双馈变速风电机组低电压穿越控制

当系统中风电装机容量比例较大时,系统故障导致电压跌落后,风电场切除会严重影响系统运行的稳定性,这就要求风电机组具有低电压穿越（Low Voltage Ride Through,LVRT)能力,保证系统发生故障后风电机组不间断并网运行。分析了双馈风电机组LVRT原理和基于转子撬棒保护(crow-bar protection)的LVRT控制策略,在电力系统仿真分析软件DIgSILENT/Power Factory中建立了双馈风电机组模型及其LVRT控制模型,以某地区风电系统为例进行仿真计算,分析转子撬棒投入与     

大型双馈风电机组电网故障穿越过程载荷特性分析

目前,针对大型双馈风电机组电网故障穿越过程载荷特性的研究不足。首先,基于弹簧-阻尼-质量建模方法,建立了双馈风电机组传动链轴系载荷响应模型及塔架左右方向运动响应模型,获得系统固有谐振频率及阻尼系数解析表达式,理论分析结果表明,电网故障穿越过程可能引起传动链扭振和塔架左右晃动。其次,建立GH Bladed-MATLAB联合仿真模型,并基于此研究了电网对称与不对称故障对传动链轴系及塔架左右载荷特性的影响,仿真结果验证了理论分析的正确性。最后,进一步研究了不同有功恢复策略对机组载荷的影响,结果表明,有功功率恢复速率过快会导致机组载荷大幅增加,并得出了"机械友好型"风电机组故障电压穿越控制原则。     

双馈风电机组高电压穿越控制策略研究

风电机组的电网电压故障穿越能力是风机重要的并网性能评价指标。随着风机低电压穿越能力的深入研究,电网电压骤升成了威胁风机安全运行的因素。为了研究双馈风电机组在电网电压骤升下的特性及不脱网运行控制策略,分析了电网电压骤升时双馈感应发电机的电磁暂态过渡过程。结合现场运行风电机组的实际特性,提出一种易于工程实现的双馈风电机组高电压穿越控制策略。该控制策略不需更改原风机一次回路结构,只对双馈风机的发电机侧控制逻辑进行修改,即可实现双馈风电机组在电网电压骤升时不脱网运行,保障机组安全与电网稳定。最后通过仿真验证了控制策略的可行性。     

基于安全电压的双馈风电机组高电压穿越判别方法

基于双馈风电机组的动态无功支持能力,在电网电压骤升时协调控制网侧变流器和发电机定子输出的无功功率,维持直流侧母线电压的安全稳定运行。根据DFIG直流侧电容的高电压穿越安全要求,定义了电网电压骤升时双馈风力发电机组接入电压的安全电压。然后基于安全电压给出了DFIG在电网电压骤升时能否实现高电压穿越的判断依据,并给出了其高电压穿越时的无功协调输出策略。仿真结果验证了所提的方法。     

低电压穿越期间双馈风电机组稳定性分析与电流分配方法

在弱电网情况下,双馈风电机组(DFIG)与电网阻抗之间会发生复杂的交互作用,若在低电压穿越期间有功、无功电流设置不当,则系统将面临失稳风险。为此,建立DFIG的小信号导纳模型,分析系统失稳机理,尤其是厘清输电线路阻抗、锁相环等因素对稳定性的影响规律。提出满足无功电流响应准则、变换器容量限制和系统稳定性约束的DFIG有功、无功电流分配原则,推导DFIG稳定运行范围,从而为弱电网下DFIG的电流指令设置提供参考。实验结果表明：有功、无功电流对稳定性的影响规律不同,与无功电流相比,有功电流对稳定性的影响更为显著,验证了理论分析的正确性,且进一步验证了所提电流分配方法的有效性。     

一种新型双馈风电机组低电压穿越技术研究

深入分析了双馈风电机组的数学模型并研究了新型低电压穿越(LVRT)硬件设计原理和控制策略,并在不同控制模式下进行仿真,对比分析了风电机组发生电网电压跌落和恢复过程中相关暂态特性,同时在风场进行实际的LVRT测试及相关策略验证测试。这种新型LVRT技术有利于减小风电机组在发生电网电压跌落和恢复过程中相关暂态特性对风电机组的不良影响。     

双馈风电机组故障穿越方案研究

针对风电并网规范对风电机组故障穿越要求高的问题,介绍基于串联网侧变流器(SGSC)故障穿越方案的拓扑结构,对双馈风电机组采用SGSC实现低电压穿越的控制原理进行归纳分析,提出一种结合固态断路器(SSCB)和SGSC的新型故障穿越方案,分析新型故障穿越方案存在的问题及处理方法并提出进一步研究的方向。     

低电压穿越控制策略下双馈风电机组故障电流特性的研究

在电压跌落程度不大的远区非严重故障情况下,低电压穿越控制策略的采用使得双馈风电机组的转子绕组仍由变频器进行励磁。因此,非严重故障情况下双馈风电机组的故障电流特性取决于低电压穿越控制策略下变频器的响应特性。针对此,本文分析了低电压穿越控制策略下转子侧变流器的故障响应特性,得到了转子绕组故障电流的统一计算模型。在此基础上,对非严重故障情况下双馈风电机组的定子绕组故障电流特性进行了研究,建立了定子绕组故障电流的统一解析表达式。数字仿真结果证明了理论分析的正确性。     

基于MP-RCC的双馈风电机组低电压穿越控制研究

对于风电并网系统,双馈风电机组电网侧电压严重跌落容易在风机转子侧形成峰值涌流,损坏变流设备,并造成风机脱网.因此提出了模型预测转子电流控制(model predictive rotor current control,MP-RCC)与动态电压恢复器(dynamic voltage restorer,DVR)的协调控制策...     

双馈风电场柔性高压直流输电系统的故障穿越运行控制

为了实现风电场柔性高压直流(VSC-HVDC)接入结构下的故障穿越(FRT)运行,以双馈风电场为例,构建了双馈风电场通过VSC-HVDC接入电网的数学模型,并分析了电网故障下的系统脱网机理。针对风电场设计了基于电网故障下风电场侧电压源换流器功率变化特性的故障越权控制模块,使得风电场在电网故障情况下快速减载,实现系统直流母线电压的稳定;针对电网侧电压源换流器,分别设计了直流电压外环和电流内环的故障越权控制模块,以期分别实现对故障电网提供无功支持和减少换流器的故障电流冲击。通过这些电网故障越权控制模块的配合,有效地实现了通过VSC-HVDC输电系统接入电网的双馈风电场的FRT运行能力。最后,在MATLAB/Simulink仿真平台上分别对不同的电网电压跌落故障和不对称故障情况进行仿真验证,仿真结果和对比分析都表明所提控制策略的正确性和有效性。     

基于干扰抑制的双馈风机低电压穿越控制策略

低电压穿越要求风力发电系统在电网电压突降下保持连续运行并为电网提供无功功率支撑。为提升双馈风力发电系统的低电压穿越能力,提出基于状态相关Riccati方程技术的干扰抑制控制方法。所提干扰抑制控制目标为：确保转子侧换流器在暂态期间为系统提供所需的无功功率支撑;控制网侧换流器以维持直流母线电压恒定。基于上述控制目标构建相应的干扰抑制控制问题,并采用状态相关Riccati方程技术获得反馈控制律。在设计权重矩阵时,充分考虑了控制目标、控制效果与控制成本的影响。为了保证转子电流和直流母线电压在低电压穿越过程中处于安全范围,设计转子电流抑制机制,并采用串联动态电阻保护电路。最后,与传统比例-积分（PI）控制、基于粒子群优化的PI控制、滑模控制以及精确线性化控制的仿真结果进行对比,结果表明所提出的控制策略具有更好的暂态性能,能够有效地提升双馈风力发电系统的低电压穿越能力。     

双馈风电机组变系数虚拟惯量优化控制

传统的变速恒频风力发电机采用电力电子变流器控制,导致机组输出功率与系统频率解耦,使风力机无法响应系统频率变化,降低了系统转动惯量。在分析双馈风力发电机运行特性和虚拟惯量特性的基础上,研究了双馈风力发电机采用虚拟惯量控制的机组转速变化与输出功率的关系,提出了同时考虑调频效益和调频成本的变系数虚拟惯量控制策略。该控制策略分别以调频时双馈风电机组输出功率、转速恢复时间衡量调频效益、调频成本的大小,并采用遗传算法离线计算机组不同运行状态下的调频系数曲线和机组转速变化程度的最优值,以实现机组频率控制系数随机组转速变化而改变。根据计算所得调频系数曲线在MATLAB/Simulink软件平台进行仿真实验,结果表明所提方法能够使双馈风电机组在不同运行状态下响应系统频率变化,并保证机组自身稳定运行。     

海上双馈风电机组开路故障容错重构技术

为了降低海上风电场的度电成本,避免可及性差导致的维护困难,提出一种海上双馈风电机组开路故障的容错方法。首先,根据开路故障的位置特点给出不同的硬件重构方案。然后,针对转子侧变流器单相开路故障,优化故障后的三相四开关变频器调制信号,同时加入直流电压偏差,补偿故障引起的直流电容电压波动。仿真与实验结果表明,发生单相开路故障后,通过软、硬件容错技术可实现无冗余配置下的非备份式容错运行,提高机组的可用率。     

制动电阻对变速双馈风电机组故障穿越能力的影响研究

为保持系统稳定,必须要求风电机组具有故障穿越能力.双馈风电机组故障穿越能力已成为研究热点.介绍了故障穿越标准,分析了双馈风电机组暂态特性与制动电阻的工作原理,详细分析电网电压跌落情况下,制动电阻接在风电场升压变压器低压侧与接在风电机组机端对双馈风机故障穿越能力影响.试验结果表明:故障期间投入制动电阻,能有效提升双馈风电场故障穿越能力.     

动态调整转子撬棒阻值的双馈风电机组低电压穿越方法

双馈感应发电机(DFIG)等大型电力电子发电设备接入电网,改变了电力系统源端的暂态特性。在系统故障下,为保证DFIG不脱网运行,常采用转子撬棒保护电路完成低电压穿越(LVRT)。DFIG的暂态特性与故障发生时刻和故障程度有关,传统固定阻值的撬棒电路很难保证不同故障下的LVRT。从时域角度推导了撬棒投入后的暂态转子电流表达式,并提出了基于动态调整转子撬棒阻值的DFIG的LVRT方案,制定了转子撬棒自适应控制策略及阻值整定方法。仿真分析了不同电压跌落深度下所提方案的LVRT特性。结果表明,所提方法不仅能够满足不同电压跌落深度下的转子电流和直流母线电压,而且降低了撬棒投入次数及时间。     

弱电网情况下双馈风电机组改进虚拟感抗控制方法

当前弱电网条件下双馈风电机组的运行稳定性问题受到广泛关注。在同步旋转坐标系下建立了综合考虑锁相环、转子侧电流环和功率环控制器影响的双馈风电机组等效输入导纳模型。在此基础上,结合广义奈奎斯特稳定判据分析了增大转子侧电感对系统稳定性的提升作用,由此提出在控制器中引入虚拟感抗提高系统稳定性的方法。相对于传统的直接在转子侧电流环中引入虚拟感抗,在设计基于虚拟感抗的控制器时,充分考虑锁相环耦合弱电网扰动对双馈风电机组运行稳定性带来的不利影响,提出了改进的控制方法。通过广义奈奎斯特判据证明了该方法能有效提高弱电网条件下双馈风电机组的运行稳定性。在MATLAB/Simulink中搭建了1.5 MW的双馈风电机组详细模型,通过仿真验证了所提改进控制器对提高系统稳定性的有效性。     

基于变结构准Z源的双馈风电机组强励变换器

当电网电压发生深度跌落时,需要风力发电系统不脱网且向电网提供动态无功支撑,采用传统励磁变换器的双馈风电机组往往需要通过外加装置才能实现这一要求.外加装置使系统变得复杂,可靠性和效率降低.针对这一问题,文中分析了双馈风电机组低电压穿越的瓶颈,提出了构建坚强励磁系统的思想,并设计了一种基于变结构准Z源的新型双馈风电机组强励...     

双馈风电机组附加控制对轴系振荡影响的评估方法

为消除绝对特征值灵敏度指标中参数量纲的影响,同时计及风速的概率分布特性对特征值灵敏度排序的影响,提出了一种累积相对特征值灵敏度(CRES)指标及其计算方法,并基于该指标定量评估了双馈风电机组附加控制(有功功率调制、虚拟惯性控制、下降控制、无功功率调制和机端电压控制)对机组本身轴系振荡阻尼的影响。CRES本质上是相对特征值灵敏度的加权和。通过引入相对特征值灵敏度消除了参数量纲的影响;在此基础上,按照转子运行状态将风速划分为若干区间,以平均风速作为该区间的典型风速,以风速落入该区间的概率作为该区间典型风速下计算所得相对特征值灵敏度的权重。时域仿真结果表明:基于CRES指标能有效地确定不同类型附加控制中影响轴系振荡阻尼的关键参数,通过对关键参数的重新整定可显著减小附加控制器对轴系振荡的不利影响和降低其对传动轴系统的转矩冲击。     

双馈风电机组故障行为及对电力系统暂态稳定性的影响

由于双馈风电机组具有不同于同步发电机的运行特性,且不同型号双馈风电机组在实现故障穿越时采用不同的控制策略,造成大规模风电并网的电力系统暂态稳定性发生变化。文中通过对双馈风电机组控制特点及故障行为的深入研究,指出双馈风电机组的故障行为由故障穿越运行控制策略决定,并给出其等效外特性。基于等面积定则定性分析了双馈风电机组接入单端送电系统后,其故障行为对系统暂态稳定性影响的机理。在理论分析基础上进行了时域仿真验证,仿真结果表明,故障期间减小双馈风电机组有功给定值、增加无功注入控制比例系数有利于系统的暂态功角稳定性,故障清除后有功恢复控制对系统的暂态功角稳定性影响不大,验证了所提理论分析的正确性。