基于DIgSILENT的双馈风机低电压穿越特性分析

多次发生的大规模风电机组相继脱网事故严重影响集群风电并网消纳和电网安全. 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. 为研究风电机组与系统的交互影响,探讨了双馈风电机组撬棒保护电阻取值、投切控制策略,并分析了低电压情况下双馈风电机组DFIG的保护控制措施与系统动态特性之间的联系. 在DIgSILENT中搭建双馈风电场分析撬棒阻值不同对风机实现低电压穿越的影响,并研究了不同故障情况下双馈风机低电压穿越特性. 本文的研究结果可以为风电机组的并网运行和电网的稳定运行提供参考.     

双馈异步风力发电系统Crowbar保护研究

目前,基于双馈异步发电机（DFIG）的风力发电系统,已被当前的风电工业界所广泛接受。为了满足新的入网规程的要求,必须对电网电压跌落期间双馈异步发电机的低电压穿越能力进行研究。本文首先分析了电网电压跌落的情况下DFIG的瞬态特性．继而总结、评价了Crowbar保护电路的两种类型,最后指出了影响Crowbar电路保护效果的因素,以期对双馈异步风电系统的低电压保护方案的选择和实现做进一步的探索和研究。     

风电机组低电压穿越测试继电保护策略研究

为了提高电力系统的稳定性,电网要求风电机组具备低电压穿越能力。在测试风电机组低电压穿越能力时,为保证风电机组及电压跌落装置的安全,设计了一套包括反时限过流保护、电流速断保护、低/过压保护、低/过频保护以及差动保护等5个保护模块的继电保护系统,并在风电机组低电压穿越仿真测试平台上进行了验证。结果表明,所设计的继电保护系统可以保证系统故障时可靠动作,低电压穿越测试时不会误动作,能够躲过风电机组起动时的尖峰电流,起到保护电压跌落装置的作用。     

基于Crowbar电路的双馈风电机组低电压穿越能力

针对传统控制策略的双馈风电机组的低电压穿越能力非常有限,不能满足我国电网运行条例中关于低电压穿越能力的要求．通过在转子侧增加撬棒(Crowbar)电路,在不改善控制策略的情况下,对Crowbar电路提高双馈风电机组的低电压穿越能力进行理论分析,并利用综合稳定程序(PSASP)对没有加装Crowbar电路和加装了Crowbar电路的双馈风电机组进行仿真比对.结果表明,Crowbar电路可以提高双馈风电机组的低电压穿越能力．利用风电机组低电压穿越试验装置在某地进行了现场试验,进一步证明了加装Crowbar电路不仅在理论上可以提高DFIG的低电压穿越能力,在实际应用中也是完全可行的方法．     

直驱永磁风电机组低电压穿越的一种控制策略

为提高并网直驱永磁风电机组低电压穿越运行能力,提出一种适用于双PWM变换器并网的永磁直驱风电机组低电压穿越运行的电机侧及电网侧变换器协调控制策略。电网电压跌落时,根据输入电网的电磁功率的变化控制电机侧变换器来限制发电机的电磁功率以平衡输入直流侧电容的功率,稳定直流侧电压;根据电网电压跌落深度控制电网侧变换器,提供一定的无功电流,有利于电网电压稳定与恢复,提高风电机组的低电压穿越能力。仿真结果表明,所提控制方案无需硬件装置,能有效实现永磁直驱风电机组的低电压穿越运行。     

基于可变阻尼器的双馈风电机组故障穿越控制策略

为了解决双馈风电机组(doubly-fed induction generator wind power generation system,DFIG-WPGS)在连接点电网电压发生跌落故障时的转子过电流、改善DFIG-WPGS的故障穿越(fault-ride-through,FRT)性能等问题,提出了应用于DFIG-WPGS的可变阻尼器(based on variable damper,BVD)的控制方法。该控制方法采用基于虚拟撬棒电阻电感的负反馈控制,在DFIG转子侧引入的虚拟撬棒电阻与故障时电网电压跌落程度相关,且虚拟撬棒电阻的取值控制在合理的取值范围之内;BVD控制方法通过在DFIG转子电流控制环引入阻尼器,限制故障状态下DFIG的转子过电流,且对故障过程中的转子电流进行有效控制。连接点电网电压发生深度跌落故障时DFIG-WPGS的FRT仿真结果显示:在连接点电网电压深度跌落故障发生时刻,BVD控制方法的交流励磁电源直流侧电压的泵升幅度比矢量控制方法的更小,BVD控制方法的DFIG转子过电流幅值更小,而且故障期间转子电流的幅值比矢量控制方法的更大,更利于DFIG的功率控制;实验结果进一步验证了BVD控制方法的有效性。在改善DFIGWPGS的FRT性能过程中,基于可变阻尼器的控制方法不仅可以有效抑制交流励磁电源的直流侧过电压、抑制DFIG转子过电流,而且可以有效控制故障过程中DFIG的输出功率,该方法在风电场具有一定的工程实践使用价值。     

直驱风电系统低电压运行特性研究

针对永磁直驱风电系统,分析了机侧和网侧变流器的控制策略。为增强风电系统低电压穿越的能力,提出一种网侧变流器运行于无功优先输出模式的控制策略。在电网电压跌落时,风电机组可依据国网公司并网技术规范要求的电网的无功电流需求以及电网电压的跌落深度迅速向电网提供无功支撑,提升电网电压。仿真结果表明该控制策略可有效提高永磁直驱风电系统的低电压穿越能力。     

Crowbar_DFIG在电压骤升情况时的应对策略研究

针对电网电压骤升时造成转子侧过电流和直流母线过电压的问题,利用商业化的双馈感应发电机(DFIG)配备的Crowbar和Chopper电路,使风电机组具有高电压穿越的能力.本文分析了电网电压骤升引起的DFIG风电机组的电磁暂态过程,采用转子电流和直流母线电压滞环比较器来控制Crowbar电路和直流侧chopper电路的投入,通过消耗多余能量来保护励磁变频器.仿真结果验证了该方法抑制转子侧过电流、直流母线过电压及电磁转矩振荡方面的可行性和有效性,提高了DFIG风电机组运行的可靠性.     

基于Crowbar保护动作分群的风电场无功控制策略

针对双馈感应发电机(doubly-fed Induction generator,DFIG)组成的风电场,提出一种基于Crowbar动作分群的风电场无功控制策略。通过分析Crowbar保护动作期间DFIG的低电压穿越(low voltage ride-through,LVRT)特性,改进了DFIG网侧变流器的控制,并仿真验证该控制策略的有效性。在充分考虑Crowbar保护动作对风电场LVRT能力影响的基础上,采用一种基于电压跌落临界值的方法,对Crowbar保护动作情况进行预判断并同调分群,并针对不同机群的不同运行特性,分别采用低电压穿越控制和基于Crowbar保护动作分群的无功控制策略,仿真验证了该控制策略能有效提高风电场的LVRT能力。     

电网电压对称跌落下Z源永磁直驱风电系统的 运行与控制研究

在Z源风力发电系统中,当电网电压发生对称跌落时,会导致Z源网络电容电压上升和交流侧过电流,严重威胁风电机组和变流器的安全,破坏系统的稳定运行。针对这一问题,提出一种适用于Z源永磁直驱发电系统在电网电压对称跌落情况下的故障穿越策略。详细分析了Z源永磁直驱系统的工作原理,建立了Z源逆变器的数学模型。在电网电压正常情况下,运用Z源电容电压外环控制和电流内环控制的双闭环控制策略,实现Z源风力发电系统的单位功率因数并网运行;在电网电压发生三相对称跌落的情况下,分析功率流动情况,将耗能crowbar电路并联在Z源网络输入端,以实现系统的低电压穿越,从而保持恒定的Z源电容电压和稳定的交流侧电流。最后,在Matlab/Simulink中搭建模型进行系统仿真,仿真结果验证了所提方法的有效性。     

基于径向基神经网络的双馈风力发电机低电压穿越控制研究

根据风力机能量转化机理及风电机组运行状态,建立了双馈感应发电机(DFIG)完整的5阶数学模型,分析了其电流控制方案,提出了一种基于径向基(RBF)神经网络辨识的PI控制器自适应控制算法.利用RBF神经网络进行在线辨识,并根据被控对象的Jacobian信息在线调整PI控制器参数,以改善系统的动态响应特性和提高系统的低电压穿越(LVRT)能力.通过构建系统的Simulink仿真模型进行仿真.结果表明,该控制算法有效地抑制了由电压跌落引起的电流震荡,缩短了系统的故障恢复时间,增加了系统的自适应性和鲁棒性,从而提高了系统的低电压穿越(LVRT)能力.     

基于PSCAD的变速恒频双馈风电系统动态模型仿真

为了建立双馈风电系统的动态仿真模型,根据abc-dq坐标变换得到了同步坐标系下双馈电机定、转子解耦数学模型,采用定子侧电压定向矢量控制,转子测定子磁链定向矢量技术,并引入滞环控制环节,研究了风速变化和电网电压跌落情况下双馈风电机组的运行特点.利用PSCAD软件建立了双馈风力发电机组的模型并进行仿真分析,结果表明,通过矢量控制可以改善系统的低电压穿越能力,验证了该控制方案和仿真模型的正确性和有效性.     

三相光伏低电压穿越的正负序分离优化控制

为提高光伏并网发电系统的低电压穿越能力,基于光伏并网系统拓扑结构建立了光伏并网系统数学模型.采用瞬时对称分量法将不对称故障转化成对称故障,确定出电压跌落深度和正序电流参考值.通过对不对称故障和对称故障情况下的各电气量进行比较分析,建立了低电压穿越的正负序分离优化控制.结果表明:该控制策略在电网发生不对称故障时,并网逆变器的输出无功功率随着电网电压跌落深度增加而增大,有利于恢复并网点电压.     

基于滑模和扩张状态观测器对双馈风机低电压穿越的控制研究

为满足双馈式风电机组具有低电压穿越的能力,确保双馈式风电机组在电网电压跌落时不会脱网,并持续向电网提供无功。本文提出采用积分滑动模态控制策略和扩张状态观测器来改善和提高双馈式风电机组的低电压穿越能力。在指数趋近律下,通过积分滑动模态控制与双馈式风电机组模型进行结合,形成系统的控制策略。利用扩张状态观测器对系统状态量进行跟踪并估计扰动。通过仿真实验证实该策略的可行性。     

电压跌落故障半实物模拟方法研究

为了在光伏电站、风电机组、虚拟同步机等低电压穿越测试过程中精确模拟电网各种电压跌落故障,提出频域内故障电压目标相量的直接合成方法,搭建基于MicroLabBox实时仿真单元和物理变流装置的半实物实时仿真平台。针对电力系统中典型电压跌落故障(包含三相对称故障和三相不对称故障),在MicroLabBox中利用故障电压特征相量合成三相故障电压调制信号,经AC/DC/AC两级PWM变流电路生成故障电压,避免了应用对称分量法的分解与合成运算过程,大大降低了控制算法运算量。实验结果表明,该半实物模拟平台可生成各种类型的故障电压,跌落深度、故障起止时间设置灵活,动态响应速度快。     

永磁直驱型风电机组两类故障的穿越技术

为了提高永磁直驱型风电机组的并网性能,分析永磁直驱型风电机组的基本结构,讨论应用于永磁直驱型风电机组的各种低电压穿越技术,变桨距控制,增加功率开关器件的额定容量,网侧加装辅助变流器,STATCOM运行模式控制,不同位置加装撬棒Crowbar耗能元件,加装超级电容器,储能电池或超级电容器与储能电池组合,连接点出现事故性不对称故障时,改进网侧变流器的控制策略,配合撬棒Crowbar保护电路控制机组的功率平衡,实现不对称故障穿越。文中分析的各种故障穿越技术为后续永磁直驱型风电机组并网能力的提高有一定的理论指导。     

Crowbar电路在低电压穿越技术中的研究

电力系统风电并网中,风机需要具备低电压穿越性能,即电网电压波动时风机可以不脱离运行并向电网回馈能量,通过对三电平整流器的SVPWM的控制算法、二极管钳位型三电平变流器和电网跌落对风电变流器的影响三方面的研究,针对大功率直驱变流器提出一种基于耗能型的Crowbar电路,相比于传统保护电路和控制策略,所提出的方案增加了制动单元,并设计了其中开关管的控制方法,来实现低电压穿越的能力,并通过1.5MW的直驱风电机组及并网变流器构成并网系统验证设计的合理性.     

几种风力发电机组低电压穿越技术分析

近年来风力发电占电力系统比重增长迅速.在电网出现故障导致电压跌落后,风力机组如果纷纷解列会带来系统暂态不稳定,并可能造成局部甚至是系统全面瘫痪,故人们开始关注风机并网并相应提出了低电压穿越(LVRT)要求.文中以北方某风电场中安装的双馈异步风力发电机(DFIG)和直驱永磁风力发电机(PMSG)两种机型为实例,在分析了二者实现低电压穿越功能原理的同时,利用电力系统仿真分析软件PSASP对两种机型的低电压穿越能力进行仿真,并根据仿真结果给出两种机型实际工作中的低电压穿越能力的最低电压限值.最后通过对比,分析两种机型各自低电压穿越能力的优越性.     

提高DFIG低电压穿越能力的改进控制策略

双馈感应发电机(doubly fed induction generator, DFIG)并网处发生短路故障时,基于传统crowbar技术的DFIG低电压穿越能力较低,须从电网吸收大量的无功功率,机端电压难以恢复。针对这一技术弊端,提出一种改进的综合控制策略:首先在原有crowbar技术的基础上引入直流卸荷电路(DC-chopper),在故障时能够抑制直流母线过电压和转子侧过电流;其次在转子侧变换器引入一个定子励磁电流的微分补偿项控制,以提升机组系统轴系机械应力。当电网发生严重故障时,改进的网侧变换器控制策略可将正常运行模式切换到无功支撑模式,从而补偿系统所需无功并为电网提供部分的无功功率。在PSCAD/EMTDC平台搭建DFIG并网的仿真模型,其仿真结果表明,在不同电压跌落程度下,提出的控制策略均能提高DFIG的低电压穿越能力。     

改进的双馈风电机组低电压穿越能力研究

针对风电机组低电压穿越能力的要求,在分析Crowbar电路和串联制动电阻(SDBR)保护原理的基础上,提出利用两种方式结合的方法来改善双馈风电机组的低电压穿越能力。利用Matlab/Simulink仿真平台建立基于双馈风力发电机的风电系统仿真模型,并将仿真结果同不加任何保护装置的风电系统各参数进行对比。结果表明,改进的保护措施能有效保护风电机组,提高机组的低电压穿越能力。