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。     

调整双馈风力发电机无功功率的风电场并网点电压控制

由于风能的波动、负载的变化、线路故障等原因,使得风电场并网点的电压经常发生波动.电压的波动会影响发电机的功率解耦性能,尤其是电压跌落过大可能造成风电场发电机的大面积脱网及当地电网电压崩溃,因此稳定风电场并网点的电压是风电场安全运行的一个基本要求.针对此问题,提出一种同时利用网侧变流器和定子侧无功进行电压控制的改进方案.该方案在低电压故障期间,机侧变流器控制转换为无功优先,在机组允许条件下,通过调整注入转子无功电流的比例系数实现向电网注入最大的无功功率.对典型网络结构风电场的仿真分析结果验证了改进方案同有功优先方案和仅转换为无功优先的方案相比具有明显的优越性.     

基于ETAP的风电场接入对电网电能质量评估与治理研究

正与常规发电厂相比,风电场在运行中具有显著不同的特点,其一是采用异步发电机的风力发电机,在运行时需要从系统吸收无功功率来建立磁场,从而使大型风电场并网运行后对局部电网电压水平有明显影响;其二是由于风速随机变化,导致风电场的输出功率具有波动性,引起电网电压波动和闪变;此外,对带电力电子变换器的风力发电机组,风电场会产生一定的谐波电流并注入所接电网,这些因素都可能直接影响局部电网的电能质量。因此为了研究风电场并网     

基于PSASP自定义接口功能的直驱型风电机组简化模型

针对大规模直驱永磁风电系统机电暂态仿真时采用PSASP自带的通用发电机模型不能表述实际直驱型永磁风力发电机组(简称D-PMSG)运行特性的问题,以某地近海风电场D-PMSG单机测试数据作为参考,利用PSASP自定义建模环境(PSAP/UD)搭建直驱永磁风机暂态简化模型。D-PMSG暂态简化模型忽略发电机及机侧变流器影响,同时考虑低电压穿越时动态短路电流的特性、电压频率保护控制以及有功恢复速率设置,将D-PMSG当成带有低压穿越保护的受控电流源,并根据D-PMSG低压穿越时的实测数据基于遗传算法实现了重要参数的优化工作。通过分别将D-PMSG暂态简化模型与详细模型、增加爬坡功率设置以及单机测试系统实测运行数据在三相短路故障条件下的对比,验证了D-PMSG暂态简化方法的正确性,以及参数优化方法的有效性。     

Crowbar和Chopper保护对双馈风机低电压穿越的影响分析

针对在电网低电压故障期间,双馈风力发电机因硬件保护出现离网问题,研究基于Crowbar阻值和增加Chopper保护电路对DFIG的影响。首先,在转子交流侧采用主动型Crowbar电路,可保护转子侧变流器减少暂态冲击电流的影响,直流侧配备卸荷(Chopper)电路,可在暂态过程中维持直流侧电压稳定;其次,在分析电网电压跌落过程中双馈风机的暂态特性基础上,采用基于定子电网电压定向的控制策略,合理的选取Crowbar阻值范围,并分析Crowbar和Chopper投切时刻对双馈风力发电机安全低穿的影响,在MATLAB/Simulink仿真平台中建立1.5 MW双馈风力发电机组模型,验证了Crowbar和Chopper保护电路的有效性。     

永磁直驱式风力发电机三相不平衡的补偿控制算法

提出了一种用于电网侧三相电压不平衡情况下的永磁直驱式风力发电机的逆变控制算法.通过对不平衡三相瞬时电压的矢量变换、分解并形成负序电流分量,与通过锁相环单位归一化的逆变输出电流相加,可以保证永磁直驱式风力发电机逆变输出的电流具有良好的正弦及三相平衡特性.该控制算法解决了永磁直驱式风力发电机在电网侧三相电压不平衡情况下的输出畸变问题,算法简单有效,计算量小,硬件采用分立元件即可实现,方便且可靠.     

风电系统及其电压特性研究

基于风力发电机和配电网的特点,对不同风速和系统连接阻抗条件下的风电系统电压特性进行了研究。文章还对风力发电机组并网和脱网情况下风电系统的电压变化进行了仿真。研究结果对风电场的规划及安全运行具有指导意义。     

风电场运行特性仿真分析

以双馈异步风力发电机组为研究对象,根据其数学模型,建立了反映双馈异步风力发电机机电特性的仿真模型;根据空气动力学原理,建立了风力机及风速仿真模型.在MATLAB/Simulink软件平台上,搭建一个实际的双馈异步风力发电机并网风电场的系统仿真模型.仿真分析了在风速扰动、电网短路故障作用下风电场的运行特性.仿真结果表明:双馈风力发电机组可以很好地对风速波动做出跟踪响应且无明显振荡;在电网短路情况下,双馈型异步风力发电机组具有一定的低电压穿越性能;相比有载调压方式,风电场采用静止无功补偿模式具有明显的优越性.     

表贴式与内置式永磁同步风力发电机的轴电流模型对比分析

永磁同步风力发电机通过变流器与电网相连时,变流器产生的共模电压会产生轴电压和轴电流,继而引起轴承早期失效,危害系统的安全运行,因此对永磁同步风力发电机轴电流问题进行研究具有重要意义.本文对表贴式与内置式永磁同步发电机的轴电流问题进行分析,分别建立轴电流分析模型,通过解析计算获取杂散电容参数,确定发电机的轴承分压比.通过对比分析发现:永磁同步发电机的轴承分压比小于双馈异步发电机;内置式永磁同步风力发电机与表贴式的轴电压分压比相近;但是表贴式永磁同步电机的共模电流较大.     

直驱风电场集电线保护研究

针对传统三段式电流保护应用于风电场集电线时选择性和速动性不能兼顾的问题,在分析风电场集电线拓扑结构和故障特征的基础上,结合熔断器保护曲线和风机的低电压穿越特性,提出了一种能适用于风电场集电线的反时限电流保护新方法。以直驱风电场为对象,分析得出了传统三段式电流保护不适应于风电场集电线保护的结论,并且给出了新方法的整定原则,即根据熔断器下游经不同过渡阻抗故障后集电线电流与熔断器电流的最大差值关系得到集电线反时限电流保护的理论曲线,最后借助EMTP-PSCAD软件平台搭建直驱风电场模型对理论分析进行了验证。仿真结果表明,对于风电场集电线保护,反时限电流保护新方法由于采用了连续的电流保护曲线,能够很好地与熔断器保护相配合,克服了传统三段式电流保护范围小、易造成保护越级跳闸、风机脱网等缺点,而且有很强的抗过渡电阻能力,在不同的故障条件下能快速可靠地动作,兼顾了继电保护选择性和速动性的要求,因此具有一定的工程实用价值。     

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.     

风速变化的并网型风电场故障分析

针对新疆达坂城风电场750 kW机组和风电场风速变化特点,建立了故障分析数学模型,对风电场提供的短路电流、风电机组机端电压和3种典型风速变化时,风电场提供的电流进行了仿真,并对不同位置三相短路电流进行了计算,研究了系统短路时风速变化的风电场与系统之间的相互影响,从低电压穿越功能(LVRT)角度,讨论了风电继电保护的配置问题,提出了改善风电场电压质量的措施.     

基于图形相似度的分布式能源接入配电网差动保护方案

针对传统配电网其拓扑结构和故障特性由于分布式新能源的接入，发生了一定改变，对配电网的继电保护带来了新的挑战，提出一种依据线路两端电流波形相似度的自适应差动保护方案。该方案通过分析线路两端的电流波形特征，利用Hausdorff距离算法计算电流的相似度，在此基础上构建电流差动保护的制动系数，对故障区域进行自适应判别。在PSCAD/EMTDC软件中搭建基于分布式电源的配电网模型，对所提保护方案进行仿真验证，仿真结果表明该方案能准确判别故障区域，抗过渡电阻能力强，且不需要电压信息和增加额外保护装置，具有同时兼容低成本与高可靠性，抗同步误差能力强等优点。     

基于RB-IGBT的双级矩阵变换器整流级电路

为了减少双级矩阵变换器使用器件的数目,降低系统功耗,采用RB-IGBT构成整流级电路的双向开关,该文提出了一种基于虚拟电压的整流级电路PWM调制算法;设计了一种新颖的RB-IGBT驱动保护电路,采用检测集-射极电压的方法,结合驱动集成芯片EXB841自身的短路保护功能,加快短路保护动作响应;研制了10kW基于RB-IGBT的双级矩阵变换器样机。驱动和硬开关故障保护实验验证了提出的驱动保护电路具有良好的驱动和保护性能。整流级电路实验结果表明,提出的PWM调制方法有效降低了双级矩阵变换器输入电流谐波含量,提高了波形质量。     

应用于直流电网的直流断路器参数选取研究

混合式高压直流断路器所能承受的电流水平不仅反映了整个网络向故障点的馈能情况,同时也是其内部各开关器件承受能力的外在体现。直流电网的稳态潮流分布及故障时的电流变化情况则是高压直流断路器载流支路及主断路器支路参数选取的重要依据。本文以直流电网潮流分布为基础,考虑了直流电网可能存在的多种运行方式,分析了高压直流断路器承受的稳态电流水平,进而为其载流支路参数选取提供参考。同时,在基于半桥子模块结构的换流器故障机理分析的基础上,进一步研究了直流电网线路发生故障时的网络电流、换流器出口电流及换流器桥臂电流的变化情况,为高压直流断路器所需开断故障电流水平提供理论依据,并为高压直流断路器的主断路器支路参数及限流电感参数整定及其与换流站闭锁保护相互配合提供一定的参考。最后,在PSCAD/EMTDC仿真平台搭建的四端环网模型上验证了所提方法的正确性。     

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。     

D类音频功放芯片自恢复过流保护电路

针对高功率D类功放芯片使用过程中可能出现的短路操作导致芯片损坏的风险,设计并实现了一种具有自恢复能力的D类功放过流保护电路。在功放芯片输出管脚发生对地短路、对电源短路、或者2个输出管脚之间相互短路时,能够及时关闭功率电路输出以保护芯片不会损坏。芯片测试结果表明,5 V/4 Ω条件下,该D类功放输出最大功率2.75 W,效率90%。过流保护电路工作正常,过流域值约为3A。较之其他电路方案,本方案的优点在于,当短路事件去除后,能够及时自动恢复正常输出,克服了传统保护方案需要芯片复位才能恢复正常工作的缺点。     

不同故障类型下具有相同灵敏度的配电网自适应电流保护

针对配电网电流保护的特点，提出了一种彻底消除配电网中负荷电流对保护灵敏度影响的算法，根据存在负荷电流的情况建立动作判据，将考虑负荷电流影响时的两相短路电流归算为同一点三相短路电流，然后再与定值作比较，从而克服了目前的电流保护普遍存在的由于受负荷电流的影响而使保护在两相故障时灵敏度降低的缺陷。仿真结果表明，本算法在理论上可以完全消除负荷电流的影响，使保护在两相短路时的灵敏度与三相短路时的相同。     

基于暂态分量的配电网单相接地故障选线新方法

在对目前应用小波变换技术进行配电网单相接地选线方法综合分析的基础上，提出了一种基于最小瞬时零序功率的选线新方法。通过分析配电网单相接地故障的暂态过程，给出了配电网单相接地故障时零序电压和各条线路的零序电流的瞬时表达式，定义了瞬时零序功率并将其作为故障选线特征量。结合配电网单相接地故障的大量仿真分析，应用小波包将零序电流和零序电压暂态信号逐层剥离，提取最大分量的信号频段为特征频段；根据各线路特征频带的零序电流、零序电压计算每条线路的瞬时零序功率，在短路第1个周期内，具有最小瞬时零序功率的线路为故障线路。仿真分析结果表明，该选线方法对中性点不接地和中性点经消弧线圈接地配电网都适用，而且不受短路时刻、线路长度的影响，抗电弧过渡电阻能力强。     

基于聚类分区的风电场无功电压优化控制策略

随着风电渗透率的不断增大,并网风电场的机端电压稳定面临巨大挑战。研究了风电场内部各节点的无功电压特性,提出一种基于机组有功出力聚类分区的无功电压优化控制策略：通过 自动电压控制系统获取风电场当前的电压指标与实际运行数据,计算出风电场的无功需求;以历史有功出力数据对场内机组进行模糊C聚类分区;利用改进的粒子群算法寻找最优无功分配方案,对每一区域进行无功电压控制。在MATLAB上进行仿真,与传统根据各机组无功容量进行分配的方案进行对比,仿真结果表明,所提控制策略能够有效改善风电场并网点电压控制性能,减小风电场内机组机端电压的波动。