双馈风机网侧变流器SVG运行状态研究

电网发生电压跌落故障后,双馈风机网侧变流器运行在静止无功发生器状态下的无功出力研究,对于提高机组并网运行能力和电力系统电压稳定性,以及减少风电并网时无功补偿设备的投资具有重要意义。分析了双馈风机网侧变流器的无功调节能力,并参照德国E.0N公司对电压跌落故障时无功电流补偿的标准,仿真并分析了双馈风机在连续不同程度的故障情况下,通过控制网侧变流器故障后的运行方式,改变其所产生的无功功率,并与只有定子侧产生无功的情况进行了对比分析,结果表明,在风机并网系统发生电压跌落故障时,网侧变流器运行在SVG工作方式下,能够向系统注入一定的无功功率,并能一定程度上提高并网系统的稳定性,有效减少无功补偿设备的投资。     

并网监测系统在风电机组上的应用研究

为分析风电机组并网点处电流电压反映的机组问题,采用并网监测系统对并网点处的电压和电流进行高频采样,通过数据分析,可实现对风电机组变流器电能质量的评估.通过对同一风场不同风机品牌变流器电能质量的分析评估,证明了并网监测装置在风场应用的有效性.     

风电机组低电压穿越能力测试中的风机故障

近年来,我国风力发电装机容量不断增长,大规模风电并网对电网的影响日益受到重视。低电压穿越能力是风电机组并网特性的重要考核指标之一,该文详细分析了目前风电机组低电压穿越能力测试所依据的标准,就标准中对风电场及风电机组低电压穿越性能的具体要求进行了分项阐述,在此基础上总结了已开展的现场低电压穿越测试中风机发生的种种故障及其原因,证明了同样机型的风电机组测试性能存在差异,而且现场试验证实了风机零部件故障也成为影响风机低电压穿越性能重要因素。     

风机故障穿越特性对大规模风电直流外送系统暂态过电压的影响及参数优化

随着高比例新能源发电越来越成为当前力争实现"碳达峰、碳中和"目标下的主力电源,特高压直流输电工程的陆续投运和大规模新能源的集中接入使得直流故障引发的暂态过电压问题日益凸显,严重威胁电网设备安全,影响特高压直流输电外送能力.新能源机组在暂态过程中的故障穿越特性作为与过电压水平密切相关的重要因素,亟待展开深入研究.从直流故障扰动后系统出现暂态过电压的机理出发,详细介绍了风电机组的低电压穿越特性及相关变量参数,通过某特高压直流输电工程中直驱永磁风机的算例展开了机组故障穿越控制参数对电压暂态特性的敏感性分析,并提出了风电机组控制策略和模型参数的优化建议.研究成果可为当前高占比新能源并网形势下电网的安全稳定运行提供参考.     

基于相位补偿和虚拟阻抗优化的LCL型并网变流器改进控制

LCL型并网变流器常采用同步旋转坐标系下基于变流器侧电感电流的并网控制,但LCL型滤波器和数字延迟的dq轴模型均存在轴间耦合,制约了并网性能,且随着开关频率降低,性能恶化更为明显。针对该问题,文中在建立LCL型并网变流器复矢量模型的基础上,对并网变流器耦合特性和传统解耦方案进行分析。针对现有方案的不足,提出了一种基于相位补偿和虚拟阻抗优化的LCL型并网变流器改进控制策略,通过零极点图详细分析了虚拟阻抗对系统耦合程度及系统阻尼特性的影响,进而给出了确定3个参数优化值的方法。最后,仿真和实验结果表明,与现有方案相比,所提策略能够实现对系统耦合程度及阻尼特性的独立控制,有效实现解耦并改善系统动态性能。     

考虑电气故障和开关配置方案的海上风电场集电系统可靠性及灵敏度研究

为研究分析影响集电系统可靠性指标的因素,建立的可靠性模型中详细考虑了集电系统中全部电缆、开关、风机的故障,并提出了集电系统在开关传统配置和完全配置方案下的可靠性评估算法。通过实际算例分析比较了2种开关配置方案下的可靠性指标,重点对影响拓扑可靠性的电缆、开关以及风电机组的年故障次数和故障维修时间进行了灵敏度分析对比。结果表明:不同设备故障率对拓扑可靠性影响程度不同,电缆故障率对拓扑可靠性影响最大,其次是开关和风机的故障率。设备灵敏度也受开关配置方式的影响;在海上风场设备的可靠性参数变化范围内,开关完全配置方式下拓扑停运率明显低于传统开关配置。     

直驱永磁风力发电系统并网特性研究

随着大规模风电机组的并网运行,风电机组或电网故障导致风机脱网的情况时有发生,这主要是由于对风电系统的并网运行特性没有深入的研究,而针对电网故障情况下的运行特性研究则更加薄弱。对使用背靠背全功率变流器的直驱永磁风电系统的综合控制策略进行了研究,并针对风速变化以及不同电网电压跌落情况下的响应情况进行分析。根据仿真结果可以看出,机组有着较好的动态响应,在风速大范围连续波动状态下有相对稳定的输出,且在系统发生故障后亦能够较快地恢复稳定,从而实现低电压穿越,保证风机的稳定并网运行。     

不对称故障下直驱永磁风电机组运行控制方式综述

首先根据电网不对称故障特征,总结分析了直驱永磁同步风力发电机组在电网不对称故障下运行面临的问题及产生的原因。在此基础上,就抑制背靠背双PWM变流器直流母线电压波动、升高、保持并网电流平衡3方面总结归纳了针对解决不对称故障时风电机组运行问题的主要措施,为进一步保证直驱风机在不对称故障时的安全运行能力,在现有措施的基础上提出了一些设想。     

Crowbar技术在双馈风电机组低电压穿越的应用

对双馈风电机组运行及并网技术等方面进行了研究,针对电网电压波动时,有源Crowbar技术在风电并网中的应用进行了深入的分析。通过针对主动式和被动式两种电路结构和控制方式的建模仿真和90 k W双馈电机实验系统,得出主动式Crowbar电路比较适合我国风电并网技术。然后利用理论研究和软件仿真,得出有源Crowbar保护电路的相关参数。研究技术最终应用与东北某风厂,单机3 MW风机并网系统。通过现场结论分析,得出双馈风电机组并网时,采用有源Crowbar保护电路可以解决电网电压波动时造成的电机过电流和变流器直流侧过电压问题,使双馈风电机组完成低电压穿越运行。     

基于非光滑分叉的直驱风机次同步振荡机理分析

新能源大规模并网引发的振荡问题近来得到广泛关注。目前,忽略变流器的限幅等非线性特性,在稳态工作点附近线性化得到的小信号模型是研究上述振荡问题的主流方法。然而,在某些条件下,变流器中的限幅环节对振荡特性的影响不可忽视。结合相图分析方法,揭示直驱风机次同步频段振荡的数学机理之一是与限幅相关的非光滑分叉。首先,介绍了与限幅环节有关的非线性非光滑分叉理论。其次,介绍了直驱风机并网系统的限幅环节及其和限幅相关的次同步频段振荡现象。再次,分析了不同限幅环节对次同步频段振荡特性的影响,揭示了定子直流电压限幅环节饱和是导致系统振荡的原因。进一步,分析了短路比对系统振荡特性的影响,揭示了参数变化导致的非光滑分叉现象。最后,分析了交流故障持续时间、接地电阻对振荡的影响,揭示了初值导致的非光滑分叉现象。分析表明,直驱风机并网系统在故障清除后产生的次同步频段振荡,是在足够大的故障冲击下多个限幅环节共同作用产生的,数学上,也对应着相应的动力学系统发生非光滑分叉。     

基于出力相关性的风电机组非正常运行状态及故障诊断

为了解决风电机组运行状态及故障诊断中外界环境因素对出力情况的影响,引入风电机组出力相关性信息,对机组运行状态进行判别。实现了在不增加传感器和测点的情况下,提高判别机组非健康状态或故障状态的可靠性。将相关性分析与模糊故障Petri网相结合,以此判别风电机组的运行性能并诊断故障。采用风场实际数据的验算结果表明了该方法的有效性。     

风电变流器中IGBT的可靠性研究

风力发电机组中的变流器,其运行工况特殊,功率、频率、电流、电压等参数随风的变化而变化.由于变流器工况变化频繁,引起功率器件的结温和壳温频繁波动,造成器件的功率循环和热循环损伤较大.另一方面,高海拔地区丰富的风资源,为风电变流器的高海拔运行提供了广阔空间,而高达4 km海拔的应用,让宇宙射线对功率器件的损伤不容忽视.大功...     

基于超级电容蓄能的永磁同步海上风电低电压穿越研究

为避免电网电压跌落导致海上风电机组脱网运行,分析了直驱永磁同步海上风电系统的双PWM全功率变流器控制策略,提出了一种基于超级电容器蓄能的海上风电机组并网运行低电压穿越方案。在双向变流器的直流侧并联超级电容蓄能系统,利用超级电容来维持电网故障时的功率平衡,稳定直流侧母线电压。利用网侧变流器静止无功补偿运行模式控制无功电流输出,向电网提供无功功率支持。仿真结果表明了该方案在电网故障时,能有效抑制直流侧过电压,向电网提供无功功率,有利于电网故障恢复,提高了直驱永磁海上风电系统的低电压穿越能力。     

基于风电机组常见故障的模糊FMECA评价研究

针对风力发电厂运行可靠性问题,提出风电机组模糊故障模式、影响与危害性分析(Failure Modes, Effect and Criticality Analysis, FMECA)评价模型。基于金风天翼风电场全年运行数据的统计分析,对风电机组故障评价引进模糊评价理论进行改进。通过建立FMEA(Failure Mode and Effect Analysis, FMEA)故障表,绘制危害性矩阵图并建立因素集、评价集和权重集,进行模糊评价分析。根据评价结果,对各故障的危害度进行重新排序整理。该研究对进一步提高风电现场运维效率、降低运维成本具有重要的意义。     

考虑风电机组馈入电流的风电场汇集线路保护整定计算方法

现行风电场馈线电流保护的整定计算,按照馈线末端有灵敏性整定,当弱电网接入且馈线较长时将造成高灵敏度和低选择性,存在保护误动风险。首先分析了低电压穿越对风电机组短路电流的影响,研究了影响风电机组短路电流的主要因素。然后介绍了风电场典型的保护配置,将风电场场内进行了保护区域划分,研究了馈线电流保护的保护配置规则。接着分析了风电场馈线电流保护的误动风险,以及馈线首端风电机组故障和相邻馈线首端故障时馈线电流保护误动产生的原因。基于上述理论分析,提出了考虑风电机组馈入电流的保护整定计算二次验证法,并给出了计算实例。     

基于可靠度约束的风电机组机会检修模型

对风电机组进行预防性检修,能够有效提高机组的可靠性。首先以风电机组单个部件的可靠度作为约束条件,以单部件单位时间检修成本最小作为目标函数,求得单部件的最佳检修周期和检修次数。在此基础上,对符合一定条件的部件进行机会检修,构建了风电机组的机会检修模型。最后,以机会检修策略下总的检修费用最小作为目标函数,以机组整体的可靠度作为约束条件,利用遗传算法对该模型进行求解以得到最佳的机会检修阈值和最小的检修总费用。通过算例分析表明,该机会检修模型能够有效节约总的检修成本。该研究对检修部门制定检修计划具有一定的参考意义。     

基于新型直流风电机组的串联型全直流发电系统设计研究

通过直流风电机组(DC wind turbine, DCWT)建设直流风电场实现风能的直流汇集与直流传输是海上风电系统的主要发展方向之一。为了使DCWT具备高压绝缘隔离、能量双向流动以及直流短路故障自清除能力,提出了一种适用于串联型全直流发电系统的新型DCWT拓扑。该DCWT拓扑采用了H桥结构的DC/DC变换器代替传统的隔离型DC/DC变换器,将DCWT直接串联并加以调制实现低压直流到高压直流的变换。基于PSCAD/EMTDC搭建了基于新型DCWT的串联型全直流发电系统仿真模型。经风电系统的DCWT在输出功率均衡、输出功率不均衡、高压直流母线电压波动等稳态运行工况以及故障DCWT动态切入切出等故障运行工况下的仿真,验证了该DCWT的输出特性、系统的运行特性以及系统对故障DCWT的处理能力,提高了直流风电场的运行可靠性与灵活性,为直流风电场的建设提供了一种切实可行的解决方案。     

Smoothing of Wind Power Fluctuations for Permanent Magnet Synchronous Generator-Based Wind Energy Conversion System and Fault Ride-through Consideration

Due to the increment of penetration level of wind power generation, output power fluctuation is one of the most important issue's that can destabilize the power system operation. This article mainly deals with the smoothing of the output power fluctuations of a wind energy conversion system based permanent magnet synchronous generator and fault ride-through enhancement during a grid fault. The concerned wind energy conversion system based permanent magnet synchronous generator adopts an AC-DC-AC converter system. The proposed control method limits the wind energy conversion system output power by adjusting the pitch angle of the wind turbine blades when wind speed is above the rated wind speed. In the grid-side converter, a fuzzy logic controller is used to determine the torque reference for which the kinetic energy stored by the inertia of wind turbine can smooth the output power fluctuations of the permanent magnet synchronous generator. Also, the DC-link voltage, controlled by the grid-side inverter, is adjusted in accordance with the output power fluctuations of the permanent magnet synchronous generator using a voltage smoothing index. Moreover, in this aticle, the proposed method ensures that the wind turbine stays operational during grid faults and provides fast restoration once the fault is cleared. To show the effectiveness of the proposed method, simulations under different conditions have been performed by using MATLAB/Simulink® (The Math Works, Natick, MA, USA).     

永磁直驱机组叶轮质量不平衡故障建模及仿真研究

针对风力机叶轮质量不平衡故障对风电机组安全稳定运行的严重影响问题,在对该故障形成机理简要阐述后,理论推导了该故障对永磁同步发电机转速及电磁功率造成的影响。利用Matlab/Simulink建立在该故障状态下包含风力机、传动部件及发电机的风机模型,从定量角度设置不同的仿真算例,分析电机转速和电磁功率信号时域及频谱曲线特征及变化。分析结果显示其包含电机旋转的一倍频分量和二倍频分量,且随着不平衡质量的增大而增大。在湍流风速条件下,电机旋转及电磁功率频谱在低频段呈现连续尖峰。该方法可以应用到直驱风电机组故障诊断系统中质量不平衡故障的判别和不平衡质量的确定。     

风电经混合型MMC-HVDC并网的交直流故障穿越策略

为实现内陆大规模风电的可靠并网,采用高压直流输电技术和架空线路进行远距离电能传输是有效的解决方案。由于架空线易发生线路故障,采用具有故障自清除能力的换流器拓扑是主要解决途径之一。采用混合型模块化多电平换流器来进行风电并网,设计了不依赖于换流站间通信的并网系统交直流故障无闭锁穿越策略。系统无闭锁故障穿越期间并网点交流电压可控,风机可维持正常运行。考虑到故障期间风机持续并网输出功率,设计了耗散电阻和与风机内部斩波电阻相配合的策略,以耗散多余的能量。最后,通过PSCAD/EMTDC的多组仿真,验证了并网系统无闭锁穿越交直流故障及快速恢复的有效性。