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。     

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。     

基于撬棒保护的双馈风电机组三相对称短路电流特性

双馈感应发电机在其并网点电压跌落较深时必须具备低电压穿越能力,而撬棒(crowbar)保护电路是目前运用较为广泛的一种低电压穿越方式。分析了装设有撬棒保护电路的双馈风电机组机端三相对称短路情况下的短路电流特性,通过仿真软件PSCAD/EMTDC研究了影响双馈风电机组输出短路电流的因素,包括撬棒电阻、直流母线电压和网侧变流器,推导了双馈风电机组在额定运行工况下定、转子短路电流的近似求解公式。最后,在考虑定转子磁链耦合作用的基础上给出了一种等效阻抗电压源模型,有利于接有分布式风电机组的配电网保护配置的进一步研究。     

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。     

基于撬棒保护的双馈电机风电场低电压穿越动态特性分析

为研究风电机组与系统的交互影响,建立了低电压故障下双馈式风电机组(doubly-fed induction generator,DFIG)的保护控制措施与系统动态特性之间的联系,分别从机组安全约束角度和系统区域电压稳定角度,探讨了双馈式风电机组撬棒(crowbar)保护电阻取值、投切控制策略,在分析电机发生短路故障后撬棒保护投入期间电气量特性基础上,给出了双馈电机投入撬棒后定转子电流峰值估算式以及撬棒电阻取值约束式。算例从系统角度分析了不同故障类型、不同投切时间和不同撬棒阻值情况下大范围投入撬棒保护后对风电场周边区域电压稳定的影响,并分析了多风电场在电网大扰动后投入撬棒的相互影响。算例结果表明,选择合适的撬棒阻值和投切控制策略可以提高机组低电压穿越(low voltage ride through,LVRT)能力,并降低风电场在撬棒保护大范围投入后对系统电压稳定的不良影响。     

考虑三重因素的双馈风电机组撬棒电路保护控制策略分析

撬棒(Crowbar)电路作为提高双馈风电机组低电压穿越能力的主要措施之一,其控制策略的选取对风电机组动态特性影响较大。针对电网故障持续时间、机端电压跌落深度以及故障时刻风机运行状态三重因素,在Matlab/Simulink平台上搭建含Crowbar电路的双馈风电机组模型,通过对转子侧电流分析,验证了这三重因素对转子侧电流的影响。仿真结果表明,在电网故障持续时间较长、电压跌落较深、风机运行点较高时应采用Crowbar阈值投入故障清除后延时退出的控制策略,相反则应选择Crowbar阈值投入延时退出的控制策略,并给出Crowbar动作区域曲线和Crowbar控制策略选择区域曲线,明确两种控制策略的适用范围,初步得到了Crowbar保护控制策略。     

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。     

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。     

双馈型风力发电机低电压穿越仿真分析

针对双馈型风力发电机在低电压穿越过程中所遇到的定转子过流问题,采用主动撬棒电路旁路转子侧变流器解决,在M atlab/S im u link中建立了模型并进行了仿真分析,仿真结果验证了主动撬棒电路能够有效实现双馈型风力发电机在三相对称故障条件下的低电压穿越,并分析了撬棒电阻的选取,得出选取较大的撬棒电阻更有利于电网的恢复的结论。     

Short Circuit Current Calculation Method of Doubly-Fed Induction Generator with Crowbar Protection Based on Flux Transient Characteristics

With the wide application of doubly-fed induction generator (DFIG), accurate calculation and analysis of the short circuit currents of DFIG with crowbar protection has become very important key to realizing the low voltage ride through (LVRT) capability of DFIG and establishing the corresponding grid protection scheme. In view of this, a method to calculate the short circuit currents of DFIG with crowbar protection when different types of fault occur in the grid is proposed in this paper. First, the DFIG stator and rotor 2nd-order differential equations in the cases of grid symmetrical fault and asymmetrical fault are established respectively. And the short circuit current calculation model when crowbar resistance remains unchanged in the fault duration is obtained. On this basis, the short circuit current calculation model when crowbar resistance varies in the fault duration is derived. And then, the influence of crowbar resistance and DFIG rotor speed on the short circuit current calculation model is analyzed, including the variation pattern of flux eigenvalues with the crowbar resistance, and the variation feature of flux amplitude and phase angle with the rotor speed. Besides, the transient variation characteristics of different flux components are studied. Finally, time-domain simulation tests verify that the proposed calculation method is correct and applicable to different types of crowbar circuits in the market. Besides, the influence of crowbar resistance and DFIG rotor speed on the stator short circuit current peak, peak time and current frequency in different fault cases is revealed.     

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...     

基于主动式Crowbar的双馈风电机组LVRT性能优化分析

面对短路故障引起的电压大幅跌落,为避免直接脱网对电网造成的不利影响,双馈感应风电(DFIG)机组多采用撬棒保护电路(Crowbar)实现低电压穿越(LVRT)功能。文章利用磁链平衡原理对含Crowbar电路的DFIG三相短路电流简化表达式进行推导,提出旁路阻值的优化整定方法。为验证整定方法的有效性及Crowbar退出时间对LVRT性能的影响,利用PSCAD/EMTDC平台对电压骤降情况下DFIG的LVRT性能进行了一系列仿真分析,结果表明:在确保网侧变流器正常工作的前提下,Crowbar阻值在整定范围内取偏大值且Crowbar在故障清除1个周波后退出运行,会使DFIG得到更好的LVRT效果。     

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.     

IGBT型Crowbar保护电路仿真研究

采用Crowbar保护电路可以极大地提高双馈式风电系统的低电压穿越能力(LVRT)。建立了双馈风力发电机(DFIG)的数学模型,对IGBT型Crowbar保护电路关键参数—卸能电阻最优值范围进行研究。并通过MATLAB/Simulink搭建了变速恒频DFIG风力发电系统模型,仿真表明当电网电压大幅度跌落时采取Crowbar保护电路的必要性。     

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。     

Low voltage ride-through enhancement of DFIG-based wind turbine using DC link switchable resistive type fault current limiter

Doubly-fed induction generator (DFIG)-based wind turbines utilise small-scale voltage sourced converters with a limited overcurrent withstand capability, which makes the DFIG-based wind turbines very vulnerable to grid faults. Often, modern DFIG systems employ a crowbar protection at the rotor circuit to protect the rotor side converter (RSC) during grid faults. This method converts the DFIG to a squirrel cage induction generator, which does not comply with the new grid codes. The recent grid codes need wind turbines to stay connected to the utility grid during and after power system faults, especially in high penetration level of wind power. Furthermore, the crowbar switch is expensive. This paper proposes a novel DC-link switchable resistive-type fault current limiter (SRFCL) to improve the LVRT capability of the DFIG. The proposed SRFCL is employed in the DC side of the RSC. The SRFCL solves crowbar protection activation problems and eliminates subsequent complications in the DFIG system. The proposed SRFCL does not have any significant impact on the overall performance of the DFIG during normal operation. Whenever the fault, whether symmetrical or asymmetrical, occurs, the SRFCL not only limits rotor over-currents but also prevents rotor speed acceleration and restricts high torque oscillations even during zero grid voltage, as recommended by some grid codes. To prove the effective operation of the SRFCL on the RSC fault current limitation, analytical analysis is performed in each switching interval. The proposed approach is compared with the crowbar-based protection method. Simulation studies are carried out in PSCAD/EMTDC software. In addition, a prototype is provided to demonstrate the main concept of the proposed approach.     

双馈风电机组低电压穿越特性的试验研究

低电压穿越能力正逐渐成为大型并网风电机组的必备功能之一,要求风电机组在电网电压跌落发生时保持并网,故障消除后快速恢复正常运行。在分析双馈机组电压跌落特性的基础上,采用了转子主动式Crowbar电路和直流侧卸荷电路相结合的方法来实现双馈风电机组的低电压穿越功能,讨论了具体的低电压穿越控制策略,通过仿真验证了电路结构和控制策略的正确性。在实验室10 kW双馈机组实验平台上,采用电压跌落发生器模拟电网电压跌落故障,进行了电网电压跌落至额定电压20%时不同持续时间的测试,证实了所采用的低电压穿越控制策略的有效性。