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。     

应对电网电压骤降的双馈感应风力发电机Crowbar控制策略

双馈感应发电机(doubly fed induction generator,DFIG)具有有功、无功功率独立调节的能力及励磁变频器所需容量小等优点,在风力发电系统中得到了广泛应用,但由于励磁变频器的容量较小,使其在电网故障下的控制能力受到限制。为保护励磁变频器,需要采用Crowbar装置在电压骤降时为转子浪涌电流提供通路,并限制转子电流增大。文章提出了一种Crowbar控制策略,能有效抑制转子过电流、直流母线过电压以及电磁转矩的振荡,并可向电网注入无功电流以帮助电网电压的恢复。仿真结果验证了这种控制方式能使DFIG在大幅电压骤降故障下实现不间断运行,有效提高了DFIG风电机组运行的可靠性。     

双馈异步发电机单相接地故障瞬态特性研究

为了便于研究DFIG在不对称电压跌落下低电压穿越运行的控制策略,有必要对不对称电压跌落时DFIG的瞬态特性进行研究。基于DFIG定、转子磁链的瞬态变化机理,对DFIG单相接地故障瞬态特性进行研究,推导出了DFIG在发生单相接地故障时的定、转子电流,电磁转矩,输出有功功率与无功功率的解析表达式,并分析得到影响单相接地故障时电磁过渡过程的主要因素。在Matlab/Simulink中搭建了1.5 MW双馈异步发电机单相接地故障仿真模型。仿真结果和解析计算结果高度吻合,证明了推导的解析表达式的正确性和有效性,为双馈异步发电机不对称LVRT控制策略提供了理论基础。     

双馈感应式风力发电系统低电压运行特性研究

双馈感应发电机(DFIG)具有有功、无功功率独立调节能力及励磁变频器所需容量小等优点,在风力发电系统中得到越来越广泛的应用。但正是励磁变频器的过流能力限制使得其对电网故障非常敏感,电网故障下DFIG风电机组的控制能力受到限制。当前国外大多数风电并网标准都要求风力发电机在电网电压跌落的情况下不能从电网中解列,以便在故障后电网恢复过程中提供功率支持,避免发生后续更为严重的电网故障,这即是对风电机组低电压穿越能力的要求。为了保护变流器和对电网提供支撑,需要研制一种能够在电网故障发生时为故障电流进行旁路的设备———Crowbar电路。针对Crowbar的电流旁路装置进行了研究,说明Crowbar电路具有抑制转子浪涌电流和保护直流母线的作用,并在小功率平台上进行了试验,证明了这种设备对于提高DFIG系统的LVRT能力具有重要的作用。     

电网电压骤降故障下双馈风力发电机建模与控制

双馈感应发电机（DFIG）在变速恒频风力发电中得到广泛应用,对DFIG采用矢量控制可使风电系统实现最大风能追踪和有功、无功解耦调节,从而获得优良的发电运行性能。但在传统的矢量控制方式中,通常认为是无穷大理想电网,忽略了定子励磁电流变化的动态过程,从而得到简化的DFIG数学模型,并以此作为电流内环控制器的设计依据。这种控制器在电网正常的情况下可使系统获得优良的动静态特性,但当电网出现故障时,其控制性能将恶化。为了提高电网电压故障情况下DFIG不间断运行能力,文中以DFIG的精确数学模型为依据,针对传统的2种矢量控制方式的不足,提出了改进的控制方案,并对改进前后电网电压骤降情况下DFIG的动态过程进行了仿真对比,结果表明改进方案可以有效控制转子电流,保护转子励磁变频器,提高DFIG变速恒频风电系统在电网故障下的不间断运行能力,是并网DFIG风力发电机的一种有效、实用的控制策略。     

双馈感应发电机转子匝间短路时定子电流谐波分析

随着人们对风能重视程度的日益加深,双馈感应发电机(DFIG)的应用越来越广泛。转子绕组匝间短路故障是一种常见故障,对DFIG以及风电系统具有较大危害。文中分析了正常情况以及发生转子绕组匝间短路故障时定子侧电流谐波成分,考虑了绕组结构对谐波成分的影响;建立了DFIG多回路数学模型,计算了发生不同程度转子绕组匝间短路故障时的定、转子电流,分析了发生转子绕组匝间短路故障时电流的变化规律;以傅里叶变换为基础,进一步分析了定子单条支路电流、线电流以及并联支路环流中的谐波成分。这些谐波特性可以用于构造转子绕组匝间短路故障检测与诊断判据。     

限幅环节对DFIG故障中输出特性的影响研究

研究了不同严重程度的三相对称故障下,限幅环节对双馈感应电机(DFIG)输出特性的影响。仿真获得不触发Crowbar动作的不同故障下,DFIG故障中稳态有功输出与稳态电压的关系;给出DFIG功率控制模块中有功功率限幅和转子电流限幅的数学模型,仿真分析了限幅环节对故障期间Crowbar动作次数、暂态有功及无功输出特性的影响。通过理论推导结果与仿真的对比,表明了故障中稳态有功输出特性由有功限幅、转子电流限幅及额定有功输出限制决定,且在严重程度不同的故障下,DFIG故障中功率输出由不同限幅环节决定。     

电网短路故障下DFIG的电磁特性研究

对电网短路故障下双馈感应发电机（Doubly Fed Induction Generator,DFIG）的电磁特性进行研究以提高DFIG的故障穿越能力。在对实际电网进行简化的基础上,利用电路理论的换路原理以及KVL、KCL定律分别对电网三相短路故障发生时和切除时DFIG定子磁链的动态特性进行了理论研究;仿真分析了电网不同地点、不同短路故障类型下DFIG定子磁链和转子电流的变化特性。研究结果表明,电网短路切除时DFIG定子磁链发生突变,在线路电阻电抗比较小的情况下定子磁链跃变为稳态值而不出现暂态直流分量,从而短路切除时转子中不会出现暂态冲击电流。理论研究与仿真分析表明,短路发生时与切除时DFIG具有不同的电磁动态。     

一种新的无刷发电机转子绕组匝间短路故障的检测方法

无刷发电机转子匝间短路故障发生频率高且难以检测。以发电机定子绕组线圈为对象,分析了发电机转子绕组匝间短路时,定子绕组并联支路内的感应电动势特性,以及由此引起的转子绕组上的谐波特性。将励磁电流中的特征频率成分看成谐波源,研究了故障特征向励磁机侧传递的规律,得到了故障时励磁机励磁电流的谐波特征,从而提出了一种基于励磁机励磁电流的转子绕组短路故障的检测方法。运用故障模拟发电机组进行了动模试验,试验验证了理论分析的正确性和有效性。     

电网短路故障时交流励磁风力发电机不脱网运行的励磁控制策略

提出一种电网短路故障时保持交流励磁风力发电机不脱网运行的新型励磁控制策略。分析了电网短路故障时交流励磁发电机的暂态物理过程和转子过电流的原因。改进控制方案从限制电网故障时定子工频过电流的角度出发,有效限制了由定子电流工频分量引起的转子电流交流分量,同时利用发电机定子电阻对定子磁链暂态直流分量进行灭磁,实现了故障时避免转子出现过电流的目的。建立了2 MW商用交流励磁风力发电系统仿真模型,在电网对称故障和非对称故障条件下,对"crowbar protection"方案和该文所提方案进行了仿真对比研究。仿真结果验证了该文所提改进方案的有效性,实现了电网故障期间发电机转子励磁变频器的安全运行,提高了交流励磁风力发电系统在电网故障时的不间断运行能力。     

考虑转子励磁控制的双馈风机故障特性分析

双馈风机大量并网后,电网故障特性发生明显变化,给电网设备选型及电网继电保护问题带来挑战。非严重故障情况下,撬棒保护未达到动作阈值时,转子侧变换器继续投入运行,转子变换器励磁控制很大程度上改变双馈风机的故障特性。通过建立双馈风电机组数学模型,理论分析了转子侧变换器控制下双馈风电机组的磁链变化、转子电流和定子电流的暂态特性。并通过PSCAD/MATLAB仿真软件对DFIG磁链和定转子电流进行了仿真分析,验证了理论分析的正确性。     

电压不对称骤升时DFIG暂态特性分析及控制策略改进

针对双馈感应风力发电机(DFIG)故障穿越问题,传统的研究大多只单独考虑电压对称下降或上升情况,但电压的恢复过程往往伴随着电压的升高,因此研究含电压下降和上升的不对称故障尤为重要.对两种典型不对称骤升故障期间的DFIG瞬态特性进行了理论推导,给出定子磁链变化规律;在此基础上,针对双闭环控制无法抑制故障期间转子电流和直流...     

基于负载特性曲线偏移实现转子匝间短路故障诊断的方法

利用励磁电流增幅计算励磁电流是实现汽轮发电机转子匝间短路故障诊断的典型方法,然而传统励磁电流计算方法的精确性往往无法满足诊断的精度要求。本文通过分析转子匝间短路的形成原因和对励磁电流的影响,比较各种励磁电流计算方法的特点和差异,提出了一种基于负载特性曲线偏移的汽轮发电机转子匝间短路故障诊断方法。该方法通过测量发电机运行电气量,采用ASA相量法计算负载情况下的励磁电流,根据测量的励磁电流对空载特性曲线进行修正,并采用禁忌搜索算法计算运行工作点,拟合得到偏移负载特性曲线。采用偏移负载特性曲线分别对正常工作和转子匝间短路故障的发电机进行励磁电流二次计算,将得到的励磁电流计算结果与实际值进行比较。以一台600MW汽轮发电机为实例进行试验,结果发现,在非匝间短路故障时,其励磁电流计算结果与实际值基本一致,匝间短路故障时故障特征明显,从而验证了该方法的正确性。     

低电压穿越控制下双馈风电机组短路电流特性与计算方法

双馈风电机组(DFIG)的规模化应用使得电力系统的故障特性发生了变化,极大制约了电力系统继电保护的实施。针对现有研究未计及低电压穿越(LVRT)措施对DFIG故障特性的影响问题,对低电压穿越控制下DFIG的短路电流进行研究,重点考虑DFIG无功功率输出通过改变机端电压对机组故障输出特性的影响。着眼于DFIG定转子绕组反应、变换器LVRT控制的相互耦合,通过构建LVRT控制下的DFIG矢量模型,导出了LVRT控制启动前和启动后的DFIG短路电流表达式,从无功功率输出和LVRT控制启动延时两个方面分析LVRT控制对DFIG短路电流的影响,建立LVRT控制启动前和启动后的DFIG故障等效模型,提出考虑LVRT控制影响的DFIG并网系统短路电流的计算方法。     

基于STATCOM的风电并网系统故障特性研究

DFIG自身无功调压能力有限,尤其在故障工况下不足以支撑大规模风电并网系统稳定性,而STATCOM在欠压情况下补偿能力强、响应速度快。为此,首先给出了DFIG和STATCOM的数学模型;接着采用恒电压控制、空间定向矢量控制、基于PI调节的电流控制等技术策略,通过分别调节dq轴电流来独立控制DFIG和STATCOM输出的有功和无功功率,制定了协调控制流程;最后在多种故障工况下进行了仿真分析,研究在STATCOM补偿下风电并网系统的故障特性,验证了STATCOM对故障参数的改善能力,探究了极端故障下STATCOM容量对系统稳定性的影响。     

计及不同电压跌落和GSC馈出电流的DFIG精细化故障计算模型

当含双馈感应发电机(DFIG)的交流电网发生故障时，DFIG输出特性的精确性将影响到整个故障网络计算结果的准确性。首先，从DFIG的不同电压跌落出发，详细推导了撬棒保护投入、转子侧变流器(RSC)励磁控制和外环控制下DFIG定子侧输出电流的计算公式。接着，考虑网侧变流器(GSC)的馈出电流，推导了GSC和RSC在不同控制策略下DFIG的输出电流表达式，进而提出了计及不同电压跌落和GSC馈出电流的DFIG精细化故障计算模型。最后，在MATLAB/Simulink平台中进行了DFIG并入无穷大系统和典型电网仿真来验证该精细化模型的准确性。仿真结果表明，所提精细化模型理论计算值与仿真值误差较小；与现有模型相比，该模型在应用于电网故障计算时具有更高的准确性。     

电枢磁场对零序谐波磁场励磁电流的影响机理分析与抑制

基于零序空间谐波磁场励磁的无刷同步电机,励磁电流的建立与电枢绕组中所注入的零序电流及转子谐波绕组的分布密切相关。同时,高次电枢谐波磁场和齿谐波磁场会对励磁电流产生干扰。为了提高励磁电流的稳定性和调节性能,该文深入分析合成电枢磁场产生的高次谐波和齿谐波电动势,研究干扰型谐波电动势对励磁电流的影响。并以2种具有不同槽极比结构的电机为例进行分析,表明在谐波绕组配合下,具有分数槽拓扑结构的电机转子谐波绕组中的高次谐波和齿谐波电动势得到明显削弱,励磁电流具有良好的调节特性。制作2种结构的样机进行实验,实验结果和2-D有限元结果一起验证了理论分析的正确性。     

基于电流补偿策略的DFIG系统低电压穿越研究

为了研究双馈异步风电机组定转子之间的故障特性,在RTDS中建立了低电压故障下双馈异步风电机组励磁变流控制系统,利用拉普拉斯变换分析DFIG系统状态方程在约束条件下的输出响应,给出了三相短路故障下发电机定转子电流各自暂态分量。通过分析定转子暂态分量衰减特性,得到定子直流磁链对定转子电磁暂态响应的主导作用。进一步通过转子电流补偿的改进空间矢量控制消除定子直流磁链,同时配合直流母线Crowbar卸载电路提高DFIG风电系统的低电压穿越能力。RTDS的仿真结果验证了电流补偿和Crowbar电路组合控制策略的有效性。     

电网对称故障下双馈风力发电机的虚拟同步控制策略

将虚拟同步控制策略运用于双馈感应发电机(DFIG)变频器控制,可使DFIG为电网提供有惯量的频率与电压支撑。但现有虚拟同步控制策略主要关注DFIG对同步发电机机电动态特性的模拟,未考虑DFIG的电磁暂态过程。分析了基于虚拟同步控制的DFIG在电网对称故障下的电磁暂态特性,指出了现有虚拟同步控制策略存在的两大缺陷:无法完全模拟同步电机故障暂态下的电磁关系,且无法抑制转子过电流。提出了一种适用于电网对称故障的DFIG暂态电压补偿虚拟同步控制策略,即通过补偿转子控制电压的暂态分量来抵消或削弱转子暂态反电势对转子过电流的影响。通过仿真对比了现有虚拟同步控制策略与所提策略对DFIG的控制效果,证明了所提虚拟同步控制策略不仅具备更好的惯性支撑能力,同时可显著抑制DFIG转子过电流与电磁转矩暂态冲击,并对系统进行无功支撑,有效提高了DFIG不间断运行能力与电网故障恢复能力。     

电网故障下DFIG的动态特性研究

针对电力系统中四种典型故障类型,基于对称分量法和同步坐标变换,分别建立了四种故障类型下DFIG电压、磁链的空间矢量模型,推导了DFIG的定、转子电流表达式。通过matlab仿真研究了DFIG在对称故障和不对称故障下的动态特性,实验结果发现由于A相接地故障时,产生不对称分量,使得电压、磁链等发生了二倍工频振荡。