Reactive Current Allocation and Control Strategies Improvement of Low Voltage Ride Though for Doubly Fed Induction Wind Turbine Generation System

为满足风电机组低电压穿越（low voltage ride through,LVRT）的测试要求及其电气模型一致性评估需要,提出考虑向电网注入无功电流的双馈风电机组LVRT的控制策略。在阐述风电机组LVRT测试要求及控制原理的基础上,推导双馈发电机（doubly fed induction generator,DFIG）定子侧及网侧变流器输出无功电流极限表达式,研究电网电压跌落深度和发电机总输出有功功率对其无功电流极限值的影响规律,进而提出DFIG在LVRT期间的无功电流分配算法和改进的有功、无功功率控制策略。最后,以某实际2 MW双馈风电机组为例,分别对风速为5和12 m/s、电网电压对称跌落至20%和50%工况下的LVRT运行性能进行仿真比较和样机测试。与传统LVRT控制方法的对比表明,所提改进控制策略能更好地满足风电机组LVRT的测试要求。样机测试结果进一步证明了改进控制策略和仿真模型的有效性。

Low Voltage Ride through Control Capability of a Large Grid Connected PV System Combining DC Chopper and Current Limiting Techniques

This paper presents the development and performance capability of a comprehensive Low voltage ride through (LVRT) control scheme that makes use of both the DC chopper and the current limiting based on the required reactive power during fault time. The study is conducted on an 8.5 MW single stage PV power plant (PVPP) connected to the Rwandan grid. In the event of fault disturbance, this control scheme helps to overcome the problems of excessive DC-link voltage by fast activation of the DC chopper operation. At the same instance, AC current is limited to the maximum rating of the inverter as a function of the injected reactive current. This helps overcome AC-over- current that may possibly lead to damage or disconnection of the inverter. The control scheme also ensures voltage support and power balance through the injection of reactive current as per grid code requirements. Selected simulations using MATLAB are carried out in the events of different kinds of fault caused voltage dips. Results demonstrate the effectiveness of the proposed LVRT control scheme.

基于Crowbar与Buck电路对双馈风力发电机LVRT的研究

在双馈风力发电系统中,当电网电压跌落较严重时,传统的改变励磁的控制策略或仅在转子侧引入撬棒(Crowbar)保护电路,已不能满足电压跌落时低压穿越(LVRT)的要求,论文在直流侧引入了卸荷(Buck)保护电路协同转子侧主动式Crowbar保护电路工作,更有助于跌落电压的恢复,大大提高了并网电压低压穿越的能力。首先对双馈风力发电机(DFIG)建立数学模型并进行暂态特性分析,推导相关故障电压电流表达式,然后对Crowbar保护电路和Buck保护电路阻值进行整定。通过仿真分析验证了组合保护电路的可行性与优越性。

基于最小二乘和自适应蛇优化算法的直驱风机LVRT特性辨识

为提高直驱风机低电压穿越LVRT(low voltage ride through)控制参数辨识精度,提出了一种基于最小二乘LS(least square)和自适应蛇优化ASO(adaptive snake optimization)算法的直驱风机LVRT特性辨识方法。首先,利用最小二乘法拟合出直驱风机LVRT待辨识参数初值,以确定待辨识参数的寻优范围;然后,分析了蛇优化SO(snake optimization)算法分阶段寻优的边界条件,设计了分阶段自适应学习因子,并引入Levy飞行策略,提出了适用于直驱风机LVRT控制参数辨识的ASO算法;最后,将ASO算法多次辨识平均值作为最终结果。结果表明,所提方法能快速、准确辨识直驱风机LVRT控制参数。

基于LVRT能力光伏电源的配电网继电保护增强技术研究

近年来,具备低电压穿越(LVRT)技术的分布式光伏系统在配电系统中的应用不断增加。然而,由于分布式光伏系统的短路电流贡献较低,与传统同步电机的短路特性存在差异,这导致传统过流保护系统易出现误动作问题。针对该问题,提出了一种自适应整定策略,用于提高过流保护系统的性能。该策略基于LVRT工作原理,通过对故障电压进行估计,并利用故障期间电压下降效应来补偿分布式光伏逆变器的限流控制引起的电流轻微增加,从而加速保护系统的动作速度,并在IEEE-12节点配电系统上使用DIgSILENT软件对所提出的方法进行了验证。实验结果表明,在保持选择性的同时,所提出的自适应整定策略显著改善了保护系统的动作时限,验证了其有效性。

基于LVRT能力的光伏电源继电保护增强技术

随着分布式光伏发电技术的广泛应用,光伏并网给传统配电网继电保护系统引入了新的挑战。例如,光伏电源并网时会使原网络的潮流发生改变,使电网的安全可靠运行受到影响。现有的继电保护方案无法应用于含光伏系统的网络。本研究提出了一种基于低电压穿越(Low Voltage Ride-Through,LVRT)能力的光伏电源继电保护增强技术,通过实时监测与控制系统,优化继电保护策略,以应对光伏并网带来的挑战。研究结果表明,所提增强技术能有效提升配电网的保护性能和系统稳定性,为光伏并网的配电网继电保护提供有效的解决方案。

弱网下并网逆变器LVRT双模式切换控制策略

随着分布式电源渗透率的提高,电网呈现弱网的趋势。弱网下当电网电压发生跌落时,帮助系统实现低电压穿越(LVRT)至关重要。针对弱网下电网电压跌落引起的过电流、电压崩溃、系统振荡等一系列问题,提出了一种并网逆变器LVRT双模式切换的控制策略:当电网电压在0.7~1.0(标幺值)范围时采用定交流电压控制模式;当电网电压在0~0.7(标幺值)范围时采用定无功电流控制模式。此外,在电压恢复期间采用有功电流斜坡控制,可有效缓解电压恢复期间系统失稳等问题。最后,在Matlab中对双模式切换控制策略进行仿真分析,验证了该控制策略的可行性。

Analysis of low voltage ride-through capability and optimal control strategy of doubly-fed wind farms under symmetrical fault

Given the“carbon neutralization and carbon peak”policy,enhancing the low voltage ride-through(LVRT)capability of wind farms has become a current demand to ensure the safe and stable operation of power systems in the context of a possible severe threat of large-scale disconnection caused by wind farms.Currently,research on the LVRT of wind farms mainly focuses on suppressing rotor current and providing reactive current support,while the impact of active current output on LVRT performance has not been thoroughly discussed.This paper studies and reveals the relation-ship between the limit of reactive current output and the depth of voltage drop during LVRT for doubly-fed induction generator(DFIG)based wind farms.Specifically,the reactive current output limit of the grid-side converter is inde-pendent of the depth of voltage drop,and its limit is the maximum current allowed by the converter,while the reac-tive current output limit of the DFIG stator is a linear function of the depth of voltage drop.An optimized scheme for allocating reactive current among the STATCOM,DFIG stator,and grid-side converter is proposed.The scheme maximizes the output of active current while satisfying the standard requirements for reactive current output.Com-pared to traditional schemes,the proposed LVRT optimization strategy can output more active power during the LVRT period,effectively suppressing the rate of rotor speed increase,and improving the LVRT performance and fault recov-ery capability of wind farms.Simulation results verify the effectiveness of the proposed scheme.

Research on DCC Strategy for Grid-Connected Inverter of D-PMSG under Unbalanced Network Voltage Conditions

According to performance analysis of a three-phase grid-connected inverter mathematical model of a directly-driven wind turbine with a permanent magnet synchronous generator (D-PMSG) under unbalanced network voltage conditions, a dual current-loop control strategy (DCC) oriented on positive voltage and negative current is proposed to inhibit the DC voltage fluctuation. Meanwhile, a notch filter is introduced into the conventional control strategy of a phase-locked loop to complete the low voltage ride through (LVRT) ability of the wind generator. A 1.5-MW D-PMSG with a back-to-back IGBT frequency converter was simulated in the PSCAD/EMTDC environment, and simulation results showed that: the maximum wind power tracking was achieved in this system and the proposed DCC strategy could successfully inhibit the rising aging of DC voltage and enhance the ride-through capability of D-PMSG wind generation system under unbalanced network voltage conditions.

Cyber-physical Modeling Technique based Dynamic Aggregation of Wind Farm Considering LVRT Characteristic

With the increasing penetration of wind power,large-scale integrated wind turbine brings stability and security risks to the power grid.For the aggregated modeling of large wind farms,it is crucial to consider low voltage ride-through(LVRT)characteristics.However,in aggregation methods,the approximate neglect behavior is essential,which leads to inevitable errors in the aggregation process.Moreover,the lack of parameters in practice brings new challenges to the modeling of a wind farm.To address these issues,a novel cyber-physical modeling method is proposed.This method not only overcomes the aggregation problem under the black-box wind farm but also accurately realizes the aggregation error fitting according to the operation data.The simulation results reveal that the proposed method can accurately simulate the dynamic behaviors of the wind farm in various scenarios,whether in LVRT mode or normal mode.

基于功角保持的VSG低电压穿越控制策略

虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)控制通过模拟同步发电机的运行特性,达到并网逆变器为电网提供惯性支撑的目的。传统VSG在电网发生短路故障时容易导致输出电流越幅与功角振荡,无法为电网提供无功支撑,使逆变器不具备低电压穿越能力。文章提出一种VSG低电压穿越控制策略,故障期间保持功角稳定,故障恢复期间通过基于虚拟功率的功角保持环节实现预并列,故障恢复后输出功率能够快速恢复至给定值,运行模式之间能够平滑快速切换,实现低电压穿越。仿真验证了该控制策略的正确性与有效性。

LCC-MMC混合三端直流输电系统送端交流故障下的不间断运行协调控制策略

为实现基于电网换相换流器与模块化多电平换流器(LCC-MMC)的混合三端直流输电系统送端交流故障下的直流低电压穿越,提出兼顾传输容量与响应速度的自适应电压协调控制策略及有功功率分配策略。在维持故障期间功率续传的前提下,定量分析了模块化多电平换流器(MMC)的降压值以减少传输功率的绝对值损失量,并设计MMC根据本地直流电流偏差快速减投子模块总数的降压方式;考虑到半桥型MMC的调制比约束,设计正极MMC定量吸收无功功率与负极MMC动态调整交流电压参考值的换流站极间协同控制策略;同时,为抑制从站的过电流及避免送端严重交流故障时主站的潮流反转,提出各受端换流站有功功率自适应调整的控制方式。最后通过对输电系统送端交流电压跌落不同幅度时的故障穿越效果进行仿真分析,验证了所提控制策略的有效性。

计及低电压穿越影响的感应电动机动态分群

随着新能源的大规模广泛并网,其对感应电动机动态等值建模的影响值得关注。该文提出了新能源电力系统中感应电动机动态分群新方法。分析了感应电动机与电网的交互作用,提出在现有基于感应电动机动态相似性分群的基础上,同时考虑机端电压动态相似性的分群可提高感应电动机动态等值精度。针对高比例新能源电力系统,研究发现感应电动机附近有新能源机组,且部分新能源机组在故障期间进入低电压穿越(LVRT)时,这些感应电动机动态特性具有显著差异。为此提出新能源电力系统中考虑感应电动机端口电压跌落深度的动态分群方法。算例分析表明,该文提出的兼顾感应电动机端口电压动态相似性以及端口电压跌落深度的分群方法具有较高的等值精度,且适应性强。

计及低电压穿越及故障全过程动态的双馈风电场等值方法

在分析双馈感应发电机(DFIG)故障各阶段动态的基础上,提出了一种计及低电压穿越控制的双馈风电场等值方法。首先,讨论了低电压穿越控制策略,给出了含双馈风电场的电力系统故障稳态潮流计算方法。在考虑电压暂态过程的条件下,分析了外部系统短路故障后DFIG转子电流的变化机理,指出电压跌落深度及风电功率是影响短路电流的主要因素,可根据动作分界线判断撬棒是否动作。然后,根据初始风速及撬棒状态将风电场中的DFIG分为3群,并对等值DFIG及集电网络进行聚合。为提高等值模型在恢复阶段的精度,根据故障稳态电压对双馈风电场功率恢复曲线进行预估,并在此基础上对等值DFIG恢复速率进行分段修正。最后,对含双馈风电场的算例系统进行了等值计算。仿真结果表明,等值模型较好地保持了原系统在故障各阶段的动态,在保持较高精度的前提下有效简化了系统,提高了计算速度。

NFTSM控制的光伏并网系统低压穿越控制策略

针对现有PI与ISMC控制下光伏并网系统LVRT过程响应速度慢、不对称故障时控制效果较差或抖振效果明显等问题,提出一种NFTSM控制的LVRT控制策略。考虑光伏并网系统外部条件多变的特性,采用双指数滑模超平面与控制率,选取指数趋近律加速趋近速率,构造出具有调节有功、无功输出的非奇异快速滑模控制器,并验证其稳定与收敛性,简单且有效地实现了光伏并网LVRT。Matlab/Simulink仿真结果表明,NFTSM控制的光伏并网LVRT具有收敛速度快、谐波含量低、抗外界干扰与抖振抑制能力强等优点。

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。

含高比例分布式电源配电网分布式供电恢复方法

针对高比例分布式电源(DG)接入配电网,现有供电恢复方法未充分考虑DG故障穿越特性。文中提出了基于分布式控制的配电网多阶段供电恢复方法,以充分利用DG的电网支撑能力。分析了DG故障穿越特性及其电网支撑能力,并基于高比例DG接入后配电网不同运行方式,提出了负荷容量估算方法和DG分类处理策略。建立了分布式控制的供电恢复模型,并基于联络线路容量裕度指标提出多联络路径选择策略。最后,提出了适应高比例DG接入配电网的多阶段供电恢复方案。所提方法可以更好地发挥DG支撑作用,提高快速供电恢复能力。仿真算例验证了所提方法的有效性。

尾流效应和风特性对双馈风机LVRT的影响

对双馈异步风力发电机(DFIG)低电压穿越能力的研究普遍基于额定风速,为了使研究更加准确,考虑了风电机组间的尾流效应和不同类型的风特性,建立了尾流效应模型、4种风特性模型和风电场模型,仿真了DFIG在不同情况下的低电压穿越能力。结果表明,尾流效应在一定范围内会降低风电机组的有功功率、增加无功功率补偿,并抑制直流母线电压振荡的幅值,提高DFIG低电压穿越能力;相同幅值的风特性,渐变风输出的有功功率最大,阵风引起的有功功率振荡最剧烈,渐变风、随机风引起的直流电容电压振荡幅值较大。

计及LVRT控制策略的光伏电站并网配电网故障分析方法

随着光伏电站在配电网中渗透率的不断提高,且在光伏电站低电压穿越(LVRT)控制特性的要求下,诸多故障分析方法已经不再适用。针对上述问题,首先通过分析光伏电站故障电流输出特性建立受并网点正序电压控制的电流源等值模型;在此基础上,分析在不同故障条件下含光伏电站的配电网节点电压方程,针对光伏电站输出电流与并网点正序电压间的非线性关系,提出双端搜索下的试根法配电网故障分析方法。最后,通过仿真验证算法的准确性,并比较光伏电站在LVRT控制策略与传统控制策略下配电网的故障特性,验证LVRT控制特性在故障时对电网的支撑作用。

DVR在风电机组LVRT中的应用及其无功补偿能力

针对动态电压补偿器(DVR)在风电机组低电压穿越(LVRT)的应用进行了讨论。为了提高DVR的动态响应能力,设计了双闭环控制策略,并引入电网电压前馈项,以避免补偿电压的过冲;电压外环采用了谐振控制器,可在静止坐标系下实现无静差跟踪,省略了坐标变换以及锁相环节。同时详细分析了DVR在正常运行与跌落情况下无功补偿能力,通过对其补偿方式的分类与比较,指出了其无功补偿能力受到限制的原因。在Matlab/SIMULINK中构建仿真模型,仿真结果表明,所设计的控制策略能够迅速精准地补偿定子电压,减小了定子电流冲击,平稳地实现了机组的低电压穿越。最后在110 kW的电机平台上进行了实验验证。