双馈风电机组低电压穿越综合控制策略研究

针对双馈风电机组(DFIG)低电压穿越问题,为克服传统撬棒(Crowbar)电路保护的不足,以抑制故障期间转子电流并兼顾防止直流母线过电压为目的,提出一种“电阻串联电容撬棒保护电路+直流卸荷(Chopper)电路”的综合控制策略。建立在转子侧Crowbar电路电阻串联电容,在直流母线侧加入Chopper电路的改进双馈机组模型,给出Crowbar电路电阻值及串联的电容值的取值方法,并对其控制策略进行分析。在Matlab/Simulink仿真平台上搭建系统模型进行仿真验证,结果表明该低电压综合穿越策略能够有效提升双馈风电机组低电压穿越能力。     

基于Crowbar的双馈风力发电机LVRT仿真分析与实验研究

要保证双馈电机具有低电压穿越能力,关键是要限制转子过电流和直流母线过电压。提出了采用转子侧Crowbar保护电路和直流侧卸荷保护电路协调配合的保护方案。用转子侧保护电路来抑制转子过电流,直流侧卸荷保护电路来维持直流母线电压恒定。在此基础上用MATLAB/Simulink软件搭建了仿真模型,并从理论仿真和现场实验测试2个方面对该方法进行验证,仿真与实验结果表明,该方案可以提高DFIG低电压穿越能力。     

基于CROWBAR的双馈感应发电机低电压穿越的仿真研究

针对双馈感应发电机在低电压穿越过程中所遇到定子、转子过流的问题,笔者提出采用主动Crowbar保护电路作为转子过电流旁路通道,以抑制直流母线过电压.通过在PSCAD/EMTDC平台下搭建双馈感应发电机的仿真模型及对有无Crowbar电路的DFIG在三相短路条件下进行仿真,其结果证明,主动Crowbar电路能够有效实现双馈感应发电机在故障条件下的低电压穿越.     

双馈风电机组低电压穿越功能建模与仿真研究

随着风电并网规模的增大,双馈感应发电机必须具备低电压穿越能力。在依托风电并网导则对风电机组低电压穿越能力要求的基础上,在双馈风电机组转子侧加装Crowbar硬件保护电路、背靠背变流器,直流侧加装卸荷电路并配合风力机的桨距角控制以实现双馈风电机组的低电压穿越功能。     

新型永磁风电系统的低电压穿越性能研究

提出一种基于固态变压器的新型永磁风电并网系统,采用超级电容构建Crowbar电路实现低电压穿越功能,并网逆变器采用正负序电压定向控制策略。研究了超级电容工程模型的充放电特性,根据低电压穿越要求,计算出Crowbar电路中超级电容的容量,通过直流母线功率平衡要求在Crowbar电路控制中采用电压差检测的方法,控制超级电容的充放电。仿真结果表明,该系统在各种电压跌落情况下均能维持直流母线电压稳定,并网电流保持正弦。     

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。     

双馈型风力发电系统低电压穿越策略仿真

针对双馈风力发电机组的低电压穿越能力的问题,介绍了风力发电在电网电压跌落时的并网要求,分析了目前已有的各种应对策略,提出了一套应对电网电压跌落时的控制策略。对于电网严重短暂跌落,通过对转子电流和直流侧电压滞环比较来控制Active Crowbar和直流侧卸荷电路,以卸荷多余能量并保护变流器,并保持风电机组的并网。对于电网的长时间跌落,还进行电网电压闭环发送无功,以支持电网进行恢复。通过仿真模型验证了所提出的控制策略能很好地抑制转子侧电流和直流侧电压的上升,并对电网提供无功支持。     

应用撬棒电路的双馈型风力发电机低电压穿越分析

风电场规模已经变得越来越大,风电机组的解列会严重影响系统的稳定性,这就要求风电机组具有低电压穿越能力以应对电网电压跌落。由于DFIG的定子侧直接与电网相联,在电网电压突然跌落时,定转子中会出现很大的电压和电流,需采用Crowbar电路（撬棒电路）来旁路转子侧变流器。文中分析了Crowbar电路的控制原理,然后在理论分析的基础上进行了仿真,仿真结果验证了Crowbar电路能够帮助DFIG在故障期间实现低电压穿越,最后进一步分析了Crowbar电路投切时间的选取。     

双馈感应风力发电机实现LVRT仿真研究

在基于双馈电机的并网风力发电系统中,一般采用附加转子侧撬棒电路的方法来实现低电压过渡。当电网电压发生严重短暂跌落故障时,可以同时附加直流侧卸荷电路以更好地实现低电压穿越。为实现低电压运行,撬棒电阻值的选取至关重要。在考虑最大转子故障电流和直流母线钳位效应的双重因素下,给出了双馈式风电机组撬棒保护电阻取值约束式,并讨论了DFIG附加两种保护电路后具体的低电压穿越控制策略。对2MW DFIG风力发电系统进行仿真,结果表明,在选择合适的保护电阻基础上,通过对保护电路的合理控制,附加撬棒电路和直流侧卸荷电路可以有效帮助DFIG实现低电压穿越运行。     

一种新型的能量回馈型DFIG低电压穿越Crowbar拓扑

为了双馈感应风力发电机(DFIG)满足低电压穿越(LVRT)要求,同时降低硬件成本,提出了一种新型的能量回馈型撬棒电路(Crowbar Circuit)。新型电路将传统电路的直流侧通过一个合理设计的反馈回路,将Crowbar直流电压反馈嵌位到转子变流器的直流母线,降低了由于较长的转子电缆造成的传输线效应对Crowbar电路耐压的影响,并对反馈回路的特性进行了分析。在2MW双馈风力发电机组上进行了仿真和实验验证。仿真和实验表明,回馈型拓扑可以有效改善Crowbar电路电压余量,其具有较好的理论和工程应用价值。     

一种改进撬棒电路保护法在风电场LVRT中的应用

根据风电场并网必须具备低电压穿越的要求,对某风电场传统撬棒电路进行改进,并加入直流卸荷保护电路以提高风电场低电压穿越能力;首先研究了双馈感应发电机的暂态过程和转子侧故障电流表达式,进一步推出撬棒电阻值的选取范围,优化了撬棒及直流卸荷电路的触发脉冲信号;在Matlab/Simulink仿真软件中搭建风机并网模型,进行3种不同故障类型的仿真,结果证明了撬棒及卸荷电阻值选取的合理性和改进保护电路方法的优越性。     

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。     

双馈感应发电机Crowbar电路的投切控制策略优化研究

研究了Crowbar投入、退出时间对双馈感应风力发电机低电压穿越性能的影响,并在Matlab/Simulink仿真平台上搭建了含Crowbar保护电路的DFIG模型,验证了Crowbar投切时间对DFIG低电压穿越的影响,保证故障发生时,Crowbar电路按设定的投切时间工作,短路电流能根据电流的变化规律快速衰减,转子电阻电压不超过直流母线电压;采用阈值投入延时切出的方案,防止Crowbar保护在电网故障时多次投切。仿真结果表明,经过适当的延时切除Crowbar电路可以避免Crowbar电路多次动作和转子再次过电流,能很好地保护风电机组,提高其低电压穿越能力。结果显示,低电压穿越效果很大程度上受退出时间影响。     

应用STATCOM与Crowbar提高风电场低电压穿越能力

为满足并网风电机组在电网电压在一定范围内瞬间跌落时不脱网运行,通过分析DFIG电压跌落时的暂态过程,建立一种基于STATCOM和Crowbar的低电压穿越控制策略。STATCOM采用恒电压控制策略,适当地调节交流侧输出的幅值和相位,以提供满足系统电压稳定的无功功率;Crowbar电路的投切,对转子电流或直流侧电压滞环比较来控制,以卸荷多余能量并保护变流器,从而实现低电压穿越。最后,在PSCAD/EMTDC平台建立了DFIG的LVRT仿真模型,结果表明:该策略使DFIG在电压跌落较深情况下具备了低电压穿越能力。     

变桨距双馈风力发电系统低电压穿越控制

基于Crowbar电路的并网运行双馈风力发电系统(DFIG),在电网电压发生跌落期间,发电机定、转子绕组需要吸收大量无功功率并产生冲击电流。基于低电压故障期间DFIG系统的运行分析,建立了变桨距角控制模型,通过调节桨距角,抑制发电机转差率增大,降低系统无功吸收量。建立了Crowbar电路中串联电阻整定规则,合理选定电阻值可有效抑制发电机暂态电流幅值。PSCAD/EMTDC暂态仿真结果表明,在低电压故障期间,变桨距控制和Crowbar保护电路的协同作用,可有效降低系统无功功率吸收并抑制转子暂态电流幅值,从而提高了DFIG系统的低电压穿越能力。     

考虑Crowbar阻值和退出时间的双馈风电机组低电压穿越

在电网发生严重故障情况下,双馈风电机组多采用Crowbar保护电路以实现低电压穿越(LVRT),而Crowbar阻值和退出时间对LVRT效果有很大影响.文中从磁链角度推导给出了双馈感应发电机(DFIG)在并网运行情况下发生机端三相短路故障后的转子短路电流表达式及最大短路电流估算式,并给出了Crowbar阻值的整定方法.为了验证推导所得转子电流表达式的正确性,并分析Crowbar阻值与最大短路电流及其出现时间之间的关系和Crowbar阻值及退出时间对DFIG的LVRT效果的影响,针对1.5 MW DFIG进行了一系列仿真分析,结果表明:推导所得转子短路电流表达式及最大短路电流估算式比较准确;随着Crowlbar阻值的增大,最大转子电流逐渐减小,其出现时间在半同步周期内逐渐提前,但转子侧最大电压逐渐升高;在保证网侧变流器不过压的情况下,若Crowbar阻值在合理范围内偏大且Crowbar在故障切除前退出运行,则DFIG的LVRT效果更好.     

Crowbar保护电路参数选择对双馈风电系统低电压穿越的影响

在电网电压严重跌落故障下,通常采用转子侧增设Crowbar保护电路实现双馈风电系统低电压穿越(LVRT)运行,而不同的Crowbar退出时间和阻值对LVRT性能影响较大。针对双馈感应发电机(DFIG)系统机端三相短路故障,从磁链角度推导出转子侧暂态电流及其最大估算值,根据短路电流和直流母线耐受电压,给出Crowbar串联电阻值的整定范围。在MATLAB/Simulink平台进行仿真研究,结果表明,为防止电网电压恢复时Crowbar电路再次动作,可采取故障消除后切除Crowbar电路方案;在约束范围内,Crowbar电路阻值有利于暂态电流加速衰减,提高DFIG系统LVRT能力。     

基于暂态磁链补偿前馈的DFIG低穿强励直流灭磁方法

低电压穿越能力是双馈风电机组(DFIG)最重要的性能指标之一。网压跌落时,应用Crowbar电路使得转子变流器闭锁,转子电流处于暂态过程。针对采用Crowbar电路限制DFIG转子侧过电流和直流侧过电压存在的不足,论文提出一种基于转子电流源控制且电流指令一阶导数恒定的低压穿越强励直流灭磁控制策略,并给出灭磁电流归零的约束条件及转子暂态电流可控的必要条件,实现低压跌落过程及电压恢复过程电机直流磁链分量的强制衰减和灭磁过程后转子交流励磁电流的快速控制,显著降低了机组在低压穿越过程的无功消纳。仿真及实验结果验证了理论分析的正确性,为双馈风电系统的低压穿越提供了一种有效的控制方案。     

双馈风电机组低电压穿越特性的试验研究

低电压穿越能力正逐渐成为大型并网风电机组的必备功能之一,要求风电机组在电网电压跌落发生时保持并网,故障消除后快速恢复正常运行。在分析双馈机组电压跌落特性的基础上,采用了转子主动式Crowbar电路和直流侧卸荷电路相结合的方法来实现双馈风电机组的低电压穿越功能,讨论了具体的低电压穿越控制策略,通过仿真验证了电路结构和控制策略的正确性。在实验室10 kW双馈机组实验平台上,采用电压跌落发生器模拟电网电压跌落故障,进行了电网电压跌落至额定电压20%时不同持续时间的测试,证实了所采用的低电压穿越控制策略的有效性。     

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。