大规模风电场高电压穿越控制方法研究综述

大规模发展风电是新能源开发和利用的重大需求,是实现我国“碳达峰、碳中和”战略目标的关键支撑.由外部电网故障造成的风电场电压安全稳定运行问题成为制约风电大规模、集群化、智能化发展的关键瓶颈之一.主要针对电网电压骤升工况,首先从电磁关系和能量流动角度分析常见的双馈风电机组、永磁直驱风电机组以及风电场的高电压穿越(HVRT)暂态特性;然后,基于风电机组不同控制区域归纳总结风电机组HVRT控制策略和风电场HVRT及故障后电压恢复协调优化控制方法,梳理和比较现有各种控制策略的工作原理和优缺点,并从控制结构的角度归纳分析现有大规模风电场的HVRT控制方法的原理、优缺点和效果,总结风电机组和风电场在HVRT控制上的不同点;最后,探讨和预测未来风电场电压智能安全控制的发展趋势和潜在研究热点,为提升我国风电大规模应用和电网安全运行提供借鉴指导作用.

直驱风机HVRT两种直流侧卸荷方法对比仿真研究

近年来,国内外学者对风电机组低电压穿越进行了研究,但对于并网风电机组高电压穿越研究较少。为提高直驱风电机组高电压穿越能力,以2. 5 MW直驱风电机组为研究对象。首先对比分析了国内外的风电机组高电压穿越标准,然后提出对网侧变流器采用稳态时单位功率因数控制、暂态时提供无功的控制策略。最后,在Matlab/Simulink中分别建立了斩波电路和超级电容储能系统两种直流侧卸荷电路模型,在相同工况下,仿真分析了两种卸荷电路对机组暂态特性的影响。研究结果表明:两种卸荷方式均能实现直驱风电机组高电压穿越,相比斩波电路,超级电容储能系统不仅能够提升风电机组的高电压穿越能力,而且能够改善机组故障穿越结束后机组稳定运行特性。

海上风电机组高电压穿越(HVRT)技术研究

文章对我国风电机组高电压穿越的发展历程进行了阐述,并基于目前国内外研究成果对各类型风电机组的高电压穿越技术进行了研究,并提出了各技术路线的优缺点,最后对风电高电压穿越技术的研究方向进行了相关总结和展望。

基于转子电流反馈与功率不平衡响应的高电压穿越控制策略

传统高电压穿越(high voltage ride through,HVRT)过程的实现主要是针对转子过电流或直流母线过电压的单一场景设计控制策略,容易产生控制盲区。为此,提出一种基于转子电流反馈与功率不平衡响应的高电压穿越控制策略。为抑制转子过电流,在检测定子电压和电流的基础上,通过分解定子磁链获得转子电流直流分量参考值,将转子回路实际电流作为反馈量抵消转子回路中的直流电流分量。另外,考虑到直流母线过电压容易导致高电压穿越失败,采用功率平衡关系式推导稳定直流电压所需的控制电流参考值。若控制电流超过变流器允许工作电流范围,则考虑将输出电流限值作为控制电流参考值以最大限度利用变流器控制能力,降低直流母线过电压。仿真结果表明:所提出的控制策略能在降低过电流以及直流母线过电压的同时确保良好的动态响应性能。

考虑动态无功支持的双馈风电机组高电压穿越控制策略

讨论电网电压骤升时双馈风电机组网侧和转子侧变流器有功、无功功率的分配原则,给出有功、无功电流的极限表达式,提出一种能有效提供动态无功支持的高电压穿越(high voltage ride-through,HVRT)实现方案。在机组端电压骤升至1.1倍标称值以上时,该方案一方面控制网侧变流器输出与电压骤升幅度相匹配的无功电流,实现母线电压的稳定;另一方面通过优化转子侧变流器有功、无功电流设定,使双馈感应发电机工作在无功支持模式,优先向故障电网输出一定的感性无功功率。仿真和实验结果表明,该控制方案不仅能确保电网电压骤升期间双馈风电机组的不脱网运行,还能对故障电网提供一定的动态无功支撑,协助电网电压快速恢复,利于其它并网负载的安全运行。

基于虚拟阻抗的双馈风力发电机高电压穿越控制策略

电网电压骤升故障会造成双馈感应发电机定子绕组中产生定子磁链的暂态直流分量,甚至引起比电网电压跌落更强的双馈发电机定、转子电流和电磁转矩的冲击。首先分析电网电压骤升下双馈发电机转子电流的电磁过渡过程,在变流器转子电流环中引入虚拟电阻控制,虽然能够有效抑制转子电流和电磁转矩的振荡,但是会引起转子电压过高和转子电流振荡过程加长,仅在低频部分具有抑制作用,因此本文引入虚拟电感,形成虚拟阻抗的改进控制策略,缩短了电网电压骤升时的转子振荡过程,并且对高频部分具有较强的抑制作用,提高了系统的高电压穿越性能。仿真和实验结果验证了所提控制策略的有效性和可行性。

电网电压不对称骤升下双馈风力发电机改进控制策略

双馈风力发电机在电网电压不对称骤升时,定子磁链中不仅会产生暂态直流分量,而且还会产生负序分量。为了抑制电网电压不对称骤升造成的定子电流不平衡,分析了电网电压不对称骤升下双馈发电机的电磁过渡过程,在采用基于双同步旋转坐标(synchronous reference frame,SRF)的转子变流器控制策略基础上,提出基于有源阻尼的转子变流器的双SRF改进控制策略,为提高电网电压不对称骤升时控制性能,在转子负序电流内环中引入虚拟电阻,有效抑制转子负序电流和电磁转矩的振荡;而在定子负序电流外环中引入有源阻尼,加快电网电压不对称骤升时对定子负序电流抑制的过渡过程,提高了系统动态响应的能力,可增强不对称电网电压骤升下双馈风力发电机不间断运行能力,最后通过仿真和实验验证了改进策略的可行性和有效性。

新能源发电系统并网逆变器的高电压穿越控制策略

电网电压的骤升会带来新能源发电系统并网逆变器(grid-connected inverter,GCI)控制裕度的下降,如若失控则会导致能量由电网倒灌进入逆变器进而引发直流侧过压或过流。为改善电网电压骤升对GCI所造成的暂态冲击,确保其安全并网运行,该文提出一种GCI高电压穿越(high voltage ride-through,HVRT)控制策略。首先分析容量限制条件下GCI的电流控制能力,讨论不同电网电压骤升幅度情况下GCI的可控区。在此基础上,设计基于电网电压和发电侧负载电流信息的直流母线电压参考值自适应调节算法,以确保电网电压骤升期间GCI的可控性。最后,结合感性无功电流控制,给出GCI的HVRT方案。仿真和实验结果验证了GCI控制能力分析的正确性和所提出控制策略的有效性。

电网电压骤升故障下双馈风力发电机变阻尼控制策略

双馈风力发电机在电网电压跌落情况下的不间断运行已成为当前研究热点,而电网电压骤升对双馈风力发电系统的运行也构成了威胁。为研究双馈风力发电机的高电压穿越特性及其控制策略,分析了电网电压骤升激起的双馈感应发电机的电磁过渡过程。针对不同转速和电网电压骤升幅度对系统的影响,提出一种基于变阻尼的转子励磁控制策略,减小了故障情况下转子电流和电磁转矩的冲击,避免了撬棒电路的频繁动作。仿真和实验结果验证了所提出控制策略的有效性,与常规的有源阻尼控制策略相比,提高了双馈风力发电机的高电压穿越能力。

双馈型风电机组低电压穿越技术要点及展望

近年来,风电机组在电网故障条件下的不间断运行,特别是低电压穿越已成为风电技术的重要内容,相继列入各国并网规程。文中深入解读了并网规程中低电压穿越运行的基本要求,以当前作为主流机型的双馈异步发电机为例,从机组安全并网、无功支撑和优化运行的角度,全面阐述了实现这一运行要求的几个技术要点和关键问题,并对现有的技术方案进行了相应的比较分析,以期展示这一技术的最新研究成果,预测未来可能的发展动向。

中外风电规程关键技术要求研究及其探讨

文中研究了当今世界重点风电市场区域的风电场/风力发电机组接入电网技术规定,归纳并分析了风力发电机组设计所需要考虑的风电接入电网技术要求,如有功功率控制、无功功率控制、低电压穿越、高电压穿越、电网适应性、电能质量;同时以风电机组低电压穿越特性为案例,重点探讨了3种主流风电机组低电压穿越能力与电网之间的相互影响,以及各类风力发电机组低电压穿越特性的基本解决思路,对风电场运营部门和电网调度部门有一定的参考价值。

风力发电机组故障穿越问题综述

介绍了当今世界主流风电市场的风电并网规程,进一步研究后重点综述了风电机组故障穿越诸多问题,如低电压穿越、高电压穿越、频率穿越。还分析了三种主流风电机组故障穿越能力和电力系统之间的相互影响,汇总了三种主流风电机组低电压穿越能力的工程实现方案。最后结合多年的实际工程经验,以各国电网风电接入规程和各种风电机组故障穿越特性为线索,探讨了需要重点注意的故障穿越技术问题,并总结出了决定风电机组低电压穿越特性的12项技术要素。

具有高低电压穿越能力的储能型变频器

通过对提高国内大型火力发电厂辅机变频器的高、低电压穿越能力的研究,设计了一种在变频器直流侧加储能蓄电池和过压斩波电路,具有高低电压穿越能力的储能型变频器。分析了所提变频器的拓扑结构和工作原理,提出了启动阶段、低电压和高电压阶段的控制策略。搭建了Matlab仿真模型,获得了不同功率变频器对应所需的储能蓄电池数据。最后,通过实验装置验证了该储能型变频器及其相应控制策略的有效性,其性能能满足电网的有关技术要求。

无功补偿与去磁电流协同控制的改进DFIG高电压穿越策略

为解决双馈感应发电机(DFIG)难以满足严重电网电压骤升故障时穿越测试要求问题,提出了基于无功补偿与去磁电流协同控制的改进DFIG高电压穿越控制策略。在网侧变换器无功补偿稳定直流母线电压的基础上,协同转子侧变换器去磁电流控制,确保有功功率平衡及RSC容量完全利用情况下向转子注入无功。对比传统方法,改进控制策略有严重骤升故障适应性强与转子侧变换器(RSC)容量利用率高的双重优势。最后在Matlab/Simulink搭建模型,仿真结果验证所提方案能更好地满足风电机组HVRT的测试要求,实现高电压穿越。

双馈风电机组高电压穿越控制策略研究

风电机组的电网电压故障穿越能力是风机重要的并网性能评价指标。随着风机低电压穿越能力的深入研究,电网电压骤升成了威胁风机安全运行的因素。为了研究双馈风电机组在电网电压骤升下的特性及不脱网运行控制策略,分析了电网电压骤升时双馈感应发电机的电磁暂态过渡过程。结合现场运行风电机组的实际特性,提出一种易于工程实现的双馈风电机组高电压穿越控制策略。该控制策略不需更改原风机一次回路结构,只对双馈风机的发电机侧控制逻辑进行修改,即可实现双馈风电机组在电网电压骤升时不脱网运行,保障机组安全与电网稳定。最后通过仿真验证了控制策略的可行性。

提高双馈风电机组高电压穿越能力的控制策略

为了提升风电场高电压穿越能力,提出了一种协调动态无功补偿装置(STATCOM)与网侧变流器(GSC)的无功功率控制。电网电压骤升期间,根据设计的高电压穿越方案,STATCOM能够协调GSC向电网提供大量的感性无功功率,吸收系统过剩的容性无功功率,保证风电机组高电压穿越期间不脱网运行,并降低了双馈风机的功率及转矩振荡。最后,通过在Digsilent建立仿真算例,验证了所提出的高电压穿越方案的可行性及有效性。

电网电压对称骤升时DFIG暂态电流分析及限流电阻阻值优化

双馈感应风力发电机(DFIG)高电压穿越(HVRT)问题中,常规研究对电磁暂态特性的分析往往忽略掉故障切除这一特殊时刻,使得HVRT期间转子电流的最大值计算不准确,造成限流电阻整定偏小,无法完成电压恢复后的HVRT。在对DFIG电磁暂态全过程分析的基础上,根据叠加原理推导出电压对称骤升故障发生到切除及其后的转子电流表达式,同时考虑了换流器输出和机端电压不同骤升程度对转子电流的影响,所得结果更具一般性。此外,综合考虑故障发生和切除时刻转子电流的最大值,对限流电阻阻值进行优化。仿真结果验证了理论分析的正确性。

双馈风电机组高电压穿越问题综述

针对现代电网规范要求风电机组必须具备故障穿越能力,研究了现代风电并网规范,给出各国高电压穿越准则并进行相应的比较分析。以当今最为流行的双馈风力发电机组为例,分析电网电压骤升时的暂态特性并综述现有的高电压穿越技术方案,从改进的控制策略和增加硬件电路两个方面进行阐述,指出高电压穿越技术未来的发展趋势。

定子匝间短路故障下双馈风力发电机组高压穿越性能研究

为了研究定子绕组匝间短路(SWITSC)故障对双馈风力发电机组高压穿越的影响,基于多回路理论建立了计及定子绕组匝间短路故障的双馈感应发电机(DFIG)仿真模型,并在MATLAB/Simulink下建立了其S-函数。依据短路故障回路特性,分别在SWITSC前后建立了DFIG风电机组的ABC坐标系统和dq0坐标系统下的数学模型,并简要分析了SWITSC故障下的电磁特性。对双馈风电机组的高压穿越能力做出分析,分析了风电场电压升高的原因、高压穿越的标准及双馈风机在电网电压骤升下的暂态过程。重点研究了DFIG在SWITSC故障前后高压穿越的仿真结果。结果表明,定子绕组匝间短路故障会严重降低风电场的高压穿越的能力。