消除预脉冲电压的撬棒管开关法

分析了脉冲线加速器在放电过程中产生的预脉冲电压现象。为了减少预脉冲电压引起的等离子体发射对正常状态的影响,采用了一种冷阴极撬棒管,将它与阴极杆相连。实验证明在采用了这种器件后,预脉冲电压可以从150kV左右减少到50kV。相对论返波管和相对论磁控管的性能得以显著改善。

冷阴极撬棒管在微波管电源中的应用

介绍了用于连续波微波管测试和脉冲调制器中冷阴极撬棒管的工作原理,它能在极短时间内释放储能电容上的能量,保护行波管或多注速调管的安全工作,还给出了用脉冲变压器触发和自触发形式的两种基本电路。

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。

考虑撬棒与直流卸荷协同保护动作特性的双馈风电场通用等值建模方法

低电压穿越(low voltage ride through,LVRT)期间撬棒(Crowbar)保护和直流卸荷(Chopper)保护的工作状态均对双馈风电机组(doubly fed induction generator,DFIG)的暂态响应特性有重要影响。传统等值方法往往只能识别与表征撬棒保护动作情况及其暂态特性,对于目前普遍的硬件协同保护场景而言,将造成等值误差,进而难以从电网侧准确描述风电接入后的动态特性及作用规律,在高比例风电场景下这样的误差将被放大,严重时可能会对电力系统安全稳定分析造成影响。因此,该文充分考虑双馈感应风机(doubly fed induction generator,DFIG)低电压穿越控制策略,揭示风机低电压穿越下两种保护协同动作特性,提出一种双馈型风电场通用等值方法,通过MATLAB/Simulink验证理论分析的正确性,并与仅考虑Crowbar保护的等值方法对比,说明所提等值建模方法的准确性。

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。

考虑低电压穿越全过程控制策略切换的双馈风机电气量研究

双馈感应发电机(doubly fed induction generator,DFIG)的电气特性在低电压穿越(low voltage ride through,LVRT)全过程均易受电网电压变化影响,而现有研究多关注故障期间DFIG的电气特性,未考虑故障清除后不同情形下DFIG电气特性的差异,且较少研究LVRT全过程DFIG的功率特性,LVRT全过程电气特性分析尚不全面。为此研究了LVRT全过程DFIG的运行状态,在故障清除前,将LVRT全过程分为故障发生、无功功率优先控制启动两个阶段,故障清除后分为撬棒二次投入、有功功率爬坡恢复两种情形进行分析。在此基础上,推导了LVRT全过程定子侧输出电流、功率的表达式,并在PSCAD中建立了DFIG仿真模型,时域仿真结果与解析表达式波形可较好吻合,证明了所提方法的有效性。

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。

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。

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。

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。

适用于全故障类型的双馈风电场送出线负序电流纵联保护方案

随着双馈风电机组(DFIG)并网容量的增加,给风电场送出线继电保护的整定带来新的挑战,保护动作性能下降甚至会出现拒动和误动的风险。为此,首先分析双馈风电机组负序电流分量特征;然后进一步分析风电场经交、直流并网时交流送出线两侧电流的特征差异,提出一种适用于双馈风电场送出线的负序电流分量纵联保护新方法。该方法利用双馈风电场送出线两侧负序电流的幅值比和相位差构成保护动作判据,同时,利用数据延时在对称故障下构造出负序分量,使其能适用于风电场送出线的各种故障类型,且具有灵敏度高、耐受过渡电阻能力强等优点。最后,在Matlab/Simulink和PSCAD/EMTDC中搭建双馈风电机组电磁暂态仿真模型,仿真分析保护方案在交直流送出线上的适应性。

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。