考虑LVRT能力的风电场联络线距离保护研究

具备低电压穿越(LVRT)能力的风电场能够在系统故障及电网电压跌落期间连续运行,因此,对具备LVRT能力的风电场联络线距离保护配置时,要综合考虑风电场LVRT时间。本文采用卸荷保护电路措施来提高永磁直驱风机(PMSG)的LVRT的能力,通过分析风电场LVRT与风机低电压保护动作时间配合关系,提出风电场联络线的距离保护时间配合的改进方案,最后仿真验证了提出方案的有效性和可行性。     

双馈风力发电系统网侧低电压穿越控制策略研究

电网电压跌落是电网常见的故障之一,其会为风电机组的安全持续运行和维持电网的稳定埋下极大的安全隐患。为了解决此问题,论文简述了风力发电机组网侧变流器实现低电压穿越的现实技术方案,分析了电网电压跌落时直流母线电压波动机理,改进了网侧变流器实现低电压穿越的技术方案—前馈控制策略。仿真表明,文中设计的改进方案相较传统方案能减小了直流母线电压的波动,能使系统迅速恢复稳态。     

Modified predictive control for both normal and LVRT operations of a Quasi-Z-Source Matrix Converter based WECS

A new Wind Energy Conversion System (WECS), a Permanent-Magnet Synchronous Generator (PMSG) fed by a Quasi-Z-Source Matrix Converter (qZSMC), is proposed. At the same time, the paper proposes a Modified Predictive Control (MPC) for both normal and Low Voltage Ride-Through (LVRT) operations of the proposed WECS. First, the qZSMC comprised of a Three-Phase Quasi-Z-Source Network (TPQZSN) and a Matrix Converter (MC) is analyzed in both time and frequency domains. The TPQZSN is modeled using state–space averaging method and its transfer functions are derived. The transfer functions are then analyzed using Bode plot, and eventually a guide to select the proper passive components of the qZSMC is rendered. A MPC is proposed to control grid-side quantities while the generator speed is controlled by shoot-through adjustment. Unlike the Traditional Predictive Control (TPC), the proposed MPC can be applied to z-source converters, while considerably reducing output current ripples. The proposed control system is further adapted to enhance LVRT capability of the proposed WECS. The performance of the proposed WECS is evaluated under both normal and abnormal working conditions, comparing it with the Traditional MC-based PMSG-WECS (TMC-WECS).     

一种低穿现场测试用的电压跌落发生器的研制

为了测试风力发电系统的低电压穿越能力,需要专门的电压跌落模拟装置。对国内外现有三类电压跌落发生器的研究进行了总结。变压器形式电压跌落发生器具有结构简单、可靠性高和成本低的优势。基于变压器形式研制的电压跌落发生器可以实现三相对称跌落、两相跌落和单相跌落。三种跌落方式均有五种跌落深度可选,比较适合于风机低穿功能的前期验证,为低电压穿越能力的正式测试打下基础。     

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。     

并网准则要求下的风电场设计和分析方法

随着风力发电比重的增加,电网对风电场并网的技术要求也越来越严格。为了确保规划的风电场满足电网的并网技术准则,并网运行风电场的方案必须根据并网技术准则的要求进行设计。对风电场并网准则的技术内容进行了分析,介绍了维斯塔斯公司根据并网准则进行风电场方案设计的方法。这些方法包括根据并网准则要求设计主回路;计算短路电流,检验方案的短路容量是否满足要求;通过潮流计算确定并网准则对无功补偿设备的容量要求;分析风电场在电网电压下降时的暂态行为,判断并网准则中的低电压穿越要求对方案的影响;给出了当规划的风电场不符合并网准则时应采取的解决措施,如采用无功补偿及相应的补偿设备和补偿量。文章最后给出了相应的算例分析。     

永磁直驱风电系统低电压运行特性的分析

通过构建永磁直驱风电系统的仿真模型,实现网侧变换器输出有功和无功功率的解耦控制,增加卸荷负载以提高其应对电压跌落等故障的穿越能力,对风电系统运行在单位功率因数、超前和滞后功率因数情况下的跌落特性进行了仿真分析,讨论了电压跌落期间风电系统对电网的无功支持.仿真结果表明,直驱式永磁同步电机风电系统具有较强的低电压穿越能力,可以安全运行在不同功率因数下,同时能在电网电压故障期间对系统提供一定的无功支持.     

考虑光伏动态特性的功角电压交互失稳机理分析

在大容量直流和高比例新能源集中接入电网的背景下,研究了考虑光伏动态特性影响的直流大功率扰动引发功角电压交互失稳问题。首先,从理论上推导了两机等值系统发电机转子运动方程和电动机负荷运动方程;然后,分析了直流大功率扰动引发功角和电压交互作用导致系统失稳的物理机理;最后,进一步分析了光伏低电压穿越期间不同有功/无功特性对系统稳定性的影响规律,通过吉泉直流实际系统算例进行了仿真验证。研究结果表明,两侧发电机功角拉开和负荷母线电压跌落(电动机电阻减小)形成恶性循环最终导致系统失稳,不同的光伏低电压穿越有功/无功特性对系统稳定性的影响需要通过理论结合仿真综合分析。     

新颖的双馈风力发电机灭磁控制策略

电网电压突变会引起双馈发电机输出功率波动和电磁转矩振动。造成这些电磁振荡的根本原因是定子绕组中产生的定子磁链暂态直流分量。本文详细分析了定子磁链暂态分量并推导出定子磁链和转子电流之间的数学表达式,在此基础上提出了一种新颖的双馈风力发电机定子磁链定向矢量控制的灭磁控制方法。仿真结果表明,所提出的灭磁控制方法可以在电网电压跌落程度较轻的情况下有效减小双馈发电机定子磁链中暂态直流分量的影响,提高双馈风电控制系统的稳定性,有利于实现风电机组的低电压穿越。     

统一潮流控制器在风电机组并网运行中的应用

大规模风电并网改变了原来电网的潮流分布、线路传输功率以及电网故障时的暂态特性。将统一潮流控制器(UPFC)应用于异步风电机组并网的环形输电网络模型中,研究UPFC改善风电并网的性能。通过设计UPFC并联侧的双闭环反馈控制,设置风电输出线路三相短路故障来研究UPFC提高风电场低电压穿越能力。再建立UPFC串联侧有功与无功的独立控制系统,向输电线路输出补偿电压,研究其优化风电并网系统的潮流分布能力。在Matlab/Simulink软件中建立模型,仿真结果表明基于UPFC强大的无功补偿能力与潮流控制能力,UPFC能够显著提高风电并网的低电压穿越能力和优化潮流分布。