双馈风电机组低电压穿越的Crowbar优化控制策略分析

双馈风电机组的低电压穿越通常采用在转子侧加撬棒保护电路（Crowbar）的方法。为有效评估双馈风电机组的故障暂态行为,首先分析了电网故障期间撬棒投入后的机组定转子电流特性,讨论了撬棒阻值的取值范围。在此基础上,以PSCAD/EMTDC为平台,建立包含撬棒保护电路的双馈风力发电机组模型,分析了2种撬棒控制策略下的机组动态响应,提出了一个评价机组动态响应的指标函数,对仿真结果比较分析,得出了双馈风电机组在不同电压跌落情况下实现低电压穿越的撬棒优化控制策略。     

双馈风力发电机组撬棒电路保护技术的研究

当电力系统电压出现跌落时,大容量风电场的切出会影响系统运行的稳定性,这就要求风电机组具备低电压穿越(LVRT)能力,以保证系统出现电压跌落时风电机组不间断并网运行.此处根据双馈风电机组LVRT原理对转子撬棒保护电路的控制策略及其投切时刻的整定进行了研究,推导出撬棒电阻的取值范围,对影响撬棒电路保护效果的各种因素进行了分...     

双馈风力发电低电压穿越撬棒阻值模糊优化

撬棒(crowbar)保护是双馈风力发电机组实现低电压穿越的主要控制方法之一。针对传统撬棒阻值设计与定转子电流约束条件边界取值相关,进而影响系统安全性这一问题,采用模糊优化理论,分析电网发生三相短路故障时转子电流峰值估算式以及撬棒阻值约束式;根据模糊优化机制及上述阻值约束关系,建立撬棒阻值模糊集隶属函数及模糊目标函数。针对1.5 MW双馈风电机组撬棒阻值进行模糊优化设计,并对设计结果在Matlab/Simulink平台上进行了仿真验证。仿真结果表明,撬棒阻值优化可以显著减小双馈机组低电压穿越时的定转子电流、直流母线电压及电磁转矩振荡,有效提高风电系统的安全可靠性。     

定子侧变阻值Crowbar的DFIG高电压穿越技术

随着风电技术的发展,双馈风力发电系统高电压穿越问题日益受到研究人员的重视。针对双馈风力发电系统高电压穿越问题,详细分析电网电压骤升时双馈风力发电机运行机理,提出了定子侧变阻值撬棒电路的高电压故障主动穿越方法。对投入撬棒电路后的双馈电机电磁暂态过程进行研究,确定定子撬棒电阻的阻值范围,基于已确定的阻值范围,提出定子侧撬棒保护电路的投切控制策略。最后通过Matlab/Simulink仿真得出双馈风力发电机在电压骤升故障时能更平稳地运转,并且能应对大幅电压骤升故障。验证了定子侧变阻值撬棒电路能够有效完成高电压穿越,提高了双馈风力发电系统的稳定性。     

改善双馈感应发电机无功特性的变阻值撬棒保护方案

撬棒保护的接入及其电阻值会改变低电压穿越期间双馈感应发电机(DFIG)的无功功率动态特性,由此将影响风电场周边区域电网电压稳定性。针对这一问题,详细分析不同电网电压跌落水平和低电压过渡不同时期撬棒保护接入对DFIG无功特性的影响机理及其变化规律。提出了一种改善机组无功特性的变阻值撬棒保护方案,制定了该方案的撬棒阻值整定方法及其投切控制策略,并进行仿真对比研究。仿真结果表明,相比以限流为目标的传统撬棒保护和以尽快恢复机组可控性的主动式撬棒保护,所提撬棒保护方案不仅能在故障持续期间缩短撬棒投入时间,减少撬棒投入期间DFIG吸收的无功功率,提升出口电压。同时也能最大限度降低故障切除时的DFIG无功振荡峰值,加速电网电压恢复,有助于系统区域电压稳定性的提升。     

双馈感应风力发电机实现LVRT仿真研究

在基于双馈电机的并网风力发电系统中,一般采用附加转子侧撬棒电路的方法来实现低电压过渡。当电网电压发生严重短暂跌落故障时,可以同时附加直流侧卸荷电路以更好地实现低电压穿越。为实现低电压运行,撬棒电阻值的选取至关重要。在考虑最大转子故障电流和直流母线钳位效应的双重因素下,给出了双馈式风电机组撬棒保护电阻取值约束式,并讨论了DFIG附加两种保护电路后具体的低电压穿越控制策略。对2MW DFIG风力发电系统进行仿真,结果表明,在选择合适的保护电阻基础上,通过对保护电路的合理控制,附加撬棒电路和直流侧卸荷电路可以有效帮助DFIG实现低电压穿越运行。     

基于电压跌落程度及变阻值的DFIG低电压穿越综合策略

提出一种"直流卸荷电路+定子动态变阻值撬棒保护(stator dynamic series resistor crowbar,SDSRC)+静止无功补偿器+网侧无功控制"的综合控制策略,并从电压跌落程度、功率损耗角度出发,考虑SDSRC适用范围,将控制策略分为两种模式,其中SDSRC取值为动态变阻值,以能更好地适应电压跌落水平的变化,起到提升机组低电压穿越能力和稳定运行能力的作用。在PSCAD平台下构建基于综合控制策略的双馈风电机组模型,通过仿真验证了不同电压跌落下的双馈风电机组低电压穿越能力,以及两种模式的综合控制策略的可行性。研究结果表明,所提方法不仅能有效保护机组直流侧电容和转子变流器,增强机组低电压穿越能力,而且增强了故障穿越后机组和系统运行的稳定性,克服了传统crowbar技术的弊端。     

UPFC提高双馈风电机组稳定性的动态仿真分析

提高风电场的低电压穿越能力LVRT（Low Voltage Ride Through）以及维持并网系统暂态稳定具有重大意义。针对双馈风电机组利用自身背靠背变流器控制电磁转矩和无功功率这一方案的不足以及撬棒保护电路（Crowbar）在故障期间频繁投入与退出可能引起电磁转矩波动的问题。分析了UPFC和双馈风电机组的数学模型与控制策略,在DIgSILENT/PowerFactory中建立了含UPFC的风电并网系统仿真模型,通过研究故障前后风电场PCC节点电压,风电场发出功率状况以及风电机组的转速稳定性,验证了UPFC对风电场电压稳定的支撑作用,并能维持风电并网系统的暂态稳定。     

计及撬棒电路的双馈风电机组二次骤升故障穿越特性分析

风电场在低电压故障穿越时,由于系统保护设计不合理,故障不能快速切除,无功补偿控制策略存在问题或风机不具备高电压穿越能力,导致低电压穿越故障发生之后出现骤升故障。针对这一工况,在考虑了电网电压骤降恢复阶段的前提下,计及了撬棒电路是否投入对双馈风电机组的影响。因此,首先建立了考虑电压骤降恢复阶段和撬棒电路的暂态数学模型,推导出未投入撬棒电路和投入撬棒电路两种情形下的定、转子电流表达式。然后详细分析了是否投入撬棒电路两种情形对二次骤升故障穿越特性的影响,得到了撬棒电路的投入条件和最优的撬棒电阻投入阻值。最后通过仿真验证,表明了推导的定转子电流表达式、投入条件及最优撬棒阻值的合理性,同时也说明了暂态模型的正确性,为分析二次骤升故障穿越特性提供了精确的模型。     

基于撬棒控制策略的DFIG风电场动态等值建模研究

为研究双馈风电机组(doubly fed induction generator,DFIG)低电压穿越对风电场动态等值的影响,提出了一种基于撬棒控制策略的双馈风电场动态等值建模方法。首先通过对DFIG在电网故障时的转子电流分析,给出了时域下转子暂态电流表达式。然后研究撬棒电路两种常用控制策略在不同电压跌落程度及DFIG运行状况下对风电机组低电压穿越的影响,仿真结果表明两种控制策略均有各自的适用范围。在此基础上,文中提出了撬棒电路投切曲线及控制策略选择区域曲线,以此判断电网故障时撬棒电路投切以及投切时控制策略选择情况。考虑故障前一时刻风电场机群划分情况,在电网故障时以实测风速与撬棒电路是否动作共同作为分群指标,将撬棒电路动作机组从故障前原"N"个机群中独立出来形成"N+1"个机群,利用容量加权法计算各机群参数,建立多机等值模型。最后在MATLAB/Simulink平台上搭建算例,验证了该等值方案的有效性和准确性。     

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     

考虑撬棒保护动作的双馈风机故障暂态特性分析

从电网的角度来看,风电场表现出来的故障特性不可忽视,尤其是在目前电网低电压穿越的要求下,风电机组表现出更加复杂的故障暂态特性,对电网自身的故障特性造成复杂的影响,给电网继电保护的研究带来挑战。针对目前广泛应用的双馈风力发电机组,对其电网故障下的短路过程进行了数学推导,得出了其短路电流计算表达式,并根据双馈风力发电机组近端严重故障下撬棒保护两种不同的投切控制策略,通过PSCAD/EMTDC仿真平台进行了仿真分析。仿真结果对比分析了撬棒保护两种投切方式对双馈风机故障暂态特性的影响,验证了推导表达式的正确性,对含风电场的电力系统故障分析诊断及继电保护问题的研究提供了一定依据。     

考虑Chopper动作的双馈风电机组三相短路电流分析

直流母线并接直流卸荷电路(Chopper)以保护转子侧变频器(RSC)是一种较常用的双馈风电机组低电压穿越改造方案。目前对称故障下双馈风电机组短路电流特性研究以故障后投入撬棒(Crowbar)电阻为主,Chopper动作下双馈风电机组短路电流特性研究几乎没有,故而难以分析其作用下双馈风电机组短路电流特性对系统中保护动作可靠性和设备安全的影响。类比双馈风电机组故障后投入Crowbar电阻的分析思路——转子回路串入电阻,通过分析对称故障后Chopper动作下的转子电流回路,将被闭锁的RSC和Chopper等效为可变电阻,分析了该等效电阻阻值随电压跌落程度和故障前转差率的变化规律。根据故障后双馈感应发电机的磁链、电压关系,通过数学解析得到Chopper动作下对称短路电流解析表达式。在MATLAB/Simulink中搭建配置Chopper的双馈风电机组模型,仿真验证了该表达式的有效性。     

基于MSVC和Crowbar的DFIG低电压穿越控制策略

撬棒电路是提高风电机组低电压穿越能力的有效方法之一,为了改进撬棒电路的性能,加装无功补偿装置与其相互配合。针对现存无功补偿装置的不足,提出了一种采用基于磁控电抗器(Magnetically Controlled Reactor,MCR)的动态无功补偿装置(MSVC)和撬棒(Crowbar)保护电路实现双馈风电机组低电压穿越的控制策略。在Matlab/Simulink中构建了基于控制策略的双馈风电机组模型,仿真验证了不同电压跌落下的双馈风电机组低电压穿越能力,不仅有效保护了机组转子变流器,提高了风电机组低电压穿越能力,而且增强了故障穿越后机组和系统运行的稳定性。     

双馈风电机组低电压穿越综合控制策略研究

针对双馈风电机组(DFIG)低电压穿越问题,为克服传统撬棒(Crowbar)电路保护的不足,以抑制故障期间转子电流并兼顾防止直流母线过电压为目的,提出一种“电阻串联电容撬棒保护电路+直流卸荷(Chopper)电路”的综合控制策略。建立在转子侧Crowbar电路电阻串联电容,在直流母线侧加入Chopper电路的改进双馈机组模型,给出Crowbar电路电阻值及串联的电容值的取值方法,并对其控制策略进行分析。在Matlab/Simulink仿真平台上搭建系统模型进行仿真验证,结果表明该低电压综合穿越策略能够有效提升双馈风电机组低电压穿越能力。     

应用于风力发电系统中的撬棒阻值整定新方法

在电网发生电压跌落故障的情况下,双馈异步发电机(Doubly-Fed Induction Generator,DFIG)多采用撬棒保护电路以实现低电压穿越(Low Voltage Ride Though,LVRT),而撬棒阻值的选择对机组的LVRT效果影响很大。从DFIG在电压跌落故障下的暂态数学模型出发,运用空间矢量分析和拉普拉斯变换的方法,推导出风电机组在电压跌落故障下的暂态电流时域表达式、转子侧故障电流的计算式。由此提出一种切合工程实际的撬棒阻值整定方法,解决了投入撬棒保护电路后转子侧出现过电流和直流母线过电压的问题。算例及仿真实验数据均表明,采用该方法可有效抑制暂态故障分量,显著提高风力发电系统的LVRT水平。     

基于撬棒保护的双馈风电机组动态特性分析

撬棒保护是双馈风电机组提高的低电压穿越能力的主要措施,它可以用来保护转子侧变流器,改善风机的动态特性,使其达到电网公司及运营商提出的并网要求。而撬棒保护的投切时间对双馈机的低电压穿越性能影响较大,通过瞬时故障分析初步得到了撬棒保护较理想退出时间。对于50%和20%两种不同的电压跌落程度并持续625ms的故障测试结果显示,当电压跌落至20%时,保护退出的理想时间要适当提前一个周波,即故障持续时间和故障的影响程度将对撬棒保护的控制策略产生影响。     

计及阻容式撬棒的混合型风电场协同控制及故障特性分析

为解决混合型风电场低穿措施复杂难以协同及低穿后故障特性难以分析的问题,提出双馈风电机组应用阻容式撬棒以改善低电压穿越期间混合型风电场的频偏及无功特性。首先建立双馈风电机组群与永磁直驱风力发电机组群模型,通过分群聚合等效的方法建立混合型风电场简化等效模型。在此基础上,分析计及阻容撬棒的混合型风电场故障期间各类型风电机组的无功调节能力及调节特性。据此制定混合型风电场的无功协同控制策略以优化低电压穿越期间无功输出能力,分析采用协同控制策略后混合型风电场的短路特性,并对短路电流进行解析。最后基于PSCAD/EMTDC仿真软件建立了混合型风电场仿真模型,对协同策略的有效性及故障电流表达式的正确性进行仿真验证。     

适应多类型故障的双馈风电机组低电压穿越综合控制策略

随着风电机组装机容量的快速增长,电网对风电场的并网要求不断提高。为了实现不同电网故障(对称、不对称)下的低电压穿越(LVRT)及对电网的无功支撑,文中在全面分析目前国内外风电LVRT技术研究现状及不足的基础上,针对双馈风电机组提出了一种集成软、硬件方案的LVRT综合控制策略。该策略中具有优化投切判据的撬棒(Crowbar)保护电路可根据电网故障类型自动判断投入、切出时间,具有更强的灵活性及适用性;增加无功输出补偿目标的网侧变流器不对称控制的软件方案,使双馈风电机组在故障期间具有无功支撑能力。通过电压跌落发生器模拟电网三相短路和两相接地短路,在一台30kW的双馈风电机组试验平台上进行了实验研究,验证了所提出策略的正确性与有效性。     

撬棒保护与电网交直流控制协调的风电机组脱网抑制方法

多次发生的大规模风电机组相继脱网事故严重影响集群风电并网消纳和电网安全。撬棒保护电路是目前在风电场中广泛运用的一种低电压穿越方式,但其大范围投入可能造成风电场从电网吸收过多无功功率而导致电网暂态电压稳定恶化。文中提出一种综合风电机组撬棒保护、直流系统功率调制和交流系统紧急电压控制来抑制风电机组相继脱网的方法,其核心是利用撬棒保护提高风电机组低电压穿越能力,降低风电机组在故障期间的低压脱网代价;通过风电场近区大容量直流的功率快速调制并协同交流侧紧急电压调控手段,改善风电送出通道的潮流分布,以提高故障后电网暂态电压稳定性。对实际电网的时域仿真结果验证了该方法的有效性。