基于撬棒保护的双馈风力发电机组低电压穿越控制策略研究

随着风力发电机组装机容量不断增大,在电网中的渗透率不断提高,电力系统在电网故障导致电压骤降时,对风力发电机组能够不间断运行的能力(低电压穿越能力)提出了更高的要求。文章依据辽宁电力有限公司电力科学研究院风力发电机组低电压穿越抽检测试结果,利用德国电力系统仿真软件DIgSILENT/Power Fac-tory搭建了双馈风力发电机组,提出基于撬棒保护(crowbar protection)的控制策略以实现双馈风力发电机组低电压穿越功能,并通过仿真实验验证电网故障情况下双馈风力发电机组的不间断运行能力,将仿真结果与现场实际测试结果进行比较,验证风力发电机组的控制策略及模型的准确性。     

基于Crowbar保护的双馈感应发电机组的低电压穿越研究

分析了双馈感应发电机组在电网电压跌落时Crowbar阻值变化对电网的影响。根据双馈感应发电机(Doubly-FedInduction Generator,DFIG)的数学模型,推导出在发电机机端发生对称故障时,定子、转子电流的表达式,通过故障期间的最大转子电流,给出Crowbar阻值估算值。在EPSCAD/EMTDC软件中仿真分析不同的Crowbar阻值对系统的影响,验证公式推导的正确性,并通过仿真试验确定合理的Crowbar切除出时间。     

变阻值Crowbar电路及其在提高双馈式风电机组低电压穿越能力中的应用

双馈风力发电机的低电压穿越能力较差,Crowbar技术是提高双馈风力发电机低电压穿越能力的有效手段。分析了DFIG机端短路时Crowbar阻值对转子电流和暂态过程的影响,指出传统Crowbar电路采用固定的阻值,无法兼顾低电压穿越过程中各阶段对该阻值的不同要求。为此提出了一种变阻值Crowbar的电路,采用这种电路只要控制脉宽就可以改变Crowbar电路的等效电阻,在电网发生地电压故障后,可以根据保护过程不同阶段的特点及时调整Crowbar电路电阻,提高双馈风力发电机的低电压穿越能力。为了验证调整效果对新设计的Crowbar电路的调整效果进行了仿真。仿真结果表明,变阻值Crowbar能够通过控制脉宽实现对Crowbar等效电阻的有效控制。     

一种新型的风电场低电压穿越时撬棒电路设计与阻值选定

针对传统撬棒电路（Crowbar）在风电场低电压穿越时给电网带来无功负担问题,提出了一种新型的Crowbar保护电路,介绍了新型Crowbar的设计与阻值选定,并在PSCAD环境下搭建双馈式感应发电机（DFIG）模型,分析比较了无Crowbar保护电路、带有传统Crowbar保护电路和新型Crowbar保护电路时DFIG在电网电压跌落情况下的动态特性。结果表明,新型的Crowbar在有效保护风电场的同时减少了电网的无功负担,有效地弥补了传统Crowbar带来的电网无功负担。     

双馈感应异步风力发电机组的低电压穿越要求及技术分析

随着风电机组装机容量的持续高速增加,大规模风电场的建设,各个国家(地区)的电网对风电场的要求日趋严格。本文依据国内外的风电场接入电网规则,对风电场接入电网的低电压穿越(Low Voltage Ride Though,LVRT)要求做了详细介绍,并对目前风机主流机型双馈感应异步风力发电机组(Doubly-Fed Induction Generator,DGIG)的LVRT主要技术进行了综合分析与对比,最后对各技术进行改进并对该问题提出今后的研究方向。     

双馈变速风电机组低电压穿越控制

当系统中风电装机容量比例较大时,系统故障导致电压跌落后,风电场切除会严重影响系统运行的稳定性,这就要求风电机组具有低电压穿越（Low Voltage Ride Through,LVRT）能力,保证系统发生故障后风电机组不间断并网运行。分析了双馈风电机组LVRT原理和基于转子撬棒保护（crow-bar protection）的LVRT控制策略,在电力系统仿真分析软件DIgSILENT/Power Factory中建立了双馈风电机组模型及其LVRT控制模型,以某地区风电系统为例进行仿真计算,分析转子撬棒投入与切除策略及动作时间对实现机组LVRT的影响。     

并网双馈风电机组低电压穿越能力研究

详细分析了双馈风电机组LVRT功能的实现原理,并在电力系统仿真分析软件PSASP中建立双馈风电机组的LVRT功能模型,采用地理接线图直观地表示风电场外部系统发生短路故障瞬间对风电机组端电压的影响．并以我国某地区电网为例来分析在风电场接入方式不同的情况下系统短路故障对风电机组的影响。根据仿真结果给出风电机组LVRT能力的最低电压限值要求。最后提出了利用串联制动电阻来提高风电机组的LVRT能力的新方法。分析结果表明,串联制动电阻能够可观地提高风电机组的低电压穿越能力。具有较高LVRT能力的风电机组。可以节省一定的投资费用,在一定程度上降低了风电的上网电价。     

一种改进的双馈感应发电机低电压穿越控制策略

为提高双馈感应发电机的低电压穿越能力,对转子侧换流器考虑了电网故障时定子磁链变化对有功、无功解耦的影响,并将反映电流耦合及定子磁链变化的附加量作为前馈分量加入电流指令值,对传统矢量控制策略进行了改进。对网侧换流器,提出一种考虑直流环节两侧功率不平衡及电网电压突变的改进控制策略。仿真验证了改进方案对转子过电压、过电流及直流母线电压波动均有很好的抑制作用,有效提高了双馈机的低电压穿越能力。     

双馈异步风机非线性低电压穿越控制策略研究北大核心CSCD

针对双馈风力发电机组对低电压穿越能力要求较高的问题,提出一种新型的内电势串级比例积分控制策略。控制器包括电压和功率两个串级控制回路,通过调节内电势dq轴分量,实现双馈风机有功、电压控制,进而完成对有功功率和无功功率的解耦。为提高双馈风机故障穿越能力,引入变增益功角补偿模块,实现故障过程中对功角的完全控制。仿真对比结果验证了该控制策略降低故障中双馈风机端电压跌落程度的有效性。     

计及无功补偿的双馈风机低电压穿越技术

为抑制风力发电的间歇性及波动性,需对风电并网系统低电压穿越技术的研究分析。另外,风电并网系统的无功调节性能也是研究的重点及热点。因此,提出一种计及无功补偿的双馈风机低电压穿越控制策略。首先针对传统撬棒的不足,提出了双模式切换的改进撬棒结构,可以减小撬棒投入期间从电网吸收的无功功率,同时更好地抑制转子过电流;其次针对低电压穿越的过程中无功补偿问题,提出了基于STATCOM的动态无功补偿,结合风机自身无功调节能力与改进Crowbar保护电路投切协同控制,促进双馈风电系统LVRT期间风电并网点电压的快速恢复和抑制转子侧过电流,改善双馈风机的低电压穿越性能。通过PSCAD/EMTDC进行仿真验证,结果证明了所提策略的有效性。     

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。     

至压两次跌落对双馈型风电机组的影响分析

对于电压跌落,存在电压连续两次跌落的现象。指出了电压会发生两次跌落的现象,分析了双馈型风电机组在电压跌落过程中定子磁链衰减变化现象。结果表明在电压发生第二次跌落时,应考虑定子磁链初始值的问题。通过现场试验结果,验证了未考虑定子磁链初始值,两次电压跌落的间隔时间不同对风电机组的影响。     

适合于变速恒频双馈感应发电机的Crowbar对比分析

电网运行新规则要求变速恒频双馈感应发电机在电网电压跌落的情况下仍与电网相连接，为做到这一点需要安装低压旁路系统。综合分析了低压带来的负面影响以及低压旁路的具体实现方法；对比了多种Crowbar电路各自的优缺点；最后介绍了变速恒频双馈发电机相关保护控制策略和新型旁路系统。     

考虑LVRT的双馈风电机组对电网频率的影响分析

为研究具备低电压穿越(LVRT)性能的双馈感应风力发电机(DFIG)对系统频率稳定性的影响,首先利用转子运动方程和等效导纳模型对故障穿越期间和故障恢复期间系统频率与风机馈入系统的有功功率之间的关系进行理论推导,建立含双馈风电机组的电网频率响应解析模型,在此基础上分析了低电压穿越特性对系统频率稳定性的影响;然后基于PSC...     

双馈感应风力发电系统低电压穿越控制

传统的双馈感应发电机(DFIG)矢量控制方案忽略了定子暂态磁通,导致当电网出现故障时控制性能恶化.为了提高电网故障下DFIG的不间断运行能力,将矢量控制与自抗扰控制器结合起来,利用扩张状态观测器估计出定子暂态磁通和电机参数误差对系统的影响并加以补偿.仿真结果表明该文提出的控制方法削弱了电网故障时DFIG的转子暂态电流峰值和电磁转矩波动,有效地保护了转子变频器和风力机机械结构,而且对电机参数误差具有鲁棒性.     

静止无功发生器在风电场电网故障时的作用研究

分析了双馈异步发电机（DFIG）在电网电压跌落时的暂态过程,通过人工接地短路试验测试了风电场升压站内110 kV母线电压和风机出口处电压、电流的故障波形。针对风电场在故障时存在的问题,对静止无功发生器（SVG）在提高DFIG低电压穿越能力中的作用进行了仿真,并通过现场试验对仿真的结论进行了验证。     

A robust power control strategy to enhance LVRT capability of grid‐connected DFIG‐based wind energy systems

This paper presents a new robust and effective control strategy to mitigate symmetrical voltage dips in a grid‐connected doubly fed induction generator (DFIG) wind energy conversion system without any additional hardware in the system. The aim is to control the power transmitted to the grid so as to keep the electrical and mechanical quantities above their threshold protection values during a voltage dip transient. To achieve this, the references of the powers are readjusted to adapt the wind energy conversion system to the fault conditions. Robust control strategies, combining the merits of sliding mode theory and fuzzy logic, are then proposed in this paper. These controllers are derived from the dynamic model of the DFIG considering the variations in the stator flux generated by the voltage drop. This approach is found to yield better performance than other control design methods which assume the flux in the stator to remain constant in amplitude. This control scheme is compliant with the fault‐ride‐through grid codes which require the wind turbine generator to remain connected during voltage dips. A series of simulation scenarios are carried out on a 3‐MW wind turbine system to demonstrate the effectiveness of the proposed control schemes under voltage dips and parameter uncertainty conditions.