双馈风电系统低电压故障保护方法的研究

提出一种基于串联动态制动电阻(SDBR)的低电压主动保护方法,在电网故障时吸收由于电网电压跌落引起的不平衡功率,保证故障期间双馈风电机组不脱网运行。分析SDBR对DFIG的暂态影响,提出SDBR的投切控制策略。根据低电压穿越(LVRT)规范对无功功率的要求,研究转子侧变流器无功补偿控制方式。利用PSCAD/EMTDC仿真平台,建立基于SDBR的双馈风电系统仿真模型,对三相对称故障时DFIG的低电压穿越能力进行仿真研究。仿真结果表明,串联动态制动电阻能够有效的抑制定、转子过电流,限制直流母线过电压,从而提高DFIG的低电压穿越能力,保证风电系统的不脱网运行。     

双馈机组低电压穿越控制策略改进

双馈感应电机(DFIG)是目前存量风场和新建风场的主要机型,由于发电机与电网之间存在强耦合,DFIG在电网发生低电压故障时由于电机磁链畸变导致定转子过压过流严重。为实现机组低电压穿越(LVRT),讨论了外部电压骤降时DFIG风电系统的LVRT控制策略和保护方案,重点讨论电网跌落期间快速无功支撑和电网恢复后的功率恢复控制,仿真和实验结果表明配合Crowbar而采用相应的变流器LVRT控制策略的方式,机网侧变流器同时提供无功支撑,满足当前风电并网规范中的LVRT要求。     

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。     

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。     

改进的DFIG与VSC-HVDC协调控制改善风电场 低电压穿越能力

经VSC-HVDC并网风电系统在风电场侧故障时,风电机组出口母线电压过低,极易引起风力机脱网。而双馈风力发电机(DFIG)传统的Crowbar技术在故障时将转子侧变流器(RSC)短接,使发电机定子侧失去了为电网提供无功的能力,风力机的低电压穿越能力较低。提出一种改进的DFIG模型,加入了主动式DC-Chopper,与传统的Crowbar相配合,降低Crowbar动作的概率,使得DFIG转子侧变流器可以控制定子侧在故障时期继续提供无功功率。并利用此改进的DFIG与VSC-HVDC协调控制,改善风电场侧母线电压水平。通过算例仿真表明,在严重故障时采用改进式DFIG的Crowbar仍未动作。从而大大降低Crowbar动作的概率,双馈风电机组RSC故障期间可以继续投入运行并为电网提供无功支持。完成故障期间DFIG两侧变流器与VSC-HVDC风电场侧变流器(WFVSC)之间的无功协调,使风电场具有更好的低电压穿越能力(Low Voltage Ride Though, LVRT)。     

改进的DFIG与VSC-HVDC协调控制改善风电场低电压穿越能力

经VSC-HVDC并网风电系统在风电场侧故障时,风电机组出口母线电压过低,极易引起风力机脱网。而双馈风力发电机(DFIG)传统的Crowbar技术在故障时将转子侧变流器(RSC)短接,使发电机定子侧失去了为电网提供无功的能力,风力机的低电压穿越能力较低。提出一种改进的DFIG模型,加入了主动式DC-Chopper,与传统的Crowbar相配合,降低Crowbar动作的概率,使得DFIG转子侧变流器可以控制定子侧在故障时期继续提供无功功率。并利用此改进的DFIG与VSC-HVDC协调控制,改善风电场侧母线电压水平。通过算例仿真表明,在严重故障时采用改进式DFIG的Crowbar仍未动作。从而大大降低Crowbar动作的概率,双馈风电机组RSC故障期间可以继续投入运行并为电网提供无功支持。完成故障期间DFIG两侧变流器与VSC-HVDC风电场侧变流器(WFVSC)之间的无功协调,使风电场具有更好的低电压穿越能力(Low Voltage Ride Though,LVRT)。     

基于Crowbar的双馈风力发电低电压穿越研究

随着风力发电机容量和风电规模的增加,要求双馈感应发电机(DFIG)能够实现低电压穿越(LVRT)能力。在电网电压跌落的对称故障下,针对原有LVRT技术的不足,提出一种采用主动式Crowbar电路的控制策略。在电压跌落后,转子电流突升时,触发Crowbar电路,旁路转子侧变换器;在电流恢复到一定程度时,断开Crowbar电路,使转子侧变换器投入工作。通过有、无Crowbar电路仿真对比表明,该方法可较好地控制转子过电流、母线过电压及电磁转矩的振荡,同时在故障期间向系统输送无功,达到LVRT的要求。     

基于定子串联阻抗的DFIG低电压穿越控制策略

针对双馈感应风力发电机(DFIG)撬棒保护实现故障穿越的不足,从电网电压跌落期间机组的整体需求出发,提出一种基于定子串联阻抗的DFIG低电压穿越综合控制策略。分析了定子串联阻抗控制策略改善DFIG故障穿越的机理,给出了串联阻抗阻值的整定方法。在转子侧换流器中附加无功补偿控制策略,充分发挥了定子侧的无功支撑能力,加快电网电压的恢复。仿真结果表明:所提的综合控制策略增强了DFIG的故障穿越能力,抑制了转子电流、直流母线电压、电磁转矩的冲击,同时能够满足无功支撑的需求,克服了传统撬棒保护的不足,兼顾了故障结束后机组的稳定运行。     

电网故障下双馈风电无功特性分析及暂态支撑

在对称电网故障下电网电压跌落程度和风速变化对双馈风电发电机(DFIG)的电磁暂态过程和其无功电流极限的影响规律分析基础上,分别讨论了故障持续期间DFIG定子侧以及网侧变流器的无功支撑特性,并结合并网风电场低电压穿越(LVRT)要求,提出了故障期间利用机组容量输出最大无功电流的DFIG改进控制策略,向电网提供最大暂态无功支撑。最后通过实验验证了所提改进控制策略的可行性。     

基于转子串电阻的DFIG低电压穿越优化控制策略

针对双馈感应风力发电机组(DFIG)的低电压穿越(LVRT)问题,在分析现有转子串电阻电路基础上,考虑限流电阻阻值对低电压穿越期间DFIG瞬态性能的影响,权衡转子电流、转子电压、无功功率、电磁转矩间的关系,对限流电阻阻值的选取原则进行了优化; 转子串电阻电路退出但电网电压未恢复时转子侧变流器的功率协调控制策略得到改善; 在此基础上,利用变流器对DFIG的控制灵活性,提出一种无需定子磁链观测且控制算法简单的换流器改进控制策略。本文所提的LVRT优化控制策略在提高DFIG瞬态性能的同时兼顾了系统暂态稳定性     

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。     

An Enhanced LVRT Scheme for DFIG-based WECSs under Both Balanced and Unbalanced Grid Voltage Sags

Due to the latest grid codes, wind energy conversion systems (WECSs) are required to remain connected to grid under grid voltage sags and supply reactive power into the grid. So, this paper proposes an enhanced scheme to improve low-voltage ride through (LVRT) capability of doubly fed induction generator (DFIG)-based WECSs under both balanced and unbalanced grid voltage sags. The proposed scheme is composed of active and passive LVRT compensators. The active compensator is performed by controlling the rotor- and grid-side converters of the DFIG to decrease the stator flux oscillations and inject reactive power into the grid. The passive compensator is based on a three-phase stator damping resistor (SDR) located in series with the stator windings. The proposed scheme decreases the negative effects of grid voltage sags in the DFIG system including the rotor over-currents, electromagnetic torque oscillations, and DC-link over-voltage and also injects reactive power into grid to support the grid voltage. So, the LVRT capability of DFIG is enhanced and new grid code requirements are addressed. Simulation results on a 1.5-MW DFIG-based WECS using MATLAB/Simulink demonstrate the effectiveness of the proposed LVRT scheme under both balanced and unbalanced grid voltage sags.     

电网电压不对称跌落下双馈风电机组转子电压分析

在实现低电压穿越的过程中,双馈感应发电机(DFIG)定子始终与电网相连,电机在电网电压跌落和恢复作用下的磁链动态响应会引起转子过电压,威胁转子变流器的安全,导致低电压穿越失败。文中基于DFIG动态模型,针对电网电压三相不对称跌落,提出了根据正序和负序电网电压分别求解电机定子磁链和转子电压动态响应的方法,采用电机定子磁链和转子电压矢量轨迹图直观地描述了电机动态响应过程,并给出了转子电压在不对称跌落期间的稳态值、不同跌落和恢复时刻下的最大值和最小值。相应的DFIG仿真结果验证了所述理论分析的正确性。最后,提出了一种转子有源Crowbar电阻的设计方法。     

动态调整转子撬棒阻值的双馈风电机组低电压穿越方法

双馈感应发电机(DFIG)等大型电力电子发电设备接入电网,改变了电力系统源端的暂态特性。在系统故障下,为保证DFIG不脱网运行,常采用转子撬棒保护电路完成低电压穿越(LVRT)。DFIG的暂态特性与故障发生时刻和故障程度有关,传统固定阻值的撬棒电路很难保证不同故障下的LVRT。从时域角度推导了撬棒投入后的暂态转子电流表达式,并提出了基于动态调整转子撬棒阻值的DFIG的LVRT方案,制定了转子撬棒自适应控制策略及阻值整定方法。仿真分析了不同电压跌落深度下所提方案的LVRT特性。结果表明,所提方法不仅能够满足不同电压跌落深度下的转子电流和直流母线电压,而且降低了撬棒投入次数及时间。     

基于模糊切换的DFIG转子串联双动态电阻LVRT优化控制

针对双馈感应风力发电机(DFIG)转子串联单电阻不能满足高性能低电压穿越(LVRT)需求的问题,提出了基于模糊切换的DFIG转子串联双动态电阻LVRT优化控制策略.建立LVRT期间DFIG转子串联阻尼电阻的数学模型,剖析串联电阻对转子磁链、电流、电压及温度的影响机理.根据实际中不同电网电压跌落深度和转子电流大小的逻辑关...     

基于变结构准Z源的双馈风电机组强励变换器

当电网电压发生深度跌落时,需要风力发电系统不脱网且向电网提供动态无功支撑,采用传统励磁变换器的双馈风电机组往往需要通过外加装置才能实现这一要求.外加装置使系统变得复杂,可靠性和效率降低.针对这一问题,文中分析了双馈风电机组低电压穿越的瓶颈,提出了构建坚强励磁系统的思想,并设计了一种基于变结构准Z源的新型双馈风电机组强励变换器.将传统的电容型母线替换为准Z源网络,当电网正常时该变换器运行于可调电压的单电容型母线状态,当电网电压发生深度跌落时,该变换器可以迅速升高直流链电压,从而保证转子侧变换器在故障期间始终可控.搭建了双馈风电机组低电压穿越仿真与实验系统,仿真与实验结果表明所提强励变换器拓扑具有良好的稳态与动态性能,在电压深度跌落时能够有效控制转子电流,实现双馈风电机组的低电压穿越和无功支撑.     

双馈风力发电系统的低压穿越运行与控制

根据紧急电网规程要求,风电场须具备外部电压故障下不间断运行能力,即电网故障时风电机组应能保持与电网连接并向系统不间断供电。由于双馈感应发电机（DFIG）励磁变换器容量有限,电网故障时会产生转子过电流和变换器直流环节过电压,须实行保护和控制。讨论了外部电压骤降下DFIG风电系统的低压穿越控制策略和保护方案,并对一台1．5Mw商用DFIG风电系统进行了仿真研究。结果表明快速短接保护装置（Crowbar）的切除时刻和所用串联电阻大小对故障电网恢复和变换器保护有较大影响。配合Crowbar而采用串联电阻及改进网侧变换器控制策略的方式,可以实现DFIG成功穿越定子剩余电压为15％的电网骤降故障,且无需吸收大量无功功率,有利于电网的恢复。     

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.     

含STATCOM的双馈电机风电场无功电压协调控制策略

为增强风电场并网点电压稳定性,提出了变速恒频双馈风电场与动态无功补偿装置STATCOM间的无功电压协调控制策略。电网故障导致风电并网点不同深度的电压跌落时,根据双馈风机Crowbar保护投切状态,对DFIG风电机组转子侧及网侧变流器与STATCOM进行无功功率分配,协调控制促进风电场LVRT期间风电并网点电压的快速恢复。最后,在DIg SILENT/Power Factory仿真软件中建立了风电场和STATCOM控制模型,通过仿真验证该控制策略的有效性。