电网对称故障时双馈感应发电机低电压穿越控制

分析电网对称故障时,双馈感应风力发电机定子磁链变化过程、导致定转子过电流的原因、电网故障发生具体时刻及故障程度对双馈感应发电机定转子的影响,提出一种双馈感应风力发电机转子侧变换器低电压穿越控制策略,改善了双馈感应发电机在电网故障时定、转子过电流的情况,实现了双馈感应发电机在电网对称故障时的低电压穿越.在理论分析基础上,建立双馈感应发电机转子侧变换器低电压穿越控制模型和3 kW双馈感应发电机励磁变换器低电压穿越控制实验系统.实验结果表明,所提出的双馈感应发电机低电压穿越控制策略动态响应快、方法行之有效.     

采用串联网侧变换器的DFIG风电系统低电压穿越控制

双馈感应发电机(DFIG)因其对电网故障的敏感性,其低电压穿越运行控制技术备受关注.文中针对定子侧加装串联网侧变换器的新型DFIG风电系统,详细研究了其低电压穿越运行特性,提出了一种适用于新拓扑下发电系统的运行控制方案:通过控制串联网侧变换器抑制定子磁链暂态直流分量及电网电压负序分量对发电机转子侧的不良影响;通过控制转子侧变换器进一步限制故障时发电机的定、转子电流,从而实现发电系统的低电压穿越运行.仿真结果表明:采用所提出的控制方案,可实现电网故障时DFIG风电系统的零电压穿越运行;采用新拓扑的DFIG风电系统具有优良的电网对称及非对称短路故障穿越能力.     

电网对称故障下基于active crowbar双馈发电机控制

随着风力发电规模和风电机组单机容量不断增大,要求大型风电机组具有低电压穿越能力,因此需要研究三相对称故障下双馈风力发电机控制方法.在电网电压突然跌落时,由于双馈发电机中的电磁耦合关系,在定转子中感应出过电压过电流,为保护转子侧变换器,需要通过crowbar来短路双馈发电机的转子.针对传统的passive crowbar的不足,采用active crowbar电路的控制方法.当电网故障造成双馈发电机转子过流时,开启active crowbar电路来旁路转子侧变换器.当转子电流下降到一定程度时断开crowbar,转子侧变换器恢复工作,此时双馈电机可以向电网同时提供有功无功支持.理论分析的基础上进行了仿真研究.仿真结果证实了采用active crowbar可以有效地实现双馈风力发电机的低电压穿越.     

鼠笼型全功率风电变换器控制策略研究与实验

全功率风电机组的发电机定子侧通过双PWM变换器接入电网,相比双馈型发电机组具有更好的抗电网电压波动能力.在低电压穿越过程中发电机和机侧变换器几乎不受电网电压变化的影响,因此低电压穿越控制策略相对双馈型发电机组而言较简单,且更易于实现.机组并网输入有功功率和无功功率控制主要在网侧变换器中实现,无功功率调节简单方便,可实现...     

基于变结构准Z源的双馈风电机组强励变换器

当电网电压发生深度跌落时,需要风力发电系统不脱网且向电网提供动态无功支撑,采用传统励磁变换器的双馈风电机组往往需要通过外加装置才能实现这一要求.外加装置使系统变得复杂,可靠性和效率降低.针对这一问题,文中分析了双馈风电机组低电压穿越的瓶颈,提出了构建坚强励磁系统的思想,并设计了一种基于变结构准Z源的新型双馈风电机组强励变换器.将传统的电容型母线替换为准Z源网络,当电网正常时该变换器运行于可调电压的单电容型母线状态,当电网电压发生深度跌落时,该变换器可以迅速升高直流链电压,从而保证转子侧变换器在故障期间始终可控.搭建了双馈风电机组低电压穿越仿真与实验系统,仿真与实验结果表明所提强励变换器拓扑具有良好的稳态与动态性能,在电压深度跌落时能够有效控制转子电流,实现双馈风电机组的低电压穿越和无功支撑.     

电网电压跌落下双馈风力发电系统强励控制

为增强电网故障下双馈风力发电系统(DFIG)的低电压穿越(LVRT)运行能力,提出一种DFIG转子侧变换器(RSC)强励控制策略。在基于定子磁链定向的矢量控制策略中增加多频比例谐振控制器(MFPR),当电网故障造成发电机定子电压跌落时,多频比例谐振控制器能够对转子侧变换器(RSC)的输出励磁电压进行补偿,抑制转子故障电流,实现DFIG的低电压穿越运行。分析了转子电压等级与DFIG的低电压穿越运行区间的关系,为DFIG转子侧变换器的电压等级设计标准提供了参考依据。控制系统结构简单,保证了系统的响应速度,可同时对电网对称跌落和不对称跌落产生的故障电流进行抑制。通过对1.5 MW双馈风力发电机组进行仿真研究,验证了理论分析的正确性和所提控制策略的可行性。     

改善基于双馈感应发电机的并网风电场暂态电压稳定性研究

提出了改善基于双馈感应发电机的并网风电场暂态电压稳定性的措施以实现风电场的低电压穿越(low voltage ride through, LVRT)功能。目前，大部分基于双馈感应发电机的变速风电机组不具有故障情况下的暂态电压支持能力，当电网侧发生严重短路故障时，风电场的暂态电压稳定能力会影响到电网安全稳定。该文在DIgSILENT/PowerFactory中建立了具有暂态电压支持能力的变速风电机组转子侧变频器控制模型及用于故障后稳定控制的桨距角控制模型，通过包含风电场的电力系统仿真计算验证了模型的有效性及其对风电机组和电网暂态电压稳定性的贡献。仿真结果表明，当电网侧发生三相短路故障时，风电机组转子侧变频器暂态电压控制能够控制风电机组发出无功功率支持电网电压；桨距角控制能有效降低变速风电机组机械转矩，避免出现风电机组超速及电压失稳。得出结论：采用变频器暂态电压控制及桨距角控制能够改善基于双馈感应发电机的并网风电场的暂态电压稳定性，确保风电机组低电压穿越(LVRT)功能的实现及电网安全稳定。     

双馈风电机组低电压穿越参考功率优化整定

在综合双馈风电机组已有低电压穿越方法的基础上,提出一种双馈风电机组低电压穿越参考功率优化整定方法。在详细分析电压跌落引发crowbar保护动作后的双馈风电机组机电暂态过程的基础上,根据转子运动方程,推导了电压跌落持续期间双馈感应发电机不发生超速脱网的条件,给出了双馈感应发电机参考功率的整定计算公式。基于PSCAD/EMTDC V4.2.0仿真软件,搭建了某型号1.5 MW双馈风电机组的低电压穿越仿真模型。仿真结果表明,在电压跌落持续期间,所提出的参考功率整定方法既能减轻双馈感应发电机转速增加程度,又能使双馈感应发电机向电网发出一定无功功率,进而验证了所提方法的有效性。     

双馈风电机组低电压穿越非线性变结构控制策略研究

提出一种基于精确线性化变结构控制的双馈感应风力发电机(DFIG)的低电压穿越控制器设计方法。建立了DFIG在同步旋转dq坐标系下的非线性数学模型,在此模型基础上,采用精确线性化将原非线性系统模型转化为线性系统模型。应用变结构控制原理设计DFIG的发电机转子侧及电网侧变流器的控制器,同时通过PI控制以稳定直流侧电容电压。最后,利用MATLAB仿真软件搭建了6×1.5 MW的DFIG系统仿真模型,仿真结果表明,所设计的控制器能够在电压跌落后抑制转子过电流以及直流母线过电压现象,实现了DFIG的低电压穿越。     

采用串联网侧变换器的双馈风电系统不对称高电压穿越控制研究

在分析电网电压不对称骤升时双馈感应发电机暂态特性的基础上,从最大限度吸收电网无功功率角度出发,提出适用于采用串联网侧变换器的双馈风力发电系统的不对称高电压穿越控制策略,并对该系统的可控能力进行分析。所提控制策略在电网电压故障期间,通过控制串联网侧变换器维持定子电压恒定,并实现定子磁链暂态直流分量的抑制。通过控制并联网侧变换器维持直流母线电压恒定,同时利用变流器电流裕量实现对系统总输出有功或无功功率波动的抑制。通过控制机侧变换器实现双馈风电系统的功率解耦控制,并在变流器过流能力有限的约束条件下,最大限度吸收无功功率以实现对故障电网的暂态无功支持。仿真结果表明,所提控制策略既可有效实现双馈风电系统的不对称高电压穿越,同时也可增强所并电网的运行稳定性。     

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。     

双馈感应风力发电机故障穿越特性及其控制

风电场低电压穿越能力对接入系统的暂态稳定性有着重要影响。分析双馈感应风力发电机的励磁控制原理,在此基础上研究风电机组基于电流解耦的矢量控制策略以及故障期间转子侧变流器Crowbar(撬棒)滞环保护方案和网侧变流器的电压支撑技术。运用PSCAD/EMTDC仿真工具研究常规同步发电机和双馈风力发电机2种类型机组在短时间和长时间短路故障时的暂态响应特性,并探讨变流器参数对风电机组性能的影响。结果表明:变流器紧急应对措施可以使风机迅速恢复控制能力,从而通过灵活地调节其转子磁链矢量的幅值和相角使电压快速重建;此外,选择合适的直流侧电容容量将增强不对称故障情况下网侧变流器抵抗负序电流的能力。     

基于舒茨—基布逊法的双馈风机直流侧电压抑制

针对双馈风机故障期间直流侧母线过压的问题,提出一种利用舒茨—基布逊法抑制直流电压的控制方法。首先,建立双馈感应发电机网侧变流器模型,利用小信号法探究了直流侧电压不稳定的机理。在建立网侧变流器状态空间模型的基础上,利用舒茨—基布逊法构建李雅普诺夫函数,得到了基于李雅普诺夫稳定判据的网侧变流器非线性状态反馈器。仿真结果表明所提方法可在电网电压故障期间抑制直流侧电压的振荡,提高双馈风机的故障穿越能力。     

双馈风力发电系统在电网三相短路故障下的响应与保护

为了研究双馈感应风力发电机组的低电压穿越以及故障保护技术,根据双馈风力发电系统的数学模型采用数学解析的方法详细地分析了双馈感应发电机和变换器在三相电网短路故障时的动态响应特性;推导出了三相电网短路故障时双馈发电机的故障电流最大值及其发生时刻;并在此基础上,研究了双馈风力发电机的转子保护电路的具体设计方法及计算依据。     

IGBT型Crowbar保护电路仿真研究

采用Crowbar保护电路可以极大地提高双馈式风电系统的低电压穿越能力(LVRT)。建立了双馈风力发电机(DFIG)的数学模型,对IGBT型Crowbar保护电路关键参数—卸能电阻最优值范围进行研究。并通过MATLAB/Simulink搭建了变速恒频DFIG风力发电系统模型,仿真表明当电网电压大幅度跌落时采取Crowbar保护电路的必要性。     

电网电压跌落下无刷双馈发电机低电压穿越控制

电网电压跌落的瞬间,风力发电机定子和转子产生冲击电压和冲击电流,对电网安全造成影响。为实现无刷双馈风力发电机低电压穿越,保证风电机组在电网电压跌落下不间断运行,对电网电压跌落下无刷双馈发电机定子电压和电流进行暂态分析,搭建了无刷双馈发电机在功率绕组静止坐标系下的数学模型,推导并分析了电网电压跌落瞬间其功率绕组磁链、控制绕组电压动态变化过程,并提出一种积分滑模直接功率控制与故障穿越控制相结合的控制策略,完成无刷双馈发电机低电压穿越控制。通过MATLAB/Simulink和半实物仿真试验平台进行验证,仿真和试验结果证明所推导功率绕组磁链和控制绕组电压动态变化过程的正确性及控制策略的有效性,该控制策略有效抑制了定子控制绕组侧电压和电流畸变,提高了无刷双馈发电机的低电压穿越性能。     

双馈型风力发电机低电压穿越仿真分析

针对双馈型风力发电机在低电压穿越过程中所遇到的定转子过流问题,采用主动撬棒电路旁路转子侧变流器解决,在M atlab/S im u link中建立了模型并进行了仿真分析,仿真结果验证了主动撬棒电路能够有效实现双馈型风力发电机在三相对称故障条件下的低电压穿越,并分析了撬棒电阻的选取,得出选取较大的撬棒电阻更有利于电网的恢复的结论。     

网压非对称条件下双馈风电系统的PS-VS及NS-VR综合控制分析

当前诸多文献研究了电网电压对称跌落状态下双馈风力发电系统的穿越控制策略,但是电网发生非对称跌落的概率约占网压跌落事件数的80％。该文提出一种电网电压非对称条件下的双馈系统优化动态综合控制策略。分别建立了正序电压支撑（positive sequence voltage support,PS．vs）及负序电压抑SO（negative sequence voltage restrain,NS-VR）的控制模型,并且在变流器的输出电压中将正序电压控制分量与负序电压控制分量给予合成。此控制策略实现了电网电压不对称故障条件下风电场电网公共接入点电压质量的显著提升。论文研究了根据电网电压跌落幅度对PS．VS子功能与NS—VR子功能的容量分配算法。通过Matlab／Simulink对PS．VS控制及NS．VR控制的综合控制仿真结果表明,该控制策略实现了风电场电网电压非对称状态下双馈风力发电系统并网条件的明显提升。     

Impact of VSC faults on dynamic performance and low voltage ride through of DFIG

A doubly-fed induction generator’s (DFIG’s) sensitivity to external faults has motivated researchers to investigate the impact of various grid disturbances, such as voltage sags and short circuit faults, on its low-voltage ride-through (LVRT) capability. However, no attention has been paid to the impact of internal faults in voltage source converters (VSCs), that interface a DFIG with the grid, on the dynamic performance of the machine. This paper investigates the impacts of various VSC faults, on the dynamic performance and LVRT capability of a DFIG. Faults such as open and short circuit within VSC switches and across the DC-link capacitor are considered in this paper. The impact of internal VSC faults when they occur within the grid side converter (GSC) and rotor side converter (RSC) is investigated. Compliance of the voltage profiles of a DFIG with the LVRTs specified in the recent grid codes of the USA, Spain, Mexico, Denmark, Ireland, Germany, Quebec and the UK are examined for the faults studied. The simulation results show that these faults should be considered in designs of protection systems aimed at avoiding any catastrophic failure of the converter switches or wind turbine.