直驱永磁同步风电机组的三相短路故障特性

以直驱永磁同步风力发电机组为研究对象,重点研究采用不可控整流结构变频器的逆变环节,建立了包括永磁同步电机在内的传动系统、变频器等环节的数学模型和相应的传递函数关系。在Matlab／Simulink环境下搭建了完整的直驱永磁同步风力发电机组与电网的仿真模型,对三相对称短路故障情况下风力发电机组的运行特性进行了全面研究,研...     

静止同步补偿器在风电场的应用研究

建立了恒速异步风电机组和静止同步补偿器(STATCOM)的数学模型,使用Matlab中的动态仿真工具Simulink建立风力发电机组和STATCOM的仿真模型。以包含风电场的单机无穷大电力系统为例进行仿真分析,验证了STATCOM对风电场暂态电压稳定性的贡献。研究结果表明:风速小扰动和三相短路的大扰动故障时,STAT-COM能够有效帮助恒速异步风电机组在故障后恢复机端电压,从而改善风电场的暂态电压稳定性,确保风电机组连续运行。     

在动态仿真中风电场模型的简化

分别针对异步风力发电机组风电场和双馈风力发电机组风电场,研究在动态仿真中风电场模型的简化.以风力机和发电机具有相同或相近运行点为风电场动态模型简化原则,依据尾流效应影响对风电场进行区域划分,将风力发电机组合并简化,建立风电场整体简化模型.针对风力发电机组类型和风速变化、电力系统短路的动态过程,通过仿真对比详细模型和不同程度的简化模型,验证各种简化模型的适用性,提出在动态仿真中风电场简化模型的应用建议.     

电网电压故障下直驱型风力发电机组运行特性仿真分析

为保障风电大规模接入条件下电力系统的高效稳定运行,电网故障对风力发电机组的影响及相应故障穿越控制策略的研究逐步成为国内外研究热点。在研究直驱型永磁同步风力发电机组数学解析算法的基础上,运用PSCAD仿真平台建立了直驱型永磁风力发电机组仿真模型,并对直驱型风力发电机组在电网电压跌落和骤升工况下的暂态特性进行了仿真研究。     

风电场联络线短路电流特性的研究

为了对包含双馈感应风力发电机风电场的联络线保护进行研究,有必要对联络线发生故障时的短路电流特性进行分析。对于联络线对称短路故障,利用双馈风力发电机定、转子磁链的暂态变化机理,推导了双馈风力发电机组在联络线远端和近端故障情况下的定子暂态电流解析表达式。对于不对称短路故障,通过利用对称分量法和双馈感应风力发电机简化正负序等效电路,定性地分析了联络线发生不对称故障时的短路电流特性。仿真结果表明含双馈感应风力发电机的风电场联络线短路电流特性与常规电力系统短路电流特性有明显差别。     

异步风力发电机组小干扰稳定性机理

传统的电力系统稳定性分析的定义与分类主要是针对同步发电系统的动态。采用物理过程分析与特征模态分析相结合的方法,由简入繁的思路,逐步对笼型异步发电机、笼型异步风力发电机组及双馈异步风力发电机组的小干扰稳定性进行了探讨。分析结果表明,笼型异步风力发电机组的小干扰稳定性是由同转速相关的非振荡模式决定的,而双馈异步风力发电机组则是由同转子暂态电势及转子侧变频器控制器相关的振荡模式决定的。尽管主导模式不同,但电压降低是导致其特征值穿越虚轴的共同主因,因此,认为异步风力发电机组的小干扰稳定性从物理机理上讲属于电力系统电压稳定性范畴。     

异步风力发电机组小干扰稳定性机理

传统的电力系统稳定性分析的定义与分类主要是针对同步发电系统的动态.采用物理过程分析与特征模态分析相结合的方法,由简入繁的思路,逐步对笼型异步发电机、笼型异步风力发电机组及双馈异步风力发电机组的小干扰稳定性进行了探讨.分析结果表明,笼型异步风力发电机组的小干扰稳定性是由同转速相关的非振荡模式决定的,而双馈异步风力发电机组则是由同转子暂态电势及转子侧变频器控制器相关的振荡模式决定的.尽管主导模式不同,但电压降低是导致其特征值穿越虚轴的共同主因,因此,认为异步风力发电机组的小干扰稳定性从物理机理上讲属于电力系统电压稳定性范畴.     

双馈风力发电机组对电力系统稳定性的影响

随着双馈感应风力发电机组(doubly-fed induction generators,DFIG)装机容量在电力系统中所占比重的不断增加,其与电力网络之间的相互影响日渐增大。采用DIgSILENT软件包对含有DFIG的电力系统的暂态稳定性进行了研究,并从Crowbar保护控制与电力网络之间相互影响的角度探讨了DFIG的Crowbar投切策略。首先研究了单台DFIG的稳定性,然后以IEEE 30节点系统为例分析了在系统的同一节点分别接入DFIG型风电场和同步发电机组时系统的暂态稳定性;最后,从电力系统功角稳定性角度研究了Crowbar的最佳退出时间。结果表明,含DFIG型风电场的电力系统因短路电流降低使得继电保护范围缩小。     

双馈风力发电机三相短路电流分析

为了研究双馈风力发电机组的低电压穿越控制问题,分析了双馈风力发电机定子端三相短路时短路电流的产生机理,给出了双馈风力发电机在空载同步转速条件下的定转子短路电流的近似解析表达式.在此基础上,根据双馈风力发电机内部的电磁关系,分析了发电机故障前不同转速、输出有功功率及无功功率等运行状态对双馈发电机短路电流的影响.在理论分析的基础上,建立了3 MW双馈风力发电机的模型,对发电机定子端三相短路故障状态进行了仿真研究.仿真结果表明:通过定转子短路电流的近似解析表达式和发电机故障前的初始状态可以有效对双馈发电机短路电流进行定性分析,为进一步研究双馈风力发电机的低电压穿越能力提供了理论依据.     

直驱永磁风力发电机并入10kV配电网的研究

建立直驱永磁风力发电机的变流器模型及其控制策略,并接入10 kV配电网运行。通过对比并网出口和并网点上、下游的接地故障,探讨了风力发电机组并网对配电网继电保护的影响。同时,在配电网发生电压跌落的情况下,讨论了含全功率变频器的直驱永磁风力发电机组运行特性。结果表明,短路时,直驱永磁风力发电机组能提供稳定短路电流,并且对并网点下游短路电流有助增作用,对上游短路电流的影响较小;电压跌落时,机组能够很好地隔离故障,并且对电网有一定的无功支撑。     

风力发电机组对称短路特性分析

在电力系统分析软件DIgSILENT/Power Factory中建立风电机组及电力系统模型,包括固定转速风电机组和双馈变速风电机组。设置靠近风电场的三相对称短路故障,对风电机组对称短路特性进行理论与仿真分析,比较了不同类型风电机组与相同容量同步发电机组的短路电流波形。以某区域电网为例计算了风电场接入前后其附近母线短路电流,计算风电场接入后使得短路电流增加的百分数,以确定风电场对系统短路电流的贡献。理论分析和仿真结果表明,风电场对并网点附近节点的短路电流有较大影响,在选择风电场附近的电气设备以及对其进行热稳定性校核时,需要考虑风电场对系统短路电流的贡献。     

具有低电压穿越能力的风电接入电力系统继电保护的配合

具备低电压穿越能力的风电机组要求在一定的故障条件下不脱网,需要相关继电保护与之配合。详细分析了风电场送出线以外输电系统元件故障、风电场送出线故障、风电场内部电网故障以及风电机组本体故障情况下,输电系统保护以及风电场内部保护应有的配合关系。进一步分析了当前集中式接入风电场的继电保护配置,指出风电机组保护及变流器保护选择性不强,在风电场内部保护或系统保护动作切除故障之前,风电机组已经脱网,而且将风电网等同于单侧电源的配电网,没有考虑风电机组对短路的贡献。最后分析了单风电机组本体保护、风电场主变保护、风电场送出线保护需要进行的改进,以保证低电压穿越能力的发挥,并指出各保护需要注意的问题。     

风电场故障特性仿真研究

在DIgSILENT/Power Factory中构建了含风电场的电力系统仿真模型,对由恒速异步风电机组和双馈异步风电机组构成的风电场的故障特性及其影响因素进行了仿真研究,对比分析了不同类型的风电机组与相同容量的同步机组的故障特性的异同。仿真和分析结果表明：不同类型的风电场在系统故障时提供的短路电流不同,并远小于相同容量的同步机组所提供的短路电流,因此可以在短路电流过大的地点建设相同容量的风电场而不是传统的火电厂;在含风电场的配电网中,要考虑风电场对继电保护的影响,在风电接入系统的可研阶段不能简单将风电场视为相同容量的同步机组进行研究。     

大容量风电场接入后电网电压稳定性的计算分析与控制策略

由于风电场容量较大,并位于电网末端,可能会对电网的电压稳定性产生较大的影响。为保证风电场投入后的安全,按大干扰下风功率的转换特性及异步发电机的运行特性建立了风电场与相关电网的数学模型,计算了风电场与相关电网发生短路故障后的电压稳定性。通过数值仿真计算,揭示了风电场接入导致电网电压稳定性被破坏的机理,指出机组转速是影响风力机和异步发电机这两个能量转换器工作特性的关键参数,控制风电场内风机的速度增量是保持大容量风电场接入后电压稳定性的关键,靠近故障点的风电单元容量、故障点位置和故障持续时间是影响短路后电压稳定性的主要因素,并提出了大容量风电场接入后保证电网电压稳定性的策略与措施。     

基于双馈风机短路特性的风电场集电线路继电保护整定方法研究

目前的定值整定工作中往往将风电场作为负荷或常规电源进行分析计算,已经导致了多起事故,因此深入研究风电场的故障特征以及对系统继电保护的影响显得非常重要。首先,在双馈风机短路等值参数模型的基础上,研究了风机短路特性对集电线路保护的影响和集电线路继电保护整定值整定方法。其次,充分考虑了风机短路故障电流的影响,并提出了一套完整的集电线路系统继电保护定值整定方法。该方法分析了三相短路和两相短路的短路电流,提出了集电线路相间过电流保护和汇集线接地故障的零序电流保护的整定原则和计算过程。该策略避免了风机发生故障时产生的过电流对下游集电线路继电保护装置造成冲击和误动,目前已经在实际风电场得到了应用,验证了该方法的有效性。     

计及阻容式撬棒的混合型风电场协同控制及故障特性分析

为解决混合型风电场低穿措施复杂难以协同及低穿后故障特性难以分析的问题,提出双馈风电机组应用阻容式撬棒以改善低电压穿越期间混合型风电场的频偏及无功特性。首先建立双馈风电机组群与永磁直驱风力发电机组群模型,通过分群聚合等效的方法建立混合型风电场简化等效模型。在此基础上,分析计及阻容撬棒的混合型风电场故障期间各类型风电机组的无功调节能力及调节特性。据此制定混合型风电场的无功协同控制策略以优化低电压穿越期间无功输出能力,分析采用协同控制策略后混合型风电场的短路特性,并对短路电流进行解析。最后基于PSCAD/EMTDC仿真软件建立了混合型风电场仿真模型,对协同策略的有效性及故障电流表达式的正确性进行仿真验证。     

风电接入对继电保护的影响综述

对国内外风电接入后对电网继电保护的影响问题进行了综述。分析了不同类型风电机组的故障特征、短路电流特性以及影响风电场短路电流的因素。分别论述了风电接入对送出变压器、送出线路以及配电网继电保护的影响。基于风电接入系统继电保护的性能,总结了风电接入系统继电保护存在的不协调问题及相应的解决方案。建议后续研究应基于风电场的低电压穿越特性加强风电系统故障特性研究,重视风电场自动控制系统和电网继电保护与安全自动装置的配合,研究机组保护与风电场保护、系统保护之间的协调配合,全面解决风电系统继电保护面临的问题。     

风电场接入系统继电保护配置方案研究

针对目前风电场接入系统的继电保护设计方案中普遍将风电场作为负荷端的问题,首先介绍风力发电机自身配置的多种保护,根据风电场人工短路试验数据及风电场送出线路实际故障数据。结合国内外学者对风力发电机研究的理论成果,分析了风电场接人系统后对电网继电保护产生的影响,提出了风电场接人系统升压变电站、送出线路的继电保护配置方案。     

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。     

风电系统故障特征分析

故障特征分析是继电保护研究的基础,文中旨在通过风电机组的受控特性并结合电力电子器件的特点,揭示风电电源对电网故障响应的电气量特征,为现阶段研究含风电系统的继电保护奠定基础。文中首先从风电机组的结构出发,分析了影响风电电源故障特征的因素;然后通过对风电机组受控特性分析,并结合单台风电机组低电压穿越测试数据,给出风电电源受控下的故障特征;最后通过风电场电磁暂态仿真模型下的故障数据和现场故障录波数据,验证了所给出的一般故障特征。研究结果表明,风电电源在控制作用下和在电力电子自身特点限制下,具有弱馈、谐波、频率偏移和电源阻抗不稳定等特征。