基于定子串联阻抗的DFIG低电压穿越控制策略

针对双馈感应风力发电机(DFIG)撬棒保护实现故障穿越的不足,从电网电压跌落期间机组的整体需求出发,提出一种基于定子串联阻抗的DFIG低电压穿越综合控制策略。分析了定子串联阻抗控制策略改善DFIG故障穿越的机理,给出了串联阻抗阻值的整定方法。在转子侧换流器中附加无功补偿控制策略,充分发挥了定子侧的无功支撑能力,加快电网电压的恢复。仿真结果表明:所提的综合控制策略增强了DFIG的故障穿越能力,抑制了转子电流、直流母线电压、电磁转矩的冲击,同时能够满足无功支撑的需求,克服了传统撬棒保护的不足,兼顾了故障结束后机组的稳定运行。     

基于Crowbar串联电容的双馈风机低电压穿越综合控制策略

针对双馈感应风力发电机(double fed induction generator,DFIG)低电压穿越问题,该文对基于撬棒保护的DFIG暂态特性进行分析,在此基础上利用叠加原理推导出转子短路电流表达式;为克服传统撬棒保护的不足,提出一种电阻与电容串联的改进Crowbar电路结构,并以抑制故障期间转子浪涌电流为目的给出串联电容值的整定方法,使其更有效的抑制转子过电流,且利用电容发出无功的特性减小故障期间DFIG从电网吸收的无功功率;综合考虑故障期间机组的无功需求,对网侧换流器进行控制策略改进,使其在维持直流母线电压稳定的同时能够为系统提供一定的无功支撑。仿真结果验证了所提Crowbar串联电容的DFIG低电压穿越综合控制策略的有效性。     

提高双馈感应发电机无功支撑能力的低电压穿越控制策略研究

为提高双馈感应发电机(DFIG)低电压穿越(LVRT)能力的同时满足电网无功支撑需求,对传统矢量控制策略进行改进,设计了无功协调控制模块。重点研究Crowbar切除时DFIG的低电压穿越问题,充分利用此时DFIG无功调控能力,为确保双馈风机在电网故障较严重时仍满足电网无功需求,配置静止同步补偿器(STATCOM)作为额外无功辅助设备。最后,在PSCAD/EMTDC平台搭建1.5MW并网DFIG仿真模型,在电网电压跌落时,对控制策略改进前后运行结果的分析表明,所提控制策略能更好地发挥DFIG无功支撑能力,减少STATCOM利用率,实现风电场的低电压穿越。     

不平衡电网条件下建模与仿真研究

为了准确分析不平衡电网条件下,DFIG机组使用传统矢量控制策略而引发控制能力下降的原因,并改善DFIG机组的故障穿越能力,建立了DFIG机组转子侧变换器和网侧变换器的数学模型。首先分析了故障下DFIG机组的动态变化过程。针对电网电压不对称故障,在Simulink环境下搭建了基于双d-q正、负序分解的转子侧及网侧变换器模型,并将传统的控制策略与改进控制策略进行仿真对比。仿真结果表明,改进的控制策略可以有效地抑制有功、无功的二倍频波动,减小过电压和过电流,增强机组对电网故障冲击承受能力,提高DFIG机组运行的稳定性。     

DFIG高电压穿越暂态特性分析及控制策略改进

针对双馈感应发电机(DFIG)高电压穿越问题,本文详细分析了DFIG在电网电压骤升至恢复期间的磁链变化.在此基础上,从转子侧和电网侧分析了电压突升故障期间DFIG的瞬态特性;提出将前馈补偿分量添加到转子侧换流器功率外环来改进转子侧换流器的控制策略;为了抑制直流母线电压波动,对网侧换流器进行控制策略改进.仿真结果表明,改进控制策略显著降低了转子电流和直流母线电压的冲击幅度,大大提高了DFIG的瞬态响应.     

双馈机组低电压穿越控制策略改进

双馈感应电机(DFIG)是目前存量风场和新建风场的主要机型,由于发电机与电网之间存在强耦合,DFIG在电网发生低电压故障时由于电机磁链畸变导致定转子过压过流严重。为实现机组低电压穿越(LVRT),讨论了外部电压骤降时DFIG风电系统的LVRT控制策略和保护方案,重点讨论电网跌落期间快速无功支撑和电网恢复后的功率恢复控制,仿真和实验结果表明配合Crowbar而采用相应的变流器LVRT控制策略的方式,机网侧变流器同时提供无功支撑,满足当前风电并网规范中的LVRT要求。     

小值电压跌落下的双馈风力发电机控制策略的改进

通过对双馈感应发电机(DFIG)系统中的传统定子电压控制策略和网侧变换器控制策略的分析,给出了DFIG系统运行在电网电压小值跌落时改进的定子电压定向控制策略和网侧变换器控制策略,搭建了DFIG系统在不同控制方案下的Simulink仿真模型,系统仿真结果表明:提出的改进控制策略能有效地抑制电网电压跌落时DFIG系统的转子侧过电流和直流侧过电压,提高了系统在电网故障时的不间断运行能力.     

变结构双馈风机的低电压穿越能力

双馈风机DFIG(doubly-fed induction generator)的低电压穿越能力LVRT(low voltage ride through)正逐渐成为大型风电场必备的功能之一。为了使带有Crowbar保护电路的DFIG在电网故障阶段发出一定的无功支持电网电压的恢复,充分利用变频器的无功产生能力,在电压跌落期间,给定网侧变频器一无功指令值,并使用无功电流优先的原则进行控制。为了减少投资,增强DFIG的无功发出能力,把机侧和网侧变频器并联向系统发无功,并增大直流侧电容来增强系统的稳定性。仿真结果表明,网侧和机侧变频器都可以对电网进行无功支撑,提升了机端电压,增强了双馈风机的低电压穿越能力。     

基于转子串阻容的双馈风机低电压穿越能力优化

为了优化电网电压发生不对称故障时双馈风力发电机(doubly fed induction generator,DFIG)的低电压穿越(low voltage ride through,LVRT)能力,提出一种优化方法,即在转子侧串联电阻和电容改善DFIG的LVRT能力。传统的Crowbar方法中,故障期间DFIG将产生不可控的情形并且吸收一定无功,不利于电网电压恢复。而采用转子串阻容方法,限制了转子侧电压的负序分量和直流分量,抑制了转子开路电压和转子过电流,保证了DFIG在故障期间可控状态,并提供无功,有利于电网电压的恢复。仿真结果表明,所提方法能使DFIG成功进行低电压穿越,保证了DFIG在故障期间可控。     

正常及定子绕组匝间短路故障的双馈风机高电压穿越研究

对于双馈感应风力发电机(DFIG)高电压穿越问题,从DFIG的暂态特性出发,利用叠加原理,将电网电压骤升故障后转子暂态过程处理为稳态分量和定子侧电压故障分量的零状态响应之和,以此求解转子暂态电流。分析换流器的控制策略对电网电压骤升过程的影响,在此基础上提出附加控制环节,使DFIG工作于无功支撑模式,实现高电压穿越。基于多回路理论,建立了定子绕组匝间短路(SWITSC)故障的DFIG数学模型,并验证所搭模型的正确性,在此基础上仿真分析了附加控制策略对发生SWITSC故障的DFIG高压穿越的影响。对正常和发生SWITSC故障的DFIG高电压穿越运行研究具有一定指导意义。     

双馈感应风力发电系统低电压穿越控制策略研究及其分析

基于双馈感应发电机(DFIG)风力发电系统模型,通过分析电网电压跌落情况下的各种运行状况,提出在电网严重故障期间,采用Active Crowbar电路和直流侧卸荷电路保护变流器和避免直流侧电压过压。在电网故障恢复期间,Crowbar电路的再次投入使得系统无功需求增大。并在网侧变流器的功率容量范围内,提出一种网侧变流器无功功率的控制策略来实现对电网无功支持,以助于电网故障恢复以及加快机端电压恢复。基于PSCAD/EMTDC平台建立了仿真系统模型并验证了该控制策略的有效性。该控制策略满足了风电机组并网的低电压穿越,有效提高了DFIG风电机组运行的可靠性。     

计及GSC电流和控制策略的DFIG稳态故障电流计算模型

电网故障情况下,双馈风电机组(DFIG)的故障电流特性非常复杂,特别是DFIG的撬棒保护未动作时,其馈入电网的故障电流与其所采用的低电压穿越控制策略以及网侧变流器(GSC)特性等因素有关。为满足含DFIG的电网故障分析和保护整定计算的需求,针对DFIG的几种典型低电压穿越控制策略,分别建立了计及GSC电流影响的DFIG统一稳态故障电流计算模型,并通过数字仿真验证了所提出的故障电流计算模型的正确性。     

双馈风电机组低电压穿越的无功电流分配及控制策略改进

为满足风电机组低电压穿越(low voltage ride through,LVRT)的测试要求及其电气模型一致性评估需要,提出考虑向电网注入无功电流的双馈风电机组LVRT的控制策略。在阐述风电机组LVRT测试要求及控制原理的基础上,推导双馈发电机(doubly fed induction generator,DFIG)定子侧及网侧变流器输出无功电流极限表达式,研究电网电压跌落深度和发电机总输出有功功率对其无功电流极限值的影响规律,进而提出DFIG在LVRT期间的无功电流分配算法和改进的有功、无功功率控制策略。最后,以某实际2 MW双馈风电机组为例,分别对风速为5和12 m/s、电网电压对称跌落至20%和50%工况下的LVRT运行性能进行仿真比较和样机测试。与传统LVRT控制方法的对比表明,所提改进控制策略能更好地满足风电机组LVRT的测试要求。样机测试结果进一步证明了改进控制策略和仿真模型的有效性。     

改进的DFIG与VSC-HVDC协调控制改善风电场 低电压穿越能力

经VSC-HVDC并网风电系统在风电场侧故障时,风电机组出口母线电压过低,极易引起风力机脱网。而双馈风力发电机(DFIG)传统的Crowbar技术在故障时将转子侧变流器(RSC)短接,使发电机定子侧失去了为电网提供无功的能力,风力机的低电压穿越能力较低。提出一种改进的DFIG模型,加入了主动式DC-Chopper,与传统的Crowbar相配合,降低Crowbar动作的概率,使得DFIG转子侧变流器可以控制定子侧在故障时期继续提供无功功率。并利用此改进的DFIG与VSC-HVDC协调控制,改善风电场侧母线电压水平。通过算例仿真表明,在严重故障时采用改进式DFIG的Crowbar仍未动作。从而大大降低Crowbar动作的概率,双馈风电机组RSC故障期间可以继续投入运行并为电网提供无功支持。完成故障期间DFIG两侧变流器与VSC-HVDC风电场侧变流器(WFVSC)之间的无功协调,使风电场具有更好的低电压穿越能力(Low Voltage Ride Though, LVRT)。     

改进的DFIG与VSC-HVDC协调控制改善风电场低电压穿越能力

经VSC-HVDC并网风电系统在风电场侧故障时,风电机组出口母线电压过低,极易引起风力机脱网。而双馈风力发电机(DFIG)传统的Crowbar技术在故障时将转子侧变流器(RSC)短接,使发电机定子侧失去了为电网提供无功的能力,风力机的低电压穿越能力较低。提出一种改进的DFIG模型,加入了主动式DC-Chopper,与传统的Crowbar相配合,降低Crowbar动作的概率,使得DFIG转子侧变流器可以控制定子侧在故障时期继续提供无功功率。并利用此改进的DFIG与VSC-HVDC协调控制,改善风电场侧母线电压水平。通过算例仿真表明,在严重故障时采用改进式DFIG的Crowbar仍未动作。从而大大降低Crowbar动作的概率,双馈风电机组RSC故障期间可以继续投入运行并为电网提供无功支持。完成故障期间DFIG两侧变流器与VSC-HVDC风电场侧变流器(WFVSC)之间的无功协调,使风电场具有更好的低电压穿越能力(Low Voltage Ride Though,LVRT)。     

基于滑模控制器的双馈风电机组低电压穿越控制策略

为增强双馈风力发电系统(DFIG)的动态响应速度,设计了滑模电流控制器。分析了DFIG能量流动关系,并从抑制能量向转子侧流动的角度考虑,提出了电网故障时刻转子侧变流器的改进控制策略。对所提改进控制策略进行了对比仿真分析。结果表明,该方法能有效地抑制转子侧过电流和电磁转矩振荡,动态性能好,提高了DFIG的低电压穿越能力。     

电网电压不对称跌落时DFIG的控制策略研究

相比于对称故障,不对称故障时双馈风力发电机(Doubly Fed Induction Generators, DFIG)的电磁暂态过程更为复杂,对DFIG造成的危害也越大。从电网电压不对称跌落时DFIG的电磁暂态过程入手,分析了DFIG各电磁量产生二倍频波动和过电流的直接原因。在此基础上,提出了一种电网电压不对称跌落时转子侧变换器(Rotor Side Converter, RSC)的转子电压补偿控制策略,通过控制RSC交流侧的输出电压,对转子暂态电动势和负序电动势进行补偿。该控制策略可在电网轻度不对称故障时有效消除转子电流二倍频波动;在电网严重不对称故障时最大限度地减小转子电流冲击,增强DFIG的低电压穿越能力。此外,根据转子侧变换器的电压容量,对补偿控制策略的完全补偿范围进行了分析。仿真结果验证了所提出控制策略的有效性。     

双馈风力发电机的综合低电压穿越策略

针对目前低电压穿越(LVRT)方案,尤其是转子并联撬棒在穿越过程中存在的不足,提出了一种软硬件结合的双馈风力发电机(DFIG)综合低电压穿越策略。硬件方面,采用定子串联电抗(SSL)的方式来抑制转子电流,在理论分析故障时转子电流骤升机理的基础上,提出一种定子串联电抗阻值的整定方案;软件方面,由于转子侧变流器(RSC)不需要被闭锁,因此通过改进的RSC控制策略来抵消定子串联电抗导致电磁转矩振荡时间延长的负面影响,并在RSC控制中附加故障期间的无功补偿目标,以充分发挥DFIG定子侧的无功输出能力。仿真结果表明:综合穿越策略能有效抑制转子电流的峰值、电磁转矩振荡的幅度及振荡持续的时间,同时能够达到利用DFIG自身向电网提供无功支持的效果。因此,所提方法不仅能够保证DFIG的低电压穿越性能,而且有利于系统的暂态稳定性。     

低电压期间转换电流控制方式的DFIG系统特性仿真分析

双馈感应发电机具有较强的无功能力,既可以发出无功,也可以吸收无功。目前一些文献提出的风电场的电压控制策略主要是在建立在有功优先基础之上,有功优先受最大风能跟踪的影响在低电压故障期间向电网提供的无功量可能为零,不能对电网提供足够可靠的无功支撑。用网侧变流器和定子侧无功同时进行电压控制的策略在相关文献中已有详细论述,文章在此基础上,将机侧变流器在低电压故障期间转换为无功电流优先。仿真结果证明了无功电流优先与有功优先相比对稳定机侧电压有一定的优越性,进一步分析了低电压故障期间,无功电流优先对转速、桨距等机组参数的影响。     

无刷双馈发电机的高电压穿越控制策略研究

针对电网电压对称骤升故障对电机定、转子电压电流造成冲击的问题,提出一种无刷双馈发电机高电压穿越的控制策略。对无刷双馈电机(BDFIG)控制绕组电流表达式进行推导,分析得出抑制控制绕组过电流并非BDFIG高电压穿越需要解决的关键问题。研究了BDFIG网侧与机侧变流器协同控制的无功电流的分配原则,给出一种网侧变流器高电压穿越期间调节母线电压和向电网提供动态无功支撑的高电压穿越方案。提出一种机侧变流器高电压故障穿越的控制策略,通过在机侧吸收一定量的感性无功功率保持高电压故障期间BDFIG控制绕组磁链幅值不变,降低了BDFIG故障穿越时有功功率的波动。仿真和实验结果证明了所提控制策略的有效性。