需求;建立了以降低各机组机端电压差异为目标的无功控制模型,并利用遗传算法确定各机组无功输出分配方案。仿真算例验证了该方法能有效降低各机组机端电压差异,使并网点电压满足电网运行指标。     

双馈感应风力发电机在三相短路故障下暂态电流特性分析

为了对并网双馈感应发电机风电场联络线保护进行研究,有必要对电网故障下双馈风电机组的暂态电流特性进行推导分析.利用双馈发电机定、转子磁链的暂态变化机理,推导了双馈风电机组在远端和近端短路故障下的定、转子暂态电流的解析表达式,并通过暂态仿真结果验证了解析表达式的正确性.在远端故障时,考虑了机端电压不同的跌落程度.在近端故障时,考虑了主动CROWBAR保护旁路电阻大小的影响.     

对称故障且crowbar保护未动作情况下双馈感应发电机转子电流增量分析

定量分析双馈感应发电机在机端发生对称短路故障过程中转子电流增量特性,对风电场的规划设计、保护配置以及降低连锁脱网故障风险具有重要意义。以机端发生对称短路期间转子转速、初相以及定转子励磁电压恒定为研究条件,分析了crowbar保护（撬棒保护）未动作情况下双馈感应发电机的电磁暂态过程,并根据叠加原理,提出了机端发生对称短路故障下的转子电流增量最大值的计算方法,并且在忽略定子绕组和转子绕组的基础上,推导了机端电压增量与转子电流增量之间的解析计算模型。通过不同机型的风电机组的数值计算结果进行对比,解析计算模型的计算误差小于10%,验证了解析计算模型的有效性。     

风电场接入对配电网继电保护的影响与对策

风电场的接入改变了配电网的短路电流分布,必须调整现有的配电网保护才能保证发生短路时保护能正确切除故障。文章研究风电场接入后对配电网继电保护的影响,分析异步风力发电机的短路电流,讨论定子故障电流的构成和各分量衰减时间常数的计算及其衰减规律。在此基础上提出了自适应电流速断保护方案,有效解决了风电场接入后原配电网保护可能出现的误动、拒动问题,提高了保护动作的可靠性。     

基于低电压穿越能力的风电并网点继电保护的研究

在分析各国有关风电场继电保护配置情况的基础上,指出了在风电场保护动作切除产生的故障之前,风电机组已经脱网,没有考虑风电机组对系统的作用。其次,对所构建的风电机组低电压穿越(LVRT)能力及其相关系统继电保护之间配合的实现进行深入分析研究,并验证输电系统继电保护以及风电场自身保护所应有的配合关系。为了防止具有LVRT能力的风力发电机(以下简称风机)投入系统导致传统的继电保护误动,提出在风机并网点采用电压电流保护的方法。电网发生故障或波动引起电流衰减,采用低电压保持的延迟电流保护来消除双馈异步风力发电机短路电流衰减对保护的影响。利用该保护对搭建的系统图进行仿真,得出保护跳闸情况,并与传统的保护进行分析对比。     

模块化多相永磁风力发电机串并联直流海上风电场电压协调控制

为满足高电压、大功率、高可靠性的风电场直流输电系统电能传输需求,该文提出基于模块化多相永磁风力发电机的新型串并联直流海上风电场拓扑,以及模块化多相永磁风力发电机串并联直流海上风电场电压协调控制方法。首先,建立基于模块化多相永磁风力发电机的直流风力发电系统数学模型,设计了模块化多相永磁风力发电机无差拍功率预测控制器,来提升dq轴电流跟踪精度和动态响应速度,并补偿无差拍预测控制器中的单拍延迟;然后,针对模块化多相永磁同步发电机串并联拓扑结构特点,提出一种考虑直流风电场潮流的功率-电压协调控制策略,通过实时调节风机的有功功率参考值,来抑制串并联直流风电场的风机过电压;最后,搭建了基于模块化多相永磁风力发电机的3×6×5 MW串并联直流海上风电场的模型,来验证所提无差拍功率预测控制和功率-电压协调控制的有效性。