计及阻容式撬棒的混合型风电场协同控制及故障特性分析

为解决混合型风电场低穿措施复杂难以协同及低穿后故障特性难以分析的问题,提出双馈风电机组应用阻容式撬棒以改善低电压穿越期间混合型风电场的频偏及无功特性。首先建立双馈风电机组群与永磁直驱风力发电机组群模型,通过分群聚合等效的方法建立混合型风电场简化等效模型。在此基础上,分析计及阻容撬棒的混合型风电场故障期间各类型风电机组的无功调节能力及调节特性。据此制定混合型风电场的无功协同控制策略以优化低电压穿越期间无功输出能力,分析采用协同控制策略后混合型风电场的短路特性,并对短路电流进行解析。最后基于PSCAD/EMTDC仿真软件建立了混合型风电场仿真模型,对协同策略的有效性及故障电流表达式的正确性进行仿真验证。

直流换相失败下计及撬棒保护的双馈风机暂态特性解析与撬棒参数修正

双馈感应发电机(doubly fed induction generator,DFIG)在由高压直流输电系统换相失败引发的送端近区并网点连续故障电压下的暂态特性是研究风电机组连续故障穿越的基础。已有研究大多仅针对单一的阶跃跌落低电压故障,而未考虑先低压后高压的连续故障电压特性,对DFIG在此过程中的暂态特性尚不明确,甚至可能引起基于单一故障事件预设的撬棒(Crowbar)参数无法适应新型扰动场景,进而导致发生故障穿越失败的风险。该文从DFIG空间矢量模型出发,分析了电网连续故障电压下DFIG计及Crowbar保护的暂态特性,并更新了Crowbar电阻最大值约束。通过MATLAB/Simulink仿真和实验验证理论分析的准确性。

计及撬棒电路的双馈风电机组二次骤升故障穿越特性分析

风电场在低电压故障穿越时,由于系统保护设计不合理,故障不能快速切除,无功补偿控制策略存在问题或风机不具备高电压穿越能力,导致低电压穿越故障发生之后出现骤升故障。针对这一工况,在考虑了电网电压骤降恢复阶段的前提下,计及了撬棒电路是否投入对双馈风电机组的影响。因此,首先建立了考虑电压骤降恢复阶段和撬棒电路的暂态数学模型,推导出未投入撬棒电路和投入撬棒电路两种情形下的定、转子电流表达式。然后详细分析了是否投入撬棒电路两种情形对二次骤升故障穿越特性的影响,得到了撬棒电路的投入条件和最优的撬棒电阻投入阻值。最后通过仿真验证,表明了推导的定转子电流表达式、投入条件及最优撬棒阻值的合理性,同时也说明了暂态模型的正确性,为分析二次骤升故障穿越特性提供了精确的模型。

基于撬棒保护的双馈风电机组三相对称短路电流特性

双馈感应发电机在其并网点电压跌落较深时必须具备低电压穿越能力,而撬棒(crowbar)保护电路是目前运用较为广泛的一种低电压穿越方式。分析了装设有撬棒保护电路的双馈风电机组机端三相对称短路情况下的短路电流特性,通过仿真软件PSCAD/EMTDC研究了影响双馈风电机组输出短路电流的因素,包括撬棒电阻、直流母线电压和网侧变流器,推导了双馈风电机组在额定运行工况下定、转子短路电流的近似求解公式。最后,在考虑定转子磁链耦合作用的基础上给出了一种等效阻抗电压源模型,有利于接有分布式风电机组的配电网保护配置的进一步研究。

撬棒电路对风电场侧联络线距离保护的影响及对策

针对集中送电的双馈风力发电系统,将低电压穿越措施与风电场的弱馈特性相结合,对风电场的故障特征进行分析。指出撬棒电路的投入会增大风电场的正负序阻抗,尤其是正序阻抗,从而使风电场的弱馈程度增强。进而分析了撬棒电路对风电场联络线距离保护的影响,指出撬棒电路的投入和风电场的弱馈特性可能导致故障选相装置误选相及某些阻抗继电器的计算精度降低,并提出了相应的改进措施。最后,建立了双馈风电场并网仿真模型,仿真结果验证了理论分析的正确性。

基于撬棒保护的双馈电机风电场低电压穿越动态特性分析

为研究风电机组与系统的交互影响,建立了低电压故障下双馈式风电机组(doubly-fed induction generator,DFIG)的保护控制措施与系统动态特性之间的联系,分别从机组安全约束角度和系统区域电压稳定角度,探讨了双馈式风电机组撬棒(crowbar)保护电阻取值、投切控制策略,在分析电机发生短路故障后撬棒保护投入期间电气量特性基础上,给出了双馈电机投入撬棒后定转子电流峰值估算式以及撬棒电阻取值约束式。算例从系统角度分析了不同故障类型、不同投切时间和不同撬棒阻值情况下大范围投入撬棒保护后对风电场周边区域电压稳定的影响,并分析了多风电场在电网大扰动后投入撬棒的相互影响。算例结果表明,选择合适的撬棒阻值和投切控制策略可以提高机组低电压穿越(low voltage ride through,LVRT)能力,并降低风电场在撬棒保护大范围投入后对系统电压稳定的不良影响。

计及撬棒保护影响的双馈风力发电机组故障电流特性研究

为了研究对称及不对称电网故障情况下双馈风力发电机组的故障电流特性,建立了两相静止坐标系下双馈风力发电机组的动态模型。对近区严重故障且撬棒保护动作情况下双馈风力发电机组的定子绕组磁链动态过程进行了研究,提出了一种兼顾精确性和简易性的定子绕组磁链简化计算模型。以此为基础,对对称故障和不对称故障情况下双馈风力发电机组的故障电流特性进行了分析,得到了其解析表达式,建立了故障电流的等效计算模型。数字仿真结果表明,理论分析结果在故障发生后的前2个工频周期内具有很高的精确度,可以满足继电保护原理研究和整定计算的应用要求。

基于撬棒控制策略的DFIG风电场动态等值建模研究

为研究双馈风电机组(doubly fed induction generator,DFIG)低电压穿越对风电场动态等值的影响,提出了一种基于撬棒控制策略的双馈风电场动态等值建模方法。首先通过对DFIG在电网故障时的转子电流分析,给出了时域下转子暂态电流表达式。然后研究撬棒电路两种常用控制策略在不同电压跌落程度及DFIG运行状况下对风电机组低电压穿越的影响,仿真结果表明两种控制策略均有各自的适用范围。在此基础上,文中提出了撬棒电路投切曲线及控制策略选择区域曲线,以此判断电网故障时撬棒电路投切以及投切时控制策略选择情况。考虑故障前一时刻风电场机群划分情况,在电网故障时以实测风速与撬棒电路是否动作共同作为分群指标,将撬棒电路动作机组从故障前原"N"个机群中独立出来形成"N+1"个机群,利用容量加权法计算各机群参数,建立多机等值模型。最后在MATLAB/Simulink平台上搭建算例,验证了该等值方案的有效性和准确性。

双馈风力发电低电压穿越撬棒阻值模糊优化

撬棒(crowbar)保护是双馈风力发电机组实现低电压穿越的主要控制方法之一。针对传统撬棒阻值设计与定转子电流约束条件边界取值相关,进而影响系统安全性这一问题,采用模糊优化理论,分析电网发生三相短路故障时转子电流峰值估算式以及撬棒阻值约束式;根据模糊优化机制及上述阻值约束关系,建立撬棒阻值模糊集隶属函数及模糊目标函数。针对1.5 MW双馈风电机组撬棒阻值进行模糊优化设计,并对设计结果在Matlab/Simulink平台上进行了仿真验证。仿真结果表明,撬棒阻值优化可以显著减小双馈机组低电压穿越时的定转子电流、直流母线电压及电磁转矩振荡,有效提高风电系统的安全可靠性。

电网故障下基于撬棒保护的双馈风电机组短路电流分析

首先分析了撬棒接入后双馈感应发电机(DFIG)定、转子磁链的全响应,进而给出了适用于对称/不对称电网电压跌落故障情况的DFIG短路电流时域解析表达式。在此基础上,提出了一种新型的电阻串联电容式撬棒结构,并给出了其中电容值的选取方法。较之传统的电阻式撬棒,该撬棒能够更为有效地抑制DFIG的转子浪涌电流并改善故障期间DFIG定子端的有功、无功功率外特性。最后,基于1.5 MW的DFIG风电系统仿真模型和3 kW实验平台分别对短路电流解析分析的正确性以及电阻串联电容式撬棒结构的有效性进行了仿真和实验验证。

风机转子撬棒投切对电力系统暂态稳定性的影响

转子侧撬棒保护电路是双馈风机常用的低电压穿越措施,故障期间撬棒保护电路的投入和切除会产生冲击,对电网的暂态稳定性产生影响。将风电场的注入功率与等值系统的机械功率联系在一起,推导了故障期间风电场低电压穿越动作对等值系统机械功率的影响。基于拓展等面积准则,从理论上分析风电场低电压穿越动作对电力系统暂态稳定的影响原理,以加速能量作为评判撬棒对系统暂态稳定影响程度的指标,并进行了仿真分析。结果表明,风机撬棒动作主要影响电力系统的加速过程,两机模式下其影响程度与风机并网位置有关,越靠近功率输送端,撬棒动作越有利于暂态稳定。该研究可为低电压穿越方案的优化设计提供理论参考。

紧急变桨与撬棒协调控制改善双馈风电机组低电压穿越能力

针对撬棒保护电路技术存在的问题,介绍了一种快速变桨控制技术和撬棒保护电路技术协调的控制方法,利用该方法不仅能够限制双馈机组转子过电流,还能够抑制其转速的快速增加,从而防止机组过速跳闸,改善系统转速稳定性,确保双馈风电机组成功穿越电网电压跌落故障。利用仿真软件MATLAB/Simulink,完成了基于2个不同时间尺度的电压故障条件下的仿真实验。仿真实验结果验证了所提故障穿越方案的有效性,尤其是对于较长时间的电压故障,故障穿越能力提高的效果更为明显。

撬棒保护与电网交直流控制协调的风电机组脱网抑制方法

多次发生的大规模风电机组相继脱网事故严重影响集群风电并网消纳和电网安全。撬棒保护电路是目前在风电场中广泛运用的一种低电压穿越方式,但其大范围投入可能造成风电场从电网吸收过多无功功率而导致电网暂态电压稳定恶化。文中提出一种综合风电机组撬棒保护、直流系统功率调制和交流系统紧急电压控制来抑制风电机组相继脱网的方法,其核心是利用撬棒保护提高风电机组低电压穿越能力,降低风电机组在故障期间的低压脱网代价;通过风电场近区大容量直流的功率快速调制并协同交流侧紧急电压调控手段,改善风电送出通道的潮流分布,以提高故障后电网暂态电压稳定性。对实际电网的时域仿真结果验证了该方法的有效性。

不同电压跌落深度下基于撬棒保护的双馈式风机短路电流特性分析

双馈式并网风力发电系统在低电压过渡(low voltageride-through,LVRT)时一般采用转子侧撬棒方法来抑制短路电流。在分析撬棒保护下双馈发电机(doubly fed inductiongenerator,DFIG)磁链暂态特性的基础上,给出分析最大短路电流的简化线性模型。指出由转子侧变流器续流二极管导致的直流母线箝位效应的存在,及其对短路电流的影响。对于短路电流的研究,提出一种考虑直流母线箝位效应的撬棒电阻选择方法。对1.5MW DFIG风力发电系统进行仿真,结果表明,当撬棒电阻选择较小或短路故障较轻时,不会出现直流母线箝位效应,简化线性模型能准确地评估最大短路电流;当撬棒电阻选择较大或短路故障较严重时,短路电流的评估必须考虑直流母线箝位效应。受该效应的影响,过度增大撬棒电阻不能明显改善过渡范围,反而会增大转子侧变流器续流二极管的负担。

双馈风力发电机组撬棒电路保护技术的研究

当电力系统电压出现跌落时,大容量风电场的切出会影响系统运行的稳定性,这就要求风电机组具备低电压穿越(LVRT)能力,以保证系统出现电压跌落时风电机组不间断并网运行。此处根据双馈风电机组LVRT原理对转子撬棒保护电路的控制策略及其投切时刻的整定进行了研究,推导出撬棒电阻的取值范围,对影响撬棒电路保护效果的各种因素进行了分析,并通过仿真验证了结论的正确性。

基于撬棒保护的双馈风力发电机组低电压穿越控制策略研究

随着风力发电机组装机容量不断增大,在电网中的渗透率不断提高,电力系统在电网故障导致电压骤降时,对风力发电机组能够不间断运行的能力(低电压穿越能力)提出了更高的要求。文章依据辽宁电力有限公司电力科学研究院风力发电机组低电压穿越抽检测试结果,利用德国电力系统仿真软件DIgSILENT/Power Fac-tory搭建了双馈风力发电机组,提出基于撬棒保护(crowbar protection)的控制策略以实现双馈风力发电机组低电压穿越功能,并通过仿真实验验证电网故障情况下双馈风力发电机组的不间断运行能力,将仿真结果与现场实际测试结果进行比较,验证风力发电机组的控制策略及模型的准确性。

考虑撬棒保护的双馈风力发电机定子短路电流计算

双馈风力发电机目前被广泛应用于风力发电系统。电网电压发生跌落时,需要在双馈风力发电机投入撬棒电路,防止转子回路产生过电流,威胁变流器的安全。在考虑故障前有功、无功功率以及撬棒电路投入对双馈风力发电机暂态特性影响的基础上,通过分析不同坐标系下矢量形式的双馈风力发电机等效电路,推导出对称和不对称故障情况下双馈风力发电机定子短路电流的表达式,避免了求解复杂的微分方程,计算过程简便。同时,分析了故障后定子短路电流的影响因素以及撬棒电路对定子稳态短路电流的影响。最后,利用Matlab/Simu-link验证了定子短路电流表达式的正确性。

投撬棒后双馈风机暂态电势的变化特性分析

双馈感应风机(doubly-fed induction generator,DFIG)暂态等值模型成为近年来继电保护工作者的研究焦点之一。针对双馈风机投入撬棒这一运行工况,在分析转子磁链变化过程的基础上,定量研究了双馈风机暂态电势的变化特性。指出由于转差的存在,暂态电势中出现了转差频率交变分量;撬棒电阻的投入,加快了暂态电势中衰减分量的衰减速度。使得双馈风机的暂态电势呈现出快变特性,不同于传统同步发电机暂态电势慢变的特点,并通过仿真验证了理论分析的正确性。为进一步的双馈风机暂态等值模型的建立及风电场保护策略的研究提供理论依据。

充等离子体微波源高压电源的撬棒保护

充等离子体高功率微波源 PASOTRON的高压直流电源工作电压为 -70 k V～-1 50 k V、电流为 30 0 A左右 ,而调制器又悬浮于此高压上工作 (电流为 60 A,脉宽 60～ 1 2 0 μs)。在工作中 ,一旦出现管子打火 ,很容易打坏管子、高压直流电源、调制器或控制柜的电路模块。因此 ,其控保系统就显得尤为重要。为此采用一种专门研制的高压撬棒 ,利用简单的自触发电路 ,达到了满意的保护效果。实验证明 ,从管子打火到撬棒管作出分流仅滞后 1 50 ns,可以分流掉滤波电容中 98%以上的储能 。

动态调整转子撬棒阻值的双馈风电机组低电压穿越方法

双馈感应发电机(DFIG)等大型电力电子发电设备接入电网,改变了电力系统源端的暂态特性。在系统故障下,为保证DFIG不脱网运行,常采用转子撬棒保护电路完成低电压穿越(LVRT)。DFIG的暂态特性与故障发生时刻和故障程度有关,传统固定阻值的撬棒电路很难保证不同故障下的LVRT。从时域角度推导了撬棒投入后的暂态转子电流表达式,并提出了基于动态调整转子撬棒阻值的DFIG的LVRT方案,制定了转子撬棒自适应控制策略及阻值整定方法。仿真分析了不同电压跌落深度下所提方案的LVRT特性。结果表明,所提方法不仅能够满足不同电压跌落深度下的转子电流和直流母线电压,而且降低了撬棒投入次数及时间。