低电压穿越过程中双馈风电机组虚拟电感暂态自灭磁控制

双馈式感应发电机(DFIG)由于其定子直接与电网相耦合,电网故障将引起定子磁链暂态,并会在转子侧产生电压和电流冲击。传统基于Crowbar的低电压穿越(LVRT)解决方案不仅没能充分利用变流器对DFIG的控制灵活性,而且也难以较好地适应当今不断提升的并网要求。而当前基于灭磁控制的暂态补偿策略多依赖于磁链观测技术,不仅算法较为复杂而且对电机参数具有较强的依赖性。对电网电压发生跌落故障时定、转子电磁暂态过程进行了深入分析和讨论,并依据其暂态电磁特性,提出了一种基于虚拟电感暂态自灭磁算法的LVRT控制策略。该策略不仅能够较好地抑制转子暂态电压冲击,最大限度地拓展可穿越的故障范围,充分发挥DFIG的控制灵活性,而且无需暂态磁链观测,简化了算法,具有较好的快速性和鲁棒性。11kW模拟机组的仿真和实验,验证了所提出的分析和设计的正确性和可行性。     

电网电压骤升时DFIG定子磁链暂态全过程及其影响因素研究

双馈感应发电机(DFIG)的高电压穿越问题中,定子磁链的暂态特性研究是实现高电压穿越运行的基础和依据,而常规研究大多只针对电网电压单一骤升模式进行分析,且未考虑故障恢复后定子磁链的动态过程,使其暂态特性分析不全面。本文对电压不同骤升模式时的定子磁链瞬态过程进行了研究,对比分析了影响定子磁链暂态特性的一些因素。电网电压的上升模式不同,定子磁链的暂态特性也不一样,且模式I的暂态衰减分量远大于模式II;相邻两次电压上升数值相同且时间间隔为 时,能够最小化定子磁链的瞬态衰减分量。仿真结果证明了理论分析的正确性,本文的研究内容对掌握DFIG的动态过程和高电压穿越控制策略的制定具有一定的参考价值。     

基于超导磁储能和变流器重构的DFIG连续故障穿越方案

由高压直流输电系统换相失败引起的送端风电场母线低高电压连续故障,会对双馈感应发电机(DFIG)产生严重的暂态冲击,现有单一的风机低压、高压故障穿越方案难以完全适应此类连续故障穿越的要求。为此,提出了一种结合重构式网侧变流器与超导磁储能装置的软硬件协同穿越方案,以提升DFIG的连续故障穿越能力。在故障期间,网侧变流器由并联运行模式切换至串联运行模式,以维持定子端电压不变为目标,并控制转子侧变流器根据并网点电压自适应发出动态感性/容性无功电流。仿真结果表明,所提方案既可以维持DFIG的机端电压,又可以为电网提供无功支撑,有效地实现DFIG的低高电压连续故障穿越。     

基于网侧变换器DFIG直流链电压稳定控制研究

在双馈风力发电系统中,直流链电压的稳定对双馈感应风力发电机(DFIG)的稳定运行至关重要,特别是在电网电压不平衡情况下,尤为突出。而直流链电压的稳定主要取决于并联网侧变换器的控制策略。利用等效负载的概念,对带串联网侧变换器DFIG的新拓扑结构在不平衡电网电压条件下的能量流动、直流链电压波动情况进行了分析,建立了其能量流动等效数学模型。在此基础上推导出此新拓扑结构中并联网侧变换器控制指令算法,协调串联网侧变换器的控制,有效抑制了不平衡电网电压下2倍频分量和直流暂态分量对直流链电压的影响。最后,通过实验验证了所提出的控制算法和控制方案的正确性和有效性。     

考虑撬棒保护接入的双馈感应发电机转子磁链动态特性

撬棒保护电路的接入会改变低电压穿越过程中双馈感应发电机(DFIG)定转子磁链间的耦合过程和耦合强度,由此将影响机组磁链衰减动态和撬棒保护性能。针对这一问题,提出了一种刻画定子磁链与转子绕组交链感应作用的磁链耦合系数,将电网故障后电机的磁链暂态耦合过程处理为不同状态的叠加,综合研究撬棒电阻对转子感应磁链正序、负序和暂态反向交流分量幅值和相角的耦合规律,用转子磁链空间矢量图和矢量轨迹图描述转子磁链动态响应过程。最后,针对电网不对称故障下撬棒取值的问题,提出了一种基于转子磁链幅值配比原理和最优倾角的撬棒阻值选取方法。该方法可减小磁链耦合不当对机组的暂态冲击,从而有效改善机组的无功外特性和瞬态性能。采用MATLAB/Simulink仿真验证了理论分析和所提方法的正确性。     

基于定子电流正弦化的双馈风电系统低电压穿越强励控制

基于Crowbar电路的低电压穿越实现了双馈风电机组的系统保护和不脱网运行。Crowbar电路的应用使得网压跌落时转子变流器闭锁,转子电流处于暂态过程。针对采用Crowbar电路实现低电压穿越过程中,双馈风电机组系统对电网产生暂态电流冲击而存在的不足,文中提出一种基于转子电流源控制的低电压穿越强励控制策略,通过强励实现低电压穿越过程定子暂态直流磁链分量的补偿,以实现低电压穿越过程中定子电流的正弦化。由于在静止坐标系中引入直流磁链补偿,在转子dq旋转坐标系控制方程中引入了工频交流分量,因此文中提出了一种基于多分量增益的比例谐振(PR)并联调节器,并通过该并联调节器的闭环传递函数分析对调节器参数进行整定,实现了控制带宽范围内直流电流分量与工频交流电流分量的无静差控制。仿真及实验结果验证了理论分析的正确性,为双馈风电系统的低电压穿越控制提供了一种高性能的控制策略。     

基于磁链追踪的双馈风力发电系统低电压穿越控制

根据当今世界对风能转换系统提出的必须具有低电压穿越能力的要求,研究了电网跌落对双馈风力发电机的影响。在电网跌落时双馈风力发电机运行特点的基础上,分析并提出了一种基于磁链追踪的双馈风力发电系统低电压穿越控制策略,有效地抑制了双馈风力发电机定、转子过电流,保证了变流器的安全运行,实现了双馈风力发电机在电网跌落时的低电压穿越。依据理论分析,建立了双馈风力发电机磁链追踪控制模型,并通过MATLAB/SIMULINK平台进行仿真研究,仿真结果证实了所提控制策略的可行性和有效性。     

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.     

电网电压对称跌落下的双馈感应风力发电机磁链有源衰减控制

双馈感应发电机定子与电网直接相连,容易受到电网扰动的影响甚至造成故障停机。电机参数决定了系统具有欠阻尼特性,在电网电压扰动下的磁链暂态振荡时间较长,不利于低电压穿越期间实现快速无功补偿。本文基于双馈感应发电机定转子磁链4阶状态方程,通过求解系统特征根的方法重点分析了定子暂态磁链的衰减速率及其影响因素,提出了一种转子侧变流器磁链有源衰减的改进控制策略,合理控制转子电流加快暂态磁链衰减并消除磁链振荡。仿真和实验结果说明改进控制策略对暂态磁链衰减和降低转子过电压和过电流的良好效果,验证了理论分析的正确性和改进控制策略的有效性。     

双馈式风力发电机低电压穿越技术分析

随着一些地区风电供应比例的急剧增加,大规模风电场对地区电网稳定性造成的影响愈发显著.风力发电机的低电压穿越(LVRT)技术越来越受关注.文中首先介绍了低电压穿越技术的概念、国外的相应标准,继而分析比较了有关此技术的双馈感应发电机建模问题、各种常见的实现低电压穿越的技术手段及改进控制策略.最后描述了具备此技术的风电场对电力系统的影响.     

非对称电网故障下的双馈风电机组低电压穿越暂态控制策略

传统基于Crowbar的低电压穿越(LVRT)解决方案不仅没有充分利用变流器对双馈感应发电机(DFIG)的控制灵活性,而且也难以较好地适应当今不断提升的并网要求。而当前非对称电网故障下的暂态补偿控制策略也缺乏相应的实验验证。鉴于此,文中对电网电压发生跌落故障时定、转子电磁暂态过程进行了深入分析和讨论,并针对非对称故障时转子端过电压主要由定子磁链直流分量和负序分量引起这一现象,研究了一种有效的LVRT控制策略。该策略通过在DFIG转子侧适时准确地分别注入与磁链直流分量和负序分量相对应的暂态补偿量,最大限度地减小暂态转子电压冲击,提高DFIG的暂态可控性,拓展可穿越的电压故障范围,进而改善双馈风电机组的LVRT性能。11kW模拟机组的实验验证了所述分析和设计。     

双馈型风电系统电网故障不间断运行的研究

为保护变频器,需要采用Crowbar装置在电压跌落时为转子浪涌电流提供通路,并限制转子电流增大,在电压恢复时抑制电压骤升。因此提出了一种Crowbar控制策略,能有效抑制转子过电流、直流母线过电压,并可向电网注入无功电流以帮助电网电压的恢复。测量结果表明了控制方式能使双馈型感应发电机（DFIG）在大幅电压跌落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。     

基于Crowbar保护的双馈风力发电机低电压控制策略研究

针对双馈风力发电机在电压大幅骤降时投入Crowbar电路后引起直流侧过电压和动态无功补偿的问题,基于反馈线性化理论,提出了对网侧变频器进行非线性控制策略。通过协调控制STATCOM对电网进行动态无功补偿。仿真表明:网侧非线性控制器在电压骤降过程中能很好地抑制直流侧过电压;通过引入STATCOM补偿装置,很好地满足系统无功需求,证实了所提出控制策略的正确性,提高了系统的低电压穿越能力。     

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。     

一种低穿现场测试用的电压跌落发生器的研制

为了测试风力发电系统的低电压穿越能力,需要专门的电压跌落模拟装置。对国内外现有三类电压跌落发生器的研究进行了总结。变压器形式电压跌落发生器具有结构简单、可靠性高和成本低的优势。基于变压器形式研制的电压跌落发生器可以实现三相对称跌落、两相跌落和单相跌落。三种跌落方式均有五种跌落深度可选,比较适合于风机低穿功能的前期验证,为低电压穿越能力的正式测试打下基础。     

电力系统对并网风电机组承受低电压能力的要求

阐述了风电机组低电压穿越原理和相应的控制策略,在电力系统仿真分析软件DIgSILENT/Power Factory中建立了具有低电压穿越功能的双馈风电机组模型。以某地区电网为例进行仿真计算,并提出了一种确定风电机组低电压穿越参数与要求的方法。通过计算系统中所有母线依次发生短路时风电机组在短路瞬间的机端电压值,在地理接线图中标出了系统中不同母线短路时对风电机组端电压的影响程度,据此给出了风电场低电压穿越功能中的电压限制值。分析结果表明,在某些情况下要求风电机组具有很强的低电压穿越能力是不符合实际的;而在另外一些情况下则必须要求风电机组具有较好的低电压穿越能力,否则会对系统的稳定运行构成威胁。因此,应根据具体接入方案计算风电机组低电压穿越功能中的电压限值。     

基于Crowbar的双馈风力发电系统LVRT仿真研究

讨论了电网电压骤降下双馈感应风电(DFIG)系统的低压穿越控制策略和保护方案。采用计及电网电压变化的DFIG数学模型,建立了LVRT控制模型,通过仿真详细研究了Crowbar投切策略,仿真结果验证了Crowbar电路以及控制策略的有效性,表明Crowbar电路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,并可在故障时向电网注入无功电流以帮助电网电压的恢复,使DFIG实现低电压穿越。测量结果表明了这种控制方式能使DFIG在电压跌落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。     

笼型异步风电机组串联耦合补偿低电压穿越研究

随着我国风电装机容量不断扩大,风电场具备低电压穿越能力已成为其并网发电的必要条件。而传统笼型异步发电机组本身并不具备低电压穿越能力,因此提出了一种串联耦合补偿(series coupled compensation,SCC)新型低电压穿越方案,SCC 通过变压器串联接在发电机定子与公共连接点之间,配合双向晶闸管进行投切。在PSCAD/EMTDC建立了750 kW异步发电机组的串联补偿系统,仿真结果表明在各种电压故障下SCC能有效提高机组低电压穿越能力,同时减小电磁转矩振荡。