基于Crowbar的双馈风机LVRT特性研究

文章从变流器、风电机组安全和风力发电系统快速平稳恢复稳定角度出发,讨论了Crowbar电阻和Crowbar电路投入运行持续时间选取原则,搭建了双馈风电机组低电压穿越仿真模型,模拟了电网电压跌落故障情况下,不同Crowbar阻值对低电压穿越功能的影响,从电网故障期间是否考虑双馈风电机组无功功率补偿能力方面,研究了Crowbar电路投入运行持续时间对低电压穿越功能的影响。仿真结果表明,合理的Crowbar电阻取值和投入运行持续时间可以提高双馈风电机组的低电压穿越能力,有利于风力发电系统快速平稳地恢复稳定。     

双馈风力发电机低电压穿越技术研究综述

随着风电机组穿透功率的不断升高,系统的安全运行需要风电机组具备低电压穿越(LVRT)能力。本文对目前广泛采用的变速恒频双馈发电机(DFIG)的低电压穿越能力研究现状进行了综述,分析了电网电压跌落时机组各主要参数的暂态特性,提到了故障后机组运行的控制策略,以及在系统中加装耗能元件或储能元件的解决办法,提出了当风电与系统解裂后系统如何应对的几点建议,并对目前存在的问题和其未来的发展方向进行展望。     

基于PSCAD的双馈风电机组低压穿越控制策略

随着风电机组装机容量的不断增加,风电场并网规范对风电机组的运行要求越来越严格,要求具有外部电网故障下不脱网运行（低压穿越）的能力.为了研究双馈风电机组（DFIG）在低压穿越控制策略的优化方面提供有效的动态仿真与分析平台,并克服Matlab/Simulink仿真环境下所建模型在动态性能方面存在的不足,采用PSCAD仿真软件建立了双馈风电系统的动态仿真模型.通过分析电网对称故障时DFIG的暂态特性,并对转子电流与定子磁链的关系分析得出涉及定子磁链动态过程的改进矢量控制方案,配合转子侧Crowbar保护电路,并对网侧变流器进行有功和无功功率的解耦控制,从而使得电网对称故障时转子过电流、直流母线电压和转矩剧烈波动的情况得到了解决.     

变速恒频双馈风电机组低电压穿越计算机控制方法研究

为了提高变速恒频双馈风电机组低电压穿越能力,改善故障穿越后机组的稳定性,提出一种新的变速恒频双馈风电机组低电压穿越计算机控制方法。介绍了变速恒频双馈风电机组模型,其主要包括直流侧电容、机测变流器、网测变流器和变速恒频双馈机。在电压骤降程度较小的情况下,通过励磁方法实现低电压穿越计算机控制。在电压骤降程度较严重的情况下,通过转子侧Crowbar电路与直流侧Crowbar电路实现低电压穿越计算机控制。实验分析了电压骤降较小和较严重情况下控制方法的控制结果,以及变速恒频双馈风电机组低电压穿越性能,结果表明所提方法控制性能高。     

双馈风力发电机故障穿越能力研究

在不对称电网故障下,为提高双馈风力发电机(DFIG)三相不平衡故障穿越能力,采用甘肃河西电网的实时数据,对双馈风力发电机发生不对称故障下穿越能力进行研究.在发电机出口串联采用改进控制策略的DVR,辅助DFIG风电机组实现故障穿越.为提高检测精度,首先,通过锁相环与pqr变换检测方法结合对电压跌落检测系统加以改进,为克服不平衡故障下负序分量对网侧和机侧的影响,在检测系统中加入基于对称分量法的正负序解耦算法;其次,利用四个PID控制器将参考电压的值与通过检测系统的结果值进行比较,分别调节每一相序,注入无功功率到电网中,保证待恢复的双馈风力发电机端口电压可以达到额定值,转速恒定,进一步保证系统的稳定运行.仿真结果验证了该方法的正确性.     

基于Crowbar的DFIG低电压穿越控制方法研究

针对双馈风力发电机(DFIG)在电网故障期间面临的脱网问题,研究基于Crowbar电路的低电压穿越控制方法。首先,在分析电网电压跌落过程中DFIG暂态特性的基础上,对Crowbar电路进行阻值整定,得到最优的Crowbar阻值范围;其次,根据电网电压跌落状况下DFIG的暂态响应特性,提出了相应的Crowbar电路投切控制方法;最后,在MATLAB/Simulink上对双馈风电系统低电压穿越问题进行仿真研究。仿真结果证明了采取Crowbar电路的必要性与所提出的控制策略的可行性。     

双馈风力发电机低电压穿越无功支持能力研究

从电网的友好性出发,分析了双馈发电机(DFIG)的运行状态、无功能力、以及无功功率极限,从无功支持的角度研究了双馈风力发电机组的低电压穿越(LVRT)能力。重点研究当电网电压发生跌落时,DFIG在各种运行状态下向电网提供无功功率的能力,根据仿真数据作出了具体的分析和判断,从一个全新的角度研究了风力发电系统的低电压穿越能力和电网的稳定能力。     

基于超级电容的永磁同步风力发电机不对称故障穿越方法

风电系统与电网之间的相互影响越来越大,需要并网风电机组具有故障穿越能力来保证电网安全运行。为了提高永磁同步风力发电机组(PMSG)在不对称电网故障下的穿越能力,提出了一种基于超级电容储能的PMSG风电机组的故障穿越方法。该方法采用双向直流变换器将超级电容器组连接在交直交变流器的直流母线上,通过对超级电容的吞吐功率进行控制,限制了故障情况下交直交变流器直流侧电压上升,并降低了不对称故障引起的直流母线电压2倍工频纹波。同时在网侧换流器的控制中采用电网负序电压前馈的方法,消除并网电流负序分量。结合低电压穿越标准,对超级电容的容量选取进行了讨论,并建立了超级电容器及其功率变换电路的数学模型,设计了超级电容储能系统的控制器。采用Matlab软件,对1 MW机组的仿真结果表明,所提出的不对称故障穿越方法,可同时减小并网电流负序分量和直流母线电压的2倍工频纹波,提高了机组不对称故障穿越能力,验证了文中提出的故障穿越策略的有效性。     

基于可调整电阻Crowbar电路的双馈风电机组低电压穿越方法

针对传统固定阻值Crowbar保护电路很难共同抑制转子电流和直流母线电压的升高这一缺陷提出了一种基于可调整Crowbar电阻阻值的双馈风力发电机组低电压穿越方案,建立了可调整阻值的控制策略以及Crowbar阻值的标定方法;采用PSCAD/EMTDC平台,搭建DFIG及电网故障的动态仿真模型,仿真分析了电网对称短路故障期间所提方案的低电压穿越特性;结果表明:可调整电阻Crowbar方案低电压穿越的效果较好,可实现抑制转子电流的升高以及稳定直流母线电压的目的。     

电网电压骤升时双馈发电机电磁暂态特性分析

双馈感应发电机在电网电压跌落时的电磁暂态特性已经过大量的理论研究,并提出了多种控制策略,而电网电压骤升下双馈发电机的电磁暂态特性研究却较少。为研究电网电压骤升对双馈发电机的电磁暂态的影响及相应的控制策略,文章对比分析了电网电压骤升和跌落时,双馈发电机的定子磁链、转子感应电动势和转子电流的稳态分量和暂态分量的变化规律。在MATLAB/Simulink中建立1.5 MW双馈风电机组高电压穿越仿真模型,验证了理论分析的结果。提出电网电压骤升时,双馈发电机不易出现转子过流,因而可不需Crowbar电路的保护。并且相对电网电压跌落故障,电网电压骤升时,电网电压幅值变化较小,转子侧变换器不易出现过调制。     

基于动态阻抗补偿的双馈式风力发电机低电压穿越新策略

低电压穿越(LVRT)能力是限制双馈式风力发电机(DFIG)大规模并网运行的瓶颈问题。电网电压跌落时保持定子端电压稳定是解决LVRT的根本所在。提出一种动态阻抗补偿机端电压的新策略,当检测到电网电压下降时,流经快速调节后动态阻抗的电流迫使DFIG机端电压升高,确保定子端电压处于可控范围之内。通过单相等值电路分析了LVRT过程中电机内部各量的变化,证明了机端电压补偿策略的可行性,并给出动态电阻的实现电路。最后通过仿真验证了该补偿策略下电机内部响应均符合低电压穿越要求。     

双馈风电机组在电网对称故障下低压穿越仿真

以双馈式风力发电机（DFIG）为主体的大型风力发电机组在电网中所占的比例快速提高,为了确保风电接入电力系统运行的可靠性、安全性与稳定性,电力系统对并网风力发电机在电网故障,特别是电网电压骤降故障下的低压运行能力提出了更高的要求。文中介绍了电网对称故障时DFIG的暂态特性,通过对转子电流与定子磁链的关系分析得出优化转子侧变换器控制策略的方案,通过配合改进网侧变流器控制方法为DFIG在电网电压跌落期间提供了一个稳定的直流母线电压,从而使电网对称故障时的定转子过电流和直流母线侧过电压的情况得到解决。在研究模型的基础上,通过改变转子侧和网侧变换器控制策略的Matlab模型进行仿真实验,结果表明该方案对于对称电压跌落故障时的LVRT有一定的可行性。     

双馈风电场柔性高压直流输电并网控制策略

针对双馈风力发电机风电场VSC-HVDC的系统接入方式提出了一个控制方案,保障电力系统在波动的风电穿透率下的安全和稳定运行,对整个系统的动态模型分别进行了描述,基于矢量控制系统和虚拟电压坐标定向,对WFVSC稳态的电压控制模块和引入了d-q电流的交叉乘积项的暂态电压控制模块分别进行了设计,用来控制风电场电压的相应部分,同时,考虑交流侧和直流侧的参数变化以及外部扰动,提出了基于Lyapunov稳定性判据的GSVSC改进backstepping控制方案,这两个控制方案构成了本研究所提出的新的控制设计,此外,为验证所提控制方案的性能,假设了3种不同的仿真案例,包含交流和直流侧的参数变化,外部扰动如本地负荷的切入切出,电网电压谐波,通过MATLAB/Simulink软件模拟1台200MW机组VSC-HVDC并网运行验证,证明了该方案能够提高系统性能,并在文中做了进一步说明。     

应用STATCOM的DFIG风力发电机低电压穿越能力分析

针对 DFIG（double fed induction generator）风电机组低电压穿越能力（LVRT,low voltage ride through）问题,笔者基于 STATCOM 研究了一种电压外环与电流内环相结合的双闭环反馈控制策略,并仿真验证了所提出方法的有效性。将 STATCOM 分别安装风电机组机端、并网点高压侧和低压侧,且设置不同电压跌落深度,比较其补偿效果。实验结果表明,安装在风电机组机端时补偿效果最好。在电网电压跌落时,STATCOM 能快速为电网输入无功,抬高风力机的机端电压,从而提高风电场的 LVRT 能力,从 STATCOM 输出无功大小和风电场机端电压被抬升的比例两方面分析,对于不同深度的电压跌落,STATCOM 补偿效果都较为显著。     

变速恒频双馈风力发电系统的励磁电源

给出了变速恒频双馈风力发电系统中交流励磁电源的控制方案.在基于电网电压定向的基础上,分别对转子侧变换器和网侧变换器进行了研究.分析了双馈电机数学模型,并对空载并网控制策略进行了设计,实现了系统在变风速条件下无冲击电流并网.采用直接电流控制对网侧变换器进行控制,并实现了能量双向流动,功率因数可调,使双馈风力发电系统能运行在次同步和超同步两种状态下.实验结果证实了理论分析的正确性和控制策略的有效性.     

基于超导磁储能的变速恒频风力发电机励磁系统

提出了一种新的基于超导磁储能系统的变速恒频风力发电机励磁系统,通过斩波器把超导磁体引入到双馈感应发电机(DFIG)的励磁系统中。利用超导磁体的高效储能和快速响应特性,在DFIG变速恒频运行过程中,超导磁体可以根据不同的控制目标对系统进行功率补偿,有效地提高DFIG并网风力发电系统的运行性能,提高系统运行的稳定性。在MatlabSimulink环境下,通过仿真分析验证了该系统的基本运行特性,仿真结果说明该系统有良好的动态响应特性。     

含变速恒频风电机组的电网运行特性仿真

风力发电机组的输出功率会随着风速变化而变化,对系统的稳定性和可靠性造成一定的影响。本文通过Simulink模块来搭建风力发电机组各部件系统的仿真模型,并将搭建的风力发电机模型与电网模型进行并网运行仿真。研究了不同风速下风力发电机组并网对电网的影响,以及不同故障下风力发电机对电网运行稳定性的影响。结果表明：当风力发电机组在高风速和低风速下运行时,风力发电机组输出的无功功率、有功功率都远小于在额定风速下的,从而造成不小的功率缺额,对电网系统电压幅值的稳定和维持整个电网系统频率的恒定有重要影响。通过对比发现,对稳定性影响程度最大的是三相短路故障,其次的是系统发生两相接地短路故障,接着是发生两相相间短路故障,其中故障后对电力系统稳定性影响程度最小的是发生单相接地短路故障。     

变速恒频双馈风力发电系统空载并网积分变结构控制

围绕变速恒频双馈风力发电系统空载并网问题,将滑模变结构控制与矢量控制相结合,提出了一种基于指数趋近率的积分变结构控制策略,并分别对理想情况、电机参数摄动情况和电网电压波动情况下的双馈风力发电系统空载并网过程进行仿真分析．结果表明：在本控制策略下,双馈风力发电系统空载并网动态响应良好,稳态误差近似为零,过渡平稳,并网后无需更改控制器参数即可顺利进入最大风能追踪阶段;与传统PI控制相比,本控制策略能够有效抑制参数摄动及外部扰动对双馈风力发电系统的影响,具有较强的全局鲁棒性．     

混合风电场中双馈风电机组三相短路电流分析

近年来风力发电发展迅速,风电场逐渐形成了双馈风电机组和直驱风电机组混合运行的格局。由于双馈风电机组与直驱风电机组暂态特性的差异,直驱风电机组对双馈风电机组的短路电流可能产生影响,无法对混合风电场的短路电流进行准确计算。为此,针对双馈风电机组和直驱风电机组组成的混合风电场,建立了混合风电场故障工频等效电路,推导了不同机组影响下的双馈风电机组输出短路电流表达式。通过与单机双馈风电机组短路电流的对比,分析并总结了混合风电场中双馈风电机组短路电流的影响因素和变化规律。针对不同影响因素下双馈风电机组的短路电流,利用时域仿真进行了分析和验证,仿真结果证明了理论分析的正确性。     

脉冲负载下逆变型分布式电源故障电流特性分析

逆变型分布式电源的故障特性不同于传统同步发电机,尤其当含雷达等具有脉冲特性负载时,由于负载的非线性与脉冲性,其故障特性相比传统电网发生了根本性改变,给现有保护方法带来巨大挑战。以一种新型雷达站供电系统为研究对象,根据电网并网要求,依据低电压穿越运行控制策略,在MATLAB Sim Power System仿真环境下建立光伏电源并入配电网带脉冲负载的仿真模型,分析了脉冲负载下逆变型分布式电源故障电流特性与对现有保护的影响。