双馈风电机组中Crowbar保护综述

电网要求风电机组具有一定的低电压穿越能力(LVRT),特别是双馈式风机(DFIG)在电网的广泛应用,研究DFIG的LVRT尤为重要。主要讲述了采用Crowbar保护电路提高DFIG的LVRT,包括转子侧Crowbar保护和直流侧Crowbar保护,并对Crowbar保护电阻大小的合理选择做了简要分析,以及对Crowbar电路投切时间的选择做了详细说明,在此基础上选择Crowbar保护可以大大提高风机的LVRT功能。

计及Crowbar保护的双馈风电场等值建模研究

研究双馈风力机(DFIG)短路后转子电流增长与机组端电压跌落幅值之间的关系,提出一种能够表征Crowbar保护动作情况的电压跌落判据;在此基础上,考虑到单机无穷大并网结构和风电场拓扑结构的不同,对所提动作判据进行修正并依此判定Crowbar动作情况;继而,以Crowbar保护动作情况为机群分类原则,建立风电场等值模型;使用DIg SILENT Power Factory搭建实际风电场并进行计算分析,与传统等值模型和详细模型对比,验证所提方法的有效性。

基于无功判定法的Crowbar保护电路退出控制

'并网难'已成为风电发展的瓶颈,而低电压穿越(Low Voltage Ride Through,LVRT)是风电并网中的核心技术,目前主要采用Crowbar保护电路实现风电机组在大干扰下也具有LVRT能力,而Crowbar电路退出时间对电网故障恢复有很大的影响。根据我国风电大规模远距离的特点,在DIgSILENT中建立了双馈风力发电机组(Doubly-Fed Induction Generator,DFIG)的动态模型,并经过远距离输电线与IEEE9节点电力系统相连,仿真分析了DFIG在各种短路故障条件下的运行特性,提出一种基于无功功率判定的Crowbar退出控制方法,能实现Crowbar电路在故障切除后立刻退出,提高了DFIG的LVRT能力。

双馈风电机组Crowbar保护电阻阻值优化整定

电网发生故障导致双馈感应发电机转子绕组经Crowbar保护电阻Rcb短接后,将引发风电机组后续的暂态过程。在后续的暂态过程中,如果Rcb阻值不当,一方面将危及转子侧变流器运行安全,另一方面将导致风电机组电磁转矩和机械转矩不能达到新的平衡,引起转子加速,可能触发超速保护动作,致使风电机组发生超速脱网。仅考虑保障转子侧变流器运行安全整定Rcb阻值,将使风电机组存在超速脱网风险。分析Rcb阻值对Crowbar保护动作后双馈风电机组转矩平衡关系的影响,推导双馈风电机组发生超速脱网的边界条件。在此基础上,提出综合考虑保障转子侧变流器运行安全和降低超速脱网风险的Rcb阻值优化整定方法。仿真结果表明方法的有效性。

基于Crowbar保护的双馈感应发电机组的低电压穿越研究

分析了双馈感应发电机组在电网电压跌落时Crowbar阻值变化对电网的影响。根据双馈感应发电机(Doubly-FedInduction Generator,DFIG)的数学模型,推导出在发电机机端发生对称故障时,定子、转子电流的表达式,通过故障期间的最大转子电流,给出Crowbar阻值估算值。在EPSCAD/EMTDC软件中仿真分析不同的Crowbar阻值对系统的影响,验证公式推导的正确性,并通过仿真试验确定合理的Crowbar切除出时间。

基于Crowbar保护的双馈风力发电机低电压穿越研究

随着全球能源的日益枯竭,雾霾频频侵袭我国城市,石油能源供应日渐紧张,促使人们努力寻求一种无污染的新兴能源。风能作为一种清洁的可再生的能源,如今已被广泛的应用,而风力发电又是一种高效利用风能的方式,已经受到世界各国人民的重视。经过几年的高速发展,我国风力发电事业已经取得了显著成就,同时一些问题也逐渐显露出来。本文首先综述了国内外双馈式风电机组低电压穿越的研究现状,随后建立了双馈风力发电机的动态数学模型。通过理论分析对Crowbar电路的阻值及其投切策略进行了系统的研究,最后对整套Crowbar保护系统进行了实验,并得到了良好的实验结果。

对称故障且crowbar保护未动作情况下双馈感应发电机转子电流增量分析

定量分析双馈感应发电机在机端发生对称短路故障过程中转子电流增量特性,对风电场的规划设计、保护配置以及降低连锁脱网故障风险具有重要意义。以机端发生对称短路期间转子转速、初相以及定转子励磁电压恒定为研究条件,分析了crowbar保护(撬棒保护)未动作情况下双馈感应发电机的电磁暂态过程,并根据叠加原理,提出了机端发生对称短路故障下的转子电流增量最大值的计算方法,并且在忽略定子绕组和转子绕组的基础上,推导了机端电压增量与转子电流增量之间的解析计算模型。通过不同机型的风电机组的数值计算结果进行对比,解析计算模型的计算误差小于10%,验证了解析计算模型的有效性。

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。

Crowbar保护电路参数选择对双馈风电系统低电压穿越的影响

在电网电压严重跌落故障下,通常采用转子侧增设Crowbar保护电路实现双馈风电系统低电压穿越(LVRT)运行,而不同的Crowbar退出时间和阻值对LVRT性能影响较大。针对双馈感应发电机(DFIG)系统机端三相短路故障,从磁链角度推导出转子侧暂态电流及其最大估算值,根据短路电流和直流母线耐受电压,给出Crowbar串联电阻值的整定范围。在MATLAB/Simulink平台进行仿真研究,结果表明,为防止电网电压恢复时Crowbar电路再次动作,可采取故障消除后切除Crowbar电路方案;在约束范围内,Crowbar电路阻值有利于暂态电流加速衰减,提高DFIG系统LVRT能力。

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。

基于Crowbar保护的三相短路电流的DFIG参数辨识方法

双馈风力发电机(DFIG)作为风电机组的核心部件,其准确的模型参数对于含风电电力系统的动态安全分析与控制至关重要。提出了一种在风机端口三相短路故障下,利用计及Crowbar保护动作的风机短路电流辨识DFIG参数的方法。在DFIG传统三相短路电流解析模型的基础上,考虑定转子磁链之间的耦合以及Crowbar电阻对故障暂态过程的影响,提出了一种计及Crowbar保护的DFIG三相短路电流解析式。采用轨迹灵敏度法分析DFIG参数的可辨识性以及辨识难易度。基于Matlab/simulink仿真平台搭建DFIG风电场模型获取短路电流数据,采用自适应变异粒子群(AMPSO)算法辨识DFIG模型参数,并对辨识结果进行误差分析,仿真结果验证了所提方法的正确性。

基于Crowbar保护电路的双馈风电系统高电压穿越

针对电网电压发生骤升故障时造成的电网不稳定运行,在双馈机组转子侧加入Crowbar保护电路,增加双馈风电系统高电压穿越的能力。通过建立电网电压骤升时双馈风电机组投入Crowbar保护电路后的数学模型,并从磁链角度推导出转子侧暂态电流及其最大估算值,根据短路电流和直流侧母线耐受电压的大小,确定Crowbar电路串联的电阻值、切入和退出时间,加速系统暂态电流的衰减,实现双馈系统的高电压穿越。Matlab/Simulink仿真结果表明:控制方案增强了双馈发电系统稳定运行的可靠性,并提高了双馈风力发电系统的高电压穿越能力。

Crowbar保护对风电场LVRT的影响分析与仿真

现阶段风机低电压穿越(LVRT)的主要手段为撬棒(Crowbar)保护与变流器的投切配合,且具备了LVRT能力的双馈感应发电机(DFIG)的故障暂态特性发生了改变,其中Crowbar保护的影响尤为重要。针对上述情况,首先研究Crowbar保护投入与否对风机短路暂态特性的影响,其次分别对Crowbar保护投入与变流器工作时的风电场故障情况进行仿真分析,并进一步仿真分析Crowbar阻值和投切时间对风电场短路电流的影响。算例仿真分析表明Crowbar阻值及其投切时间都会影响风电场短路电流。该研究对风电场保护整定设计具有重要意义。

综合Crowbar和Chopper保护的双馈风机低电压穿越仿真研究

为了优化双馈风电机组的低电压穿越(LVRT)性能,在现有LVRT技术的基础上,充分借鉴和参考了撬棒(Crowbar)保护、直流卸荷回路(Chopper)保护和定、转子变流器控制(RSC)在LVRT过程中的突出优点,提出了利用Crowbar保护抑制转子回路过流,发挥Chopper电路稳定直流母线电压的作用,及时退出Crowbar电阻并重新激发RSC,使之及时向电网提供无功支持,并结合仿真对综合保护控制策略的状态特性进行了分析。

考虑Crowbar阻值和退出时间的双馈风电机组低电压穿越

在电网发生严重故障情况下,双馈风电机组多采用Crowbar保护电路以实现低电压穿越(LVRT),而Crowbar阻值和退出时间对LVRT效果有很大影响。文中从磁链角度推导给出了双馈感应发电机(DFIG)在并网运行情况下发生机端三相短路故障后的转子短路电流表达式及最大短路电流估算式,并给出了Crowbar阻值的整定方法。为了验证推导所得转子电流表达式的正确性,并分析Crowbar阻值与最大短路电流及其出现时间之间的关系和Crowbar阻值及退出时间对DFIG的LVRT效果的影响,针对1.5MWDFIG进行了一系列仿真分析,结果表明:推导所得转子短路电流表达式及最大短路电流估算式比较准确;随着Crowbar阻值的增大,最大转子电流逐渐减小,其出现时间在半同步周期内逐渐提前,但转子侧最大电压逐渐升高;在保证网侧变流器不过压的情况下,若Crowbar阻值在合理范围内偏大且Crowbar在故障切除前退出运行,则DFIG的LVRT效果更好。

Crowbar阻值对双馈感应发电机低电压穿越特性的影响

研究了Crowbar阻值选取对双馈感应发电机低电压穿越的影响。从功率耗损的角度对Crowbar阻值与定、转子暂态直流磁链的衰减关系进行推导分析;讨论了Crowbar阻值对低电压穿越下双馈感应发电机电磁转矩的影响;提出了通过在Crowbar回路中串联附加电感的方法抑制电压跌落瞬间电磁转矩的振荡。研究表明,过大或过小的Crowbar阻值都将削弱双馈感应发电机低电压穿越能力,Crowbar阻值的选取存在最优值,附加串联电感在一定程度上可以抑制电磁转矩暂态振荡。

ECRH负高压脉冲电源系统保护特性研究

研究了ECRH负高压脉冲电源系统各环节的保护特性,设计出相应的保护电路。实验表明,设计出的保护电路对系统的安全运行提供了可靠的保障。

基于撬棒保护电路的双馈风电机组的无功协调控制方法研究

电网故障下撬棒(Crowbar)保护电路能够帮助风电机组实现低电压穿越,为转子故障电流提供旁路并限制其幅值。在Crowbar保护电路退出运行时,风电机组需要吸收大量的无功功率,这大大影响了风电系统恢复稳定运行的能力。针对以上问题,根据Crowbar保护电路的动作情况,提出了一种利用双馈风机网侧变换器进行无功补偿的控制策略,并进行了仿真分析。仿真结果表明,通过双馈风机网侧变换器为电网提供无功支持,Crowbar保护电路退出时刻吸收的无功功率明显减小,增强了系统恢复稳定运行的能力。

计及Crowbar投入时间影响的双馈感应风力发电暂态全过程研究

针对撬棒(Crowbar)保护的双馈感应风力发电机(DFIG)暂态特性分析,常规研究为简化求解过程,均认为故障发生时Crowbar保护瞬间投入,忽略了不同程度的Crowbar动作延时,对DFIG暂态过程的精确分析造成一定影响。为此,对计及撬棒保护投入时间影响的双馈感应风力发电机暂态全过程进行了详细分析,依据故障特征及Crowbar保护动作情况将电网电压故障全过程分为三个阶段进行研究:第一阶段为故障发生,定子电压跌落,但Crowbar保护尚未投入;第二阶段为经过短暂的延时,Crowbar保护投入,同时转子侧换流器封锁;将电网电压恢复后的动态响应作为第三个阶段。仿真结果表明,随着Crowbar保护投入延时的增加,DFIG的瞬态性能将恶化;在设置Crowbar电阻时,应考虑故障全过程中转子电流的最大值并计及Crowbar保护投入延时的影响。

双馈感应发电机Crowbar电路的投切控制策略优化研究

研究了Crowbar投入、退出时间对双馈感应风力发电机低电压穿越性能的影响,并在Matlab/Simulink仿真平台上搭建了含Crowbar保护电路的DFIG模型,验证了Crowbar投切时间对DFIG低电压穿越的影响,保证故障发生时,Crowbar电路按设定的投切时间工作,短路电流能根据电流的变化规律快速衰减,转子电阻电压不超过直流母线电压;采用阈值投入延时切出的方案,防止Crowbar保护在电网故障时多次投切。仿真结果表明,经过适当的延时切除Crowbar电路可以避免Crowbar电路多次动作和转子再次过电流,能很好地保护风电机组,提高其低电压穿越能力。结果显示,低电压穿越效果很大程度上受退出时间影响。