兆瓦级双馈风电机组电网故障时的暂态分析

以1.5MW双馈式风力发电机组为研究对象,通过分析双馈式异步发电机的暂态电气关系,给出了电网三相短路故障时双馈式异步电机的定子绕组暂态电流和转子绕组暂态电流的计算方法.建立双馈式风电机组的并网模型,并进行了电网三相短路故障的仿真,仿真结果验证了暂态响应算法的有效性.对双馈式风电机组的Crowbar电路的作用进行了理论分析和仿真研究,采用Crowbar电路时风电机组的暂态响应比未采用该电路时有了明显改善.     

兆瓦级双馈风电机组电网故障时的暂态分析

以1.5MW双馈式风力发电机组为研究对象,通过分析双馈式异步发电机的暂态电气关系,给出了电网三相短路故障时双馈式异步电机的定子绕组暂态电流和转子绕组暂态电流的计算方法。建立双馈式风电机组的并网模型,并进行了电网三相短路故障的仿真,仿真结果验证了暂态响应算法的有效性。对双馈式风电机组的Crowbar电路的作用进行了理论分析和仿真研究,采用Crowbar电路时风电机组的暂态响应比未采用该电路时有了明显改善。     

电网故障下双馈风电机组暂态电流评估及分析

为了便于分析并网双馈风力发电机组低电压穿越(LVRT)运行的承受能力,有必要对电网故障下双馈风电机组的暂态电流进行评估.本文利用双馈发电机定、转子磁链的暂态变化机理,推导并提出了双馈风电机组在机端短路故障和电网电压不同跌落程度时的定、转子暂态电流评估的解析表达式,并通过考虑风力机传动链柔性的机组暂态仿真结果验证了推导表达式的正确性.在此基础上,应用推导的表达式对双馈风电机组在不同初始输出有功功率、无功功率以及电网电压不同跌落程度时的定、转子暂态电流最大值进行了计算,并得到了不同运行工况对机组暂态性能的影响规律.     

用STATCOM提高风电场暂态电压稳定性

研究了用STATCOM改善基于定转速风电机组和基于转子电阻可调的绕线式发电机风电场的暂态电压稳定性.分析了异步电机电压暂态稳定性的机理.在DIgSILENT/PowerFactory中建立了定转速风电机组及转子电阻可调风电机组的模型和静止同步补偿器(STATCOM)控制模型,通过包含风电场的电力系统仿真验证了STATCOM对基于定转速风电机组和带有可变转子电阻控制的风电机组风电场暂态电压稳定性的贡献.仿真结果表明,STATCOM能够有效地帮助风电场在电网发生故障后恢复电压,提高了风电场的故障穿越能力,确保风电机组连续运行及电网安全稳定.     

双馈感应风力发电机在三相短路故障下暂态电流特性分析

为了对并网双馈感应发电机风电场联络线保护进行研究,有必要对电网故障下双馈风电机组的暂态电流特性进行推导分析.利用双馈发电机定、转子磁链的暂态变化机理,推导了双馈风电机组在远端和近端短路故障下的定、转子暂态电流的解析表达式,并通过暂态仿真结果验证了解析表达式的正确性.在远端故障时,考虑了机端电压不同的跌落程度.在近端故障时,考虑了主动CROWBAR保护旁路电阻大小的影响.     

考虑撬棒保护和残压的DFIG短路电流实用计算方法及应用

电网短路故障可能导致双馈风电机组过电流保护动作,定量分析故障对机组短路电流的影响对于机组的低电压穿越具有重要意义.根据电网发生对称短路故障时双馈风电机组的暂态定、转子磁链关系,研究考虑机端残压下的双馈风电机组定子短路电流特性.在短路电流特征分析中考虑转子侧撬棒（crowbar）保护的投入策略,推导出双馈风电机组发生对称故障时的短路电流实用计算方法,讨论机组参数对短路电流特征的影响.将计算结果与现场低电压穿越试验测试数据进行比对,验证计算方法的实用性.     

风电场对电网继电保护的影响

对风电系统的电磁暂态过程进行了分析,建立了风力发电机的电磁暂态数学模型。使用Matlab中的动态仿真工具Simulink,对包含风电场的单机无穷大系统在联络线发生故障时的情况进行了动态仿真,得出了不同类型风电机组在不同短路故障时的短路电流。通过实例分析验证了风电场对电网继电保护的影响,得到了在考虑风电场的情况下进行系统继电保护整定的特殊整定原则。     

全功率永磁直驱风电机组暂态稳定性研究

基于矢量解耦控制策略,建立了适用于电力系统暂态稳定分析的直驱风力发电机组在d-q轴坐标下暂态数学模型,其中包含了对直驱风电机组暂态性能有影响的传动链模型;搭建了发电机侧控制策略和网侧控制策略.利用MATLAB/Simulink软件搭建了包含传动链的并网型直驱风力发电机组的暂态仿真模型,对直驱风力发电机组进行暂态稳定性仿真.结果表明:当电网电压骤降时,实现了有功、无功解耦控制;当电网发生故障时,发电机转速、有功功率、无功功率和机端电压有一定的波动;直驱机组直流电压升高,因此风电机组需要对直驱风电机组电力电子元件的保护;当电网电压跌落时,直驱风电机组具有发出无功的能力,有利于故障时电网电压快速恢复,从而提高电力系统的安全和稳定性.     

不同撬棒保护投入时刻下双馈风电机组短路电流计算分析

双馈感应风电机组故障特性不同于传统同步电机,对电网继电保护的整定与配合产生不利影响,需从解析的角度揭示双馈感应风电机组的故障暂态机理。以双馈感应发电机空间矢量模型为基础,结合电路动态响应理论,建立了双馈风电机组三相短路电流解析计算模型。所建模型考虑了定、转子电阻的影响,从理论上证明了衰减时间常数的由来及与频率分量的对应关系。考虑到控制作用的影响,撬棒的投入会有延时,解析模型计及了不同的撬棒保护投入时刻。与仿真和现场试验结果对比验证了所建模型的准确性,并从仿真角度分析了转子电压、双馈风电机组运行状态及转子侧控制策略对故障电流的影响。最后运用解析模型定量评估了定转子电阻、短路发生时刻及DFIG的运行工况等因素对短路电流的影响。     

电网故障条件下双馈机组运行特性分析及其协调控制

电网发生暂态故障情况下,风力发电机定、转子均会出现过压、过电流等一系列问题,若不采取及时有效的应对措施,会导致风电机组大规模解列,将使电网故障进一步恶化。为防止上述情况出现,提高风电机组应对电网暂态故障的能力,详细分析了电网故障时双馈感应风力发电机的运行特性,提出了一种电网故障条件下转子侧变流器与Crowbar电路的协调控制策略。重点研究了转子侧变流器与Crowbar电路在暂态故障期间状态切换逻辑;在低电压稳态运行期间,提出采用不同故障类型下的相应控制方法,即对称跌落时采用常规PI控制,不对称跌落时采用PIR控制;并给出了整个跌落期间双馈发电机完整的协调控制流程图。最后基于理论分析,研制了40 kW双馈型风电模拟系统,将该系统应用于电力系统动模试验系统进行实验验证。实验结果表明,采用该协调控制策略,在电网暂态故障下,能有效改善双馈发电机定、转子过流、过压的情况,实现了双馈感应发电机在电网故障时的低电压穿越功能。电力系统动模试验系统与真实电网仿真度较高,研究成果对大功率机组增强应对电网故障能力具有重要的参考意义。     

考虑转矩失衡的定子Crowbar双馈风电机组的低电压穿越技术研究

针对故障期间定子Crowbar阻抗计算仅考虑抑制转子侧过电流而忽略风机转速加速问题,提出了一种考虑转矩失衡的定子Crowbar双馈风电机组低电压穿越技术。电网发生故障时,考虑系统间存在不平衡转矩,求解了使风电系统稳定的临界定子Crowbar电路阻抗并结合定子电流跟踪控制策略间接控制风电机组输出功率。仿真分析表明,所提控制方案在确保实现双馈风电机组低电压穿越的同时,能够有效地降低转子暂态电流、超速风险及稳定直流母线电压,并向电网提供无功功率及故障后较快的有功功率恢复速度。     

基于小波神经网络的风力发电系统暂态电能质量分析

结合当前风力发电大规模发展、风电系统大规模并网的趋势,针对风电系统并网所存在的暂态电能质量问题,将广泛运用于信号处理的同神经网络相结合,构造了小波神经网络,详细的分析了小波变换和神经网络的基本原理,给出了小波神经网络的拓扑结构图及风电系统暂态电能质量的仿真。仿真结果表明,小波神经网络可以有效的对暂态故障进行检测、时间定位及预测,和其它控制方式相结合可以改善暂态电能质量。     

基于保障低压穿越能力的风电机组撬棒自适应投切策略研究

针对风电场低压穿越(Low Voltage Ride Through, LVRT)能力提升问题,以并网型中大规模风电场为研究对象,从整个风电场层面出发,分析了故障扰动场景下双馈风机(Doubly-fed Induction Generator, DFIG)的暂态特性及LVRT能力。利用RBF(Radial Basis Function)神经网络对切除后的DFIG转子电流暂态过程进行有效拟合,提出了一种撬棒保护自适应投切策略。算例仿真结果表明,RBF神经网络对故障后转子侧最大电流预测较为准确,能够有效避免撬棒的重复投切。该策略进一步提升了故障场景下风电场的无功支撑和LVRT能力,显著提高了风电场运行的安全稳定性水平。     

直驱式风电场对电力系统的暂态稳定性影响分析

为研究大容量直驱式风电场并入对电力系统暂态稳定性的影响,建立了风速、风力机、轴系、直驱永磁同步发电机、全功率变流器的数学模型;研究了变流器控制策略和桨距角控制策略;并搭建直驱式风电场并网的仿真模型.以风电场并网点电压为研究对象,用电压跌落深度、电压冲击幅值、暂态电压恢复时间三个指标,对风电场出口故障、风电场突然切出、在同一点发生三相短路故障时不同风电场容量及三相短路故障发生在线路不同位置时对系统暂态稳定性的影响进行了分析.仿真结果表明直驱式风电场具有一定的低电压穿越能力;风电场突然切出时,并网点电压有小额增幅;风电场接入会改善系统的暂态电压稳定性,但当容量增大到一定程度时系统稳定性下降;随着故障点与风电场电气距离的增大,系统的暂态电压稳定性逐渐改善.     

Terminal滑模直驱风力发电变桨控制研究

由于风能的随机性和不稳定性的特点,加大了风力发电机组的控制难度。以直驱永磁同步风力发电机组为研究对象,以风速在额定值以上时使风力机输出功率稳定在额定值为研究目标,针对传统变桨距控制存在力矩抖动大,受干扰严重等缺点,提出一种基于Terminal滑模控制的双模控制方法。所设计的控制器采用Terminal滑模控制,控制策略采用功率和转速同时进行控制。利用Matlab/Simulink为实验平台,搭建Terminal滑模直驱风力发电机变桨控制模型,通过仿真验证,此方法与传统的变桨控制方法比较,有输出功率稳定无抖动、无超调、桨距角的变化更加平滑、抗干扰性强等优点。     

改善基于双馈感应发电机的并网风电场暂态电压稳定性研究

提出了改善基于双馈感应发电机的并网风电场暂态电压稳定性的措施以实现风电场的低电压穿越(low voltage ride through, LVRT)功能。目前，大部分基于双馈感应发电机的变速风电机组不具有故障情况下的暂态电压支持能力，当电网侧发生严重短路故障时，风电场的暂态电压稳定能力会影响到电网安全稳定。该文在DIgSILENT/PowerFactory中建立了具有暂态电压支持能力的变速风电机组转子侧变频器控制模型及用于故障后稳定控制的桨距角控制模型，通过包含风电场的电力系统仿真计算验证了模型的有效性及其对风电机组和电网暂态电压稳定性的贡献。仿真结果表明，当电网侧发生三相短路故障时，风电机组转子侧变频器暂态电压控制能够控制风电机组发出无功功率支持电网电压；桨距角控制能有效降低变速风电机组机械转矩，避免出现风电机组超速及电压失稳。得出结论：采用变频器暂态电压控制及桨距角控制能够改善基于双馈感应发电机的并网风电场的暂态电压稳定性，确保风电机组低电压穿越(LVRT)功能的实现及电网安全稳定。     

SVC与桨距角控制改善异步机风电场暂态电压稳定性

研究了改善异步机风电场暂态电压稳定性的措施。基于普通异步机的恒速风电机组是目前世界上应用最为广泛的风电机组之一,由于其发出有功功率的同时吸收无功功率,会导致接入风电地区电网的电压稳定性降低。文中在DIgSILENT/PowerFactory中建立了静止无功补偿器（SVC）控制模型及风电机组桨距角控制模型,通过包含风电场的电力系统仿真计算验证了模型的有效性及其对异步机风电场与电网暂态电压稳定性的贡献。研究结果表明,在接入风电地区电网发生三相短路的大扰动故障时,SVC能够有效地帮助恒速风电机组在故障后恢复电压,提高输出的电磁功率,桨距角控制能够有效地降低恒速风电机组的输入机械功率,以上2种措施能够避免风电机组机械与电磁功率不平衡引起的异步发电机超速及电压失稳;采用SVC及风电机组桨距角控制能够改善异步机风电场的暂态电压稳定性,确保风电机组连续运行及电网安全稳定。     

不同控制策略对双馈风机暂态特性影响仿真研究

本文根据网侧基于电网电压定向的矢量控制策略和直接功率控制策略及机侧基于定子磁链定向的矢量控制策略和直接功率控制策略,在PSCAD平台上分别搭建了基于矢量控制策略和直接功率控制策略的两套双馈风机仿真模型,对比分析了电网发生对称性短路故障导致机端电压不同程度轻微跌落和严重跌落时基于不同控制策略的风机的暂态特性,分析了不同时刻投入撬棒电路时基于不同控制策略的风机短路电流特性,并仿真分析了基于不同控制策略的网侧变频器不发无功时对直流母线电压的稳定作用及发无功时对电网电压的支撑作用,最后总结了不同控制策略对双馈风机对称性短路故障暂态特性的影响。     

电网侧换流器无功功率控制改善双馈风电机组稳定性的研究

研究了改善双馈风电机组（DFIG）的并网风电场暂态稳定性的措施。目前现存的大部分双馈型变速风电机组并不具备故障穿越能力。在DIgSILENT/PowerFactory14.0中建立了具有暂态无功调节能力的变速风电机组电网侧换流器控制模型以及故障后桨距角控制模型,通过对并网风电场仿真分析验证了模型的有效性。仿真结果表明：当风电场电网侧发生短路故障情况下,双馈风电机组电网侧换流器能够产生一定的无功功率支持电网电压;桨距角控制能够降低风电机组的机械转矩,防止机组超速以及电压失稳。双馈风电机组的故障穿越能力得以实现。     

双馈风机定子侧串阻抗的阻值优化

当电网受到大扰动导致电压骤降时,双馈风机需配合硬件改造措施以实现机组的低电压穿越。针对双馈风机采用定子侧串联阻抗的低电压穿越策略中存在的阻值整定问题,首先推导了双馈风机的转子暂态电流和开路电动势表达式,再以故障期间换流器的运行限制分析其有功无功耦合特性,最后结合上述分析提出了一种基于无功最优定子侧串阻抗的阻值优化方法。通过转子暂态电流约束和转子开路电动势约束确定阻抗选取范围,以暂态期间最大无功出力为目标,优选串联的阻抗值。仿真结果表明,所提方法优选出的阻抗值不仅能够有效抑制双馈风机所受到的暂态冲击,还能保证机组在故障期间提供无功功率,为电网电压提供支撑,提升机组故障运行能力。