双馈风电机组低电压穿越的Crowbar优化控制策略分析

双馈风电机组的低电压穿越通常采用在转子侧加撬棒保护电路（Crowbar）的方法。为有效评估双馈风电机组的故障暂态行为,首先分析了电网故障期间撬棒投入后的机组定转子电流特性,讨论了撬棒阻值的取值范围。在此基础上,以PSCAD/EMTDC为平台,建立包含撬棒保护电路的双馈风力发电机组模型,分析了2种撬棒控制策略下的机组动态响应,提出了一个评价机组动态响应的指标函数,对仿真结果比较分析,得出了双馈风电机组在不同电压跌落情况下实现低电压穿越的撬棒优化控制策略。     

基于电流补偿策略的DFIG系统低电压穿越研究

为了研究双馈异步风电机组定转子之间的故障特性,在RTDS中建立了低电压故障下双馈异步风电机组励磁变流控制系统,利用拉普拉斯变换分析DFIG系统状态方程在约束条件下的输出响应,给出了三相短路故障下发电机定转子电流各自暂态分量。通过分析定转子暂态分量衰减特性,得到定子直流磁链对定转子电磁暂态响应的主导作用。进一步通过转子电流补偿的改进空间矢量控制消除定子直流磁链,同时配合直流母线Crowbar卸载电路提高DFIG风电系统的低电压穿越能力。RTDS的仿真结果验证了电流补偿和Crowbar电路组合控制策略的有效性。     

计及不同电网电压跌落程度的双馈风电机组定子电流分析

双馈风电机组在机端电压跌落程度不同的情况下会表现出不同的暂态特性,随着风电机组的大规模并网,其故障暂态特性对于电网的安全稳定运行具有重要意义。以对称故障为例,基于双馈感应发电机的转子电压方程,采用统一方法分析了电网故障导致的不同机端电压跌落程度下双馈风电机组的定子电流。在机端电压严重跌落时。分析并推导了投入撬棒保护电路情况下双馈感应发电机定子电流的表达式。而在机端电压非严重跌落时,在考虑转子侧变流器控制系统对定子电流的影响的基础上,定性地分析了双馈感应发电机定子电流动态变化过程。通过仿真进一步分析了机端电压不同跌落情况下定子电流的变化规律并且验证了所推导表达式的正确性。     

电网电压跌落下无刷双馈发电机低电压穿越控制

电网电压跌落的瞬间,风力发电机定子和转子产生冲击电压和冲击电流,对电网安全造成影响。为实现无刷双馈风力发电机低电压穿越,保证风电机组在电网电压跌落下不间断运行,对电网电压跌落下无刷双馈发电机定子电压和电流进行暂态分析,搭建了无刷双馈发电机在功率绕组静止坐标系下的数学模型,推导并分析了电网电压跌落瞬间其功率绕组磁链、控制绕组电压动态变化过程,并提出一种积分滑模直接功率控制与故障穿越控制相结合的控制策略,完成无刷双馈发电机低电压穿越控制。通过MATLAB/Simulink和半实物仿真试验平台进行验证,仿真和试验结果证明所推导功率绕组磁链和控制绕组电压动态变化过程的正确性及控制策略的有效性,该控制策略有效抑制了定子控制绕组侧电压和电流畸变,提高了无刷双馈发电机的低电压穿越性能。     

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。     

电网对称故障时双馈感应发电机低电压穿越控制

分析电网对称故障时,双馈感应风力发电机定子磁链变化过程、导致定转子过电流的原因、电网故障发生具体时刻及故障程度对双馈感应发电机定转子的影响,提出一种双馈感应风力发电机转子侧变换器低电压穿越控制策略,改善了双馈感应发电机在电网故障时定、转子过电流的情况,实现了双馈感应发电机在电网对称故障时的低电压穿越.在理论分析基础上,建立双馈感应发电机转子侧变换器低电压穿越控制模型和3 kW双馈感应发电机励磁变换器低电压穿越控制实验系统.实验结果表明,所提出的双馈感应发电机低电压穿越控制策略动态响应快、方法行之有效.     

定子Crowbar电路模式切换的双馈风力发电机组低电压穿越控制策略

针对转子Crowbar电路的双馈风力发电机组低电压穿越需要闭锁变流器控制脉冲、直流母线电压波动无法较好地抑制,提出了一种定子Crowbar电路模式切换的双馈风电机组低电压穿越控制方案。电网发生故障时,定子Crowbar电路接入系统,双馈风电机组切换至感应发电机组模式下,转子侧变流器采用转子功率外环控制,网侧变流器采用功率协调控制方案,将机侧功率当作前馈量引入到网侧变流器控制策略中并向电网注入无功功率。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、稳定直流母线电压,并向电网提供无功功率。     

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.     

考虑Chopper动作的双馈风电机组三相短路电流分析

直流母线并接直流卸荷电路(Chopper)以保护转子侧变频器(RSC)是一种较常用的双馈风电机组低电压穿越改造方案。目前对称故障下双馈风电机组短路电流特性研究以故障后投入撬棒(Crowbar)电阻为主,Chopper动作下双馈风电机组短路电流特性研究几乎没有,故而难以分析其作用下双馈风电机组短路电流特性对系统中保护动作可靠性和设备安全的影响。类比双馈风电机组故障后投入Crowbar电阻的分析思路——转子回路串入电阻,通过分析对称故障后Chopper动作下的转子电流回路,将被闭锁的RSC和Chopper等效为可变电阻,分析了该等效电阻阻值随电压跌落程度和故障前转差率的变化规律。根据故障后双馈感应发电机的磁链、电压关系,通过数学解析得到Chopper动作下对称短路电流解析表达式。在MATLAB/Simulink中搭建配置Chopper的双馈风电机组模型,仿真验证了该表达式的有效性。     

具有低电压穿越能力的双馈风电场故障特性分析

在机组故障期间转子Crowbar投入不能为电网提供无功支持同时会从电网吸收一定无功从而导致电网运行情况进一步恶化,针对Crowbar保护的弊端提出一种低电压穿越方法,利用DC-Chopper代替Crowbar,同时在故障情况下通过对转子侧变流器进行解耦控制,控制定子侧给电网提供一定无功支持,能更好的实现机组故障穿越。基于此策略在PSCAD平台上搭建了的双馈风电场仿真模型,对比验证了风电场具有低电压穿越能力及控制策略的优越性。在此基础上,分别仿真分析不同故障类型下双馈风电场的故障特性。研究结果表明传统转子Crowbar电路的投入是机组故障电流频率为非工频的原因,而采用其他非转子Crowbar电路的机组故障电流频率为工频;风电场联络线发生任何类型的不对称接地故障,风电场侧都会表现出弱电源特性,单相接地故障表现出的弱电源特性更为明显。这对故障选相元件将会受到严重影响。研究成果具有一定的实际价值和意义。     

电网对称故障时双馈感应发电机不脱网运行的励磁控制策略

提出了一种电网对称故障时保持双馈感应风力发电机不脱网运行的新型励磁控制策略。在导出的发电机基本电磁关系的基础上，分析了电网对称故障时发电机的暂态物理过程。为保证故障期间双馈感应发电机转子侧变频器安全运行，新的励磁控制策略针对故障过程中发电机内部电磁变量的暂态特点，控制发电机漏磁链以抵消定子磁链中的暂态直流分量对转子侧的影响。与此同时，利用定子侧电阻对发电机进行灭磁。研究中建立了30kW双馈感应发电机励磁控制实验系统及计算机时域仿真模型。实验证明所提出的励磁控制策略效果显著，同时也检验了仿真模型的精确性。     

电网短路故障时交流励磁风力发电机不脱网运行的励磁控制策略

提出一种电网短路故障时保持交流励磁风力发电机不脱网运行的新型励磁控制策略。分析了电网短路故障时交流励磁发电机的暂态物理过程和转子过电流的原因。改进控制方案从限制电网故障时定子工频过电流的角度出发,有效限制了由定子电流工频分量引起的转子电流交流分量,同时利用发电机定子电阻对定子磁链暂态直流分量进行灭磁,实现了故障时避免转子出现过电流的目的。建立了2 MW商用交流励磁风力发电系统仿真模型,在电网对称故障和非对称故障条件下,对"crowbar protection"方案和该文所提方案进行了仿真对比研究。仿真结果验证了该文所提改进方案的有效性,实现了电网故障期间发电机转子励磁变频器的安全运行,提高了交流励磁风力发电系统在电网故障时的不间断运行能力。     

电网故障下交流励磁双馈风力发电机变流器建模与控制

双脉宽调制(PWM)电压型变换器作为交流励磁双馈风力发电机的励磁电源,在风力发电系统得到广泛应用.电网故障时,要求网侧变换器直流链电压波动较小和转子侧变换器能有效控制转子电流,来实现发电机的不间断运行.以双PWM变换器的数学模型为依据,在电网故障时,将网侧变换器以转子侧变换器瞬时输入电流波动为附加前馈量的双环电压控制策略,转子侧变换器考虑定子磁链暂态的定子磁链定向控制策略.仿真结果表明了所提出的联合控制方案在电网故障发生和切除时能稳定控制直流链电压和转子电流,提高了DFIG风力发电系统电网故障下的不间断运行能力.     

电网电压跌落下双馈风力发电系统强励控制

为增强电网故障下双馈风力发电系统(DFIG)的低电压穿越(LVRT)运行能力,提出一种DFIG转子侧变换器(RSC)强励控制策略。在基于定子磁链定向的矢量控制策略中增加多频比例谐振控制器(MFPR),当电网故障造成发电机定子电压跌落时,多频比例谐振控制器能够对转子侧变换器(RSC)的输出励磁电压进行补偿,抑制转子故障电流,实现DFIG的低电压穿越运行。分析了转子电压等级与DFIG的低电压穿越运行区间的关系,为DFIG转子侧变换器的电压等级设计标准提供了参考依据。控制系统结构简单,保证了系统的响应速度,可同时对电网对称跌落和不对称跌落产生的故障电流进行抑制。通过对1.5 MW双馈风力发电机组进行仿真研究,验证了理论分析的正确性和所提控制策略的可行性。     

基于定子电流微分前馈控制的双馈异步风力发电机低电压穿越复合控制策略

双馈异步风力发电机(doubly-fed induction generator, DFIG)对网侧电压扰动比较敏感,其低电压穿越(low voltageride-through,LVRT)措施仍是目前研究的重要问题之一。针对故障期间转子电流过冲而转子侧变流器(rotor sideconverter,RSC)容量有限,且现有软件控制策略无法直接快速抑制故障过电流的问题,提出一种基于定子电流微分前馈控制的风机低电压穿越复合控制方法。在理论分析定子电流微分与转子暂态感应电动势关联关系的基础上,利用前馈控制跟踪精度及响应速度的优势,给出了基于定子电流微分前馈控制的抑制风机转子暂态分量的方案。将通过可观测的定子电流微分项获取到的造成转子电流冲击的干扰量,经前馈控制器直接引入到转子侧变流器的控制电压参考值端,从而达到快速抑制转子过电流的目的。仿真结果表明,所提出的穿越控制方法无需繁琐的观测技术,复合控制策略最大程度发挥了容量有限的变流器抵消暂态感应电动势、抑制转子过电流的作用,有效扩展了机组的可穿越故障范围。研究结果可为双馈异步风力发电机低电压穿越控制提供参考。     

Research on Short Circuit Current Characteristics of Doubly-fed Wind Power Generator Considering Converter Regulation

When fault occurs in the grid, the short circuit characteristics of doubly-fed induction generator (DFIG) are more complicated due to the coupling influence of generator electromagnetic transient and converter regulation. In view of this problem, a DFIG stator/rotor short circuit current calculation method considering the transient regulation of both rotor-side and grid-side converters is proposed in this paper. First, DFIG fault equivalent network considering the rotor-side converter control is established, and the analytical expressions of stator/rotor currents in this network are derived. On this basis, considering the DC bus voltage fluctuation, the double-loop transient control process of the gird converter in the short circuit process is described quantitatively. Thus, the mechanism of the second harmonic in the stator short circuit current is revealed, and the expression of the harmonic component is derived. Finally, the analytical expressions of stator and rotor short circuit full currents are obtained. Simulation results verify the correctness and feasibility of the proposed method.     

海上风电场与柔性直流输电系统的新型协调控制策略

提出了一种适用于采用双馈机型的海上风电场与柔直输电系统的新型协调控制策略。接入风电场的送端换流站采用基于锁相环的定功率控制,根据风电场的有功参考值控制其有功功率输入,并且在送端换流站的有功功率控制外环中加入有功功率与直流电压平方的下垂特性来加强直流电压暂态稳定性;双馈风电机组采用同步控制,调节海上风电场交流电网的电压幅值和角度。相对于经典协调控制策略,该控制策略可以加强柔直输电系统的直流电压稳定性,对通信延时不敏感,通信成本较低。该控制策略还实现了送端交流电网故障下系统的故障穿越。文中以风电场接入基于多电平的两端柔直输电系统作为仿真研究对象,通过仿真分析验证了该协调控制策略的有效性和优越性。     

电压跌落时带有Crowbar电路的双馈感应发电机的瞬态分析

为了研究双馈感应发电机对电网电压跌落的适应能力,以及其实现低电压穿越的功能,文章通过将由向量法求出的瞬态电流与由等效电路法求出的稳态电流进行叠加而得出的定子、转子故障电流的近似解析式,来分析在定子端三相对称电压跌落、转子侧变换器断开、投入Crowbar电路情况下的双馈感应发电机内部的电磁关系变化过程。此外,在理论分析的基础上,文中建立了2　MW双馈感应发电机的PSCAD模型,且在7.5 kW双馈风力发电测试平台上进行了实验验证。仿真和实验结果表明,这种通过瞬态电流和稳态电流进行叠加的方法而求得的双馈感应发电机故障电流的近似解析表达式可以准确地反映出双馈感应发电机磁链和电流的瞬态变化。     

机组协同-分布卸荷的风电场-柔直并网系统故障穿越方法

为降低风电场-柔性直流并网系统在交流主网发生低电压故障时的穿越成本,提出一种直流耗能装置与风电机组卸荷电路协同作用的电网故障穿越策略,在电网故障时送端换流器配合风电场快速降低直流功率输出.由于直流耗能装置仅在故障发生的前期、风电场输出功率下降前起到限制直流电压升高的作用,该策略能够显著降低直流耗能装置的体积.在此基础上,该策略将直流耗能装置中的耗能电阻分散置入到受端模块化多电平换流器中,进一步降低了卸荷成本.最后,在PSCAD/EMTDC仿真软件中,构建了风电场-柔性直流并网系统的仿真算例,对所提出的故障穿越方法的正确性和有效性进行了验证.