改善双馈感应发电机无功特性的变阻值撬棒保护方案

撬棒保护的接入及其电阻值会改变低电压穿越期间双馈感应发电机(DFIG)的无功功率动态特性,由此将影响风电场周边区域电网电压稳定性。针对这一问题,详细分析不同电网电压跌落水平和低电压过渡不同时期撬棒保护接入对DFIG无功特性的影响机理及其变化规律。提出了一种改善机组无功特性的变阻值撬棒保护方案,制定了该方案的撬棒阻值整定方法及其投切控制策略,并进行仿真对比研究。仿真结果表明,相比以限流为目标的传统撬棒保护和以尽快恢复机组可控性的主动式撬棒保护,所提撬棒保护方案不仅能在故障持续期间缩短撬棒投入时间,减少撬棒投入期间DFIG吸收的无功功率,提升出口电压。同时也能最大限度降低故障切除时的DFIG无功振荡峰值,加速电网电压恢复,有助于系统区域电压稳定性的提升。     

基于撬棒保护的双馈风电机组动态特性分析

撬棒保护是双馈风电机组提高的低电压穿越能力的主要措施,它可以用来保护转子侧变流器,改善风机的动态特性,使其达到电网公司及运营商提出的并网要求。而撬棒保护的投切时间对双馈机的低电压穿越性能影响较大,通过瞬时故障分析初步得到了撬棒保护较理想退出时间。对于50%和20%两种不同的电压跌落程度并持续625ms的故障测试结果显示,当电压跌落至20%时,保护退出的理想时间要适当提前一个周波,即故障持续时间和故障的影响程度将对撬棒保护的控制策略产生影响。     

考虑相位跳变的双馈感应发电机转子电压动态特性

风电并网点低电压事件的电压相位跳变(PAJ)及跳变角度值会改变低电压穿越期间双馈感应发电机(DFIG)转子电压动态特性,进而影响保护性能。但现有DFIG故障特性研究中,对PAJ考虑不足。针对这一问题,基于DFIG动态模型,推导考虑PAJ的DFIG定子磁链和转子电压瞬时表达式;采用定子磁链和转子电压空间矢量图分解法,分析PAJ对定子磁链的作用机理,揭示了转子电压直流瞬态分量受PAJ的影响规律;详细研究不同PAJ值、电压幅值和持续时间下定子磁链和转子电压的矢量轨迹特征、振荡衰减特性及其叠加机制,并给出了不同恢复时刻下转子电压的最大、最小值。相应的1.5 MW DFIG仿真结果验证了所提理论分析和方法的正确性。最后,综合分析PAJ任意和约束条件对DFIG转子过压峰值影响规律,提出了一种计及相位补偿的改进励磁控制设计建议。     

双馈感应发电机暂态特性分析及Crowbar阻值优化

双馈感应发电机(DFIG)的暂态过程是研究其低电压穿越(LVRT)的基础和关键。常规研究大多只针对故障发生期间的电磁暂态过程,而未涉及故障清除这一过程,对DFIG的暂态过程分析不全面,导致对转子最大短路电流计算不准确,进而导致Crowbar阻值选取不合理。本文从DFIG数学模型出发,给出了电网电压对称跌落及电网电压恢复时的定子磁链暂态表达式,以转子侧等效电路为基础分析推导转子电流的解析表达式,并据此修正了Crowbar阻值。在PSCAD/EMTDC中建立1.5MW并网DFIG仿真模型,验证了理论分析推导的正确性;并揭示不同故障持续时间将导致电网电压恢复时DFIG不同的暂态过程,忽略故障清除时刻的暂态过程将导致Crowbar阻值选取过大,Crowbar阻值选取需同时考虑故障发生和清除时刻的暂态过程。     

不对称故障下双馈感应发电机转子电压分析

针对不对称故障引起的电压跌落,求解得出三种不对称故障期间转子感应电动势峰值,结合对转子侧变流器控制能力的分析揭示了转子侧过流的根本原因。以转子侧变流器的最大控制电压为准则,推导出三种不对称故障的低电压穿越域。采用PSCAD搭建带有撬棒保护Crowbar的双馈风电机组暂态模型,仿真结果验证了所提出的低电压穿越域的正确性。     

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。     

双馈风力发电机组撬棒电路保护技术的研究

当电力系统电压出现跌落时,大容量风电场的切出会影响系统运行的稳定性,这就要求风电机组具备低电压穿越(LVRT)能力,以保证系统出现电压跌落时风电机组不间断并网运行.此处根据双馈风电机组LVRT原理对转子撬棒保护电路的控制策略及其投切时刻的整定进行了研究,推导出撬棒电阻的取值范围,对影响撬棒电路保护效果的各种因素进行了分...     

基于Crowbar保护的双馈感应发电机暂态特性与参数设计

双馈风力发电系统中,Crowbar(撬棒)仍是实现低电压穿越的常用方案之一,传统的分析方法忽略了定、转子磁链间的耦合,会带来较大的分析误差并遗漏一些暂态特性。从双馈感应发电机的数学模型出发,通过分析端口电压发生对称跌落、投入Crowbar后双馈感应发电机的暂态过程,推导出了定子磁链、定子电流、转子电流的解析表达式,并在表达式的基础上分析了各暂态量的幅值和变化规律等特性。在MATLAB/Simulink中建立了双馈感应发电机的仿真模型,结果证明了表达式的准确性。从复杂的数学表达式中抽离出Crowbar阻值与暂态特性的关系,分析了不同的Crowbar阻值对于故障期间系统的功率、电磁转矩的影响,并结合转子电流峰值计算及直流母线电压钳位效应的限制,给出了一种Crowbar电阻取值方案,该方案将有助于实际工程中选取合适的Crowbar参数。     

电网故障下基于撬棒保护的双馈风电机组短路电流分析

首先分析了撬棒接入后双馈感应发电机(DFIG)定、转子磁链的全响应,进而给出了适用于对称/不对称电网电压跌落故障情况的DFIG短路电流时域解析表达式.在此基础上,提出了一种新型的电阻串联电容式撬棒结构,并给出了其中电容值的选取方法.较之传统的电阻式撬棒,该撬棒能够更为有效地抑制DFIG的转子浪涌电流并改善故障期间DFIG定子端的有功、无功功率外特性.最后,基于1.5 MW的DFIG风电系统仿真模型和3 kW实验平台分别对短路电流解析分析的正确性以及电阻串联电容式撬棒结构的有效性进行了仿真和实验验证.     

电网电压对称跌落下的双馈感应风力发电机磁链有源衰减控制

双馈感应发电机定子与电网直接相连,容易受到电网扰动的影响甚至造成故障停机。电机参数决定了系统具有欠阻尼特性,在电网电压扰动下的磁链暂态振荡时间较长,不利于低电压穿越期间实现快速无功补偿。本文基于双馈感应发电机定转子磁链4阶状态方程,通过求解系统特征根的方法重点分析了定子暂态磁链的衰减速率及其影响因素,提出了一种转子侧变流器磁链有源衰减的改进控制策略,合理控制转子电流加快暂态磁链衰减并消除磁链振荡。仿真和实验结果说明改进控制策略对暂态磁链衰减和降低转子过电压和过电流的良好效果,验证了理论分析的正确性和改进控制策略的有效性。     

Short Circuit Current Calculation Method of Doubly-Fed Induction Generator with Crowbar Protection Based on Flux Transient Characteristics

With the wide application of doubly-fed induction generator (DFIG), accurate calculation and analysis of the short circuit currents of DFIG with crowbar protection has become very important key to realizing the low voltage ride through (LVRT) capability of DFIG and establishing the corresponding grid protection scheme. In view of this, a method to calculate the short circuit currents of DFIG with crowbar protection when different types of fault occur in the grid is proposed in this paper. First, the DFIG stator and rotor 2nd-order differential equations in the cases of grid symmetrical fault and asymmetrical fault are established respectively. And the short circuit current calculation model when crowbar resistance remains unchanged in the fault duration is obtained. On this basis, the short circuit current calculation model when crowbar resistance varies in the fault duration is derived. And then, the influence of crowbar resistance and DFIG rotor speed on the short circuit current calculation model is analyzed, including the variation pattern of flux eigenvalues with the crowbar resistance, and the variation feature of flux amplitude and phase angle with the rotor speed. Besides, the transient variation characteristics of different flux components are studied. Finally, time-domain simulation tests verify that the proposed calculation method is correct and applicable to different types of crowbar circuits in the market. Besides, the influence of crowbar resistance and DFIG rotor speed on the stator short circuit current peak, peak time and current frequency in different fault cases is revealed.     

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.     

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.     

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。     

考虑定子侧暂态过程的双馈感应发电机转子电流解耦控制

转子侧变流器过载能力是制约双馈感应发电机(DFIG)低电压耐受能力的主要瓶颈,合理的转子电流控制策略是DFIG安全度过电压跌落与恢复期暂态过程的保障.为改善转子电流的动态特性,以DFIG的5阶模型为基础,研究了考虑定子侧磁链暂态的转子电流解耦控制模型,通过前馈补偿环节消除定子磁链暂态对转子电流动态的不利影响,提出了DFIG转子侧变流器控制参数的设计方法.仿真结果表明,提出的控制策略可使转子电流快速跟踪参考值的变化并抑制过电流,改善了DFIG对电网电压波动的耐受能力,验证了该解耦控制模型的正确性和有效性,为DFIG转子电流动态响应特性的参数化设计提供了依据.     

双馈风力发电机低电压穿越控制策略量化评价

近年来风电发展迅速,低电压穿越(LVRT)能力是衡量其暂态运行能力的关键指标。已有学者对提高双馈风力发电机(DFIG)的LVRT能力进行了大量研究,然而针对不同的LVRT控制策略缺乏定量的评价标准。针对DFIG,利用局部输入—输出稳定理论,以外部电压变化为扰动,提出了DFIG的LVRT控制策略定量评价标准。首先,基于局部输入—输出稳定理论的积分—积分估计形式,结合DFIG实际运行要求以及不同控制策略在持续电压干扰下的响应,分析了各个控制策略的局部输入—输出稳定属性。然后,考虑到利用线性函数估计输入—输出增益保守性较大,采用了分段线性函数,并设计了相应算法。最后,基于量化的局部输入—输出稳定属性,提出了定量评价指标,分析了不同控制策略的优劣,并给出了具体改进方案。算例测试证实了改进方案能够在无附加硬件时,充分利用不同控制策略的优势。