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。

基于半桥子模块的直流卸荷装置

海上风电柔性直流(柔直)送出系统所接入的陆上交流电网发生故障后,风电场持续输出的盈余功率会造成直流过电压。解决盈余功率最有效的手段是采用卸荷装置对盈余功率进行泄放。文中针对功率器件直接串联的集中式直流卸荷装置投退功率冲击大、器件同时开断难以及分布式直流卸荷装置成本高的问题,提出基于半桥子模块的集中式直流卸荷装置方案,并研究所提拓扑的参数设计方法与控制策略。该方案可以克服大规模功率器件直接串联的技术困难和风险,还可以通过子模块逐步投切降低电阻电压变化率,从而降低功率泄放对直流系统的冲击以及卸荷电阻的制造难度。与分布式直流卸荷装置相比,文中方案仅采用集中式电阻而省去了子模块中的泄放支路,大幅降低设备成本。在PSCAD平台进行海上风电柔直送出系统故障穿越仿真,结果表明所提集中式直流卸荷装置拓扑及控制方案具有良好的性能。

考虑撬棒和直流卸荷保护的双馈电机电磁暂态过程分析

故障期间,撬棒(crowbar)保护和直流卸荷(chopper)保护的工作状态对双馈风电机组(DFIG)的暂态过程有重要影响。为此,针对三相故障不同严重程度下的双馈风力发电系统,综合考虑撬棒保护和直流卸荷保护的协调控制方式,通过分析转子电流、直流母线电压与机端电压跌落的关系,新建统一的保护动作分析判据;在此基础上,分析撬棒保护和直流卸荷保护在不同电压跌落深度下的状态,并建立统一的双馈电机故障后暂态等值模型。最后基于PSCAD/EMTDC提供的1 MW双馈电机标准模型,验证了所建DFIG暂态等值模型的准确性。

基于两种直流侧卸荷电路的并网光伏发电系统LVRT对比分析

电网侧发生电压跌落时,并网光伏电站逆变电路直流侧会产生一定的过电压,威胁直流侧电容及并网侧逆变电路的正常运行,过电压严重时甚至会烧毁电容与逆变电路。分析了并网光伏电站的动态运行特性,针对电网提出的LVRT要求,提出了直流侧电阻卸荷与超级电容器卸荷2种卸荷方案。基于PSCAD/EMTDC仿真软件,搭建了双极型并网光伏发电系统模型,对比分析2种卸荷电路在网侧电压严重跌落时,并网光伏发电系统不同的暂态特性。仿真结果表明,超级电容器可更有效保护并网光伏发电系统。

两种直流侧卸荷直驱风机LVRT分析

随着并网风电机组的日益增加,风力机组与电网间的相互影响日益突出。国家电网企业标准Q/GDW 392-2009及国标GB/T19963-2001均对风电机组的低电压穿越能力提出了明确的技术要求。分析了大功率永磁风力发电系统在电网电压跌落时的暂态特性,建立了基于Chopper与超级电容器的两种直流侧卸荷电路及相应的控制策略。并在PSCAD/EMTDC软件环境下搭建了相应的并网仿真模型,仿真对比了在电网电压严重跌落时两种卸荷电路对机组暂态特性的影响。仿真结果表明在网侧电压跌落的时候,两种卸荷方式在稳定直流侧电压和系统恢复方面,各有优势。

双馈风力发电系统低电压穿越直流侧卸荷电路保护方案仿真

本文介绍了双馈风力发电机低电压穿越的概念和低压穿越保护方案,选择直流侧保护方案为研究对象进行仿真研究,仿真数据表明,小幅电压跌落时采用直流侧保护电路较大幅电压跌落时更为有效,能够在一定程度上提高双馈风力发电机的低电压穿越能力。

双馈风电机组低电压穿越的Crowbar优化控制策略分析

双馈风电机组的低电压穿越通常采用在转子侧加撬棒保护电路(Crowbar)的方法。为有效评估双馈风电机组的故障暂态行为,首先分析了电网故障期间撬棒投入后的机组定转子电流特性,讨论了撬棒阻值的取值范围。在此基础上,以PSCAD/EMTDC为平台,建立包含撬棒保护电路的双馈风力发电机组模型,分析了2种撬棒控制策略下的机组动态响应,提出了一个评价机组动态响应的指标函数,对仿真结果比较分析,得出了双馈风电机组在不同电压跌落情况下实现低电压穿越的撬棒优化控制策略。

严重故障下DFIG风电场低电压穿越改进控制研究

增加Crowbar电阻起动时,DFIG将工作于普通异步机模式,从系统中吸收大量无功功率。为改变这种情况,提出了一种更能充分利用双馈风机无功容量的协调控制方式,为系统提供无功功率,从而提高系统的暂态电压稳定性。仿真结果验证了交直流保护电路配合使用的优点及可行性,所提出的无功协调控制不仅有利于系统电压快速恢复,还能减少风电场动态无功补偿装置的安装容量,从而节省投资。

基于DFIG风电场联合保护的低电压穿越研究

本文首先介绍了我国《风电场接入电力系统技术规定》关于低电压穿越的具体要求。针对撬棒保护技术(Crowbar)装置并不能有效的保护直流母线的不足,提出了一种协调Crowbar及直流卸荷电路的方案,并利用STATCOM(static synchronous compensator)为风电场提供无功功率,双馈风力发电系统从而实现低电压穿越。研究结果表明,适当增加Crowbar旁路电阻,能更有效地限制转子电流,然而,旁路电路选择过大之后其效果不仅并不太明显,反而会导致直流母线过电压。所提出的交直流联合保护的方案能兼顾转子过电流及直流母线过电压问题,并有助于并网点电压的快速恢复。

考虑Chopper动作的双馈风电机组三相短路电流分析

直流母线并接直流卸荷电路(Chopper)以保护转子侧变频器(RSC)是一种较常用的双馈风电机组低电压穿越改造方案。目前对称故障下双馈风电机组短路电流特性研究以故障后投入撬棒(Crowbar)电阻为主,Chopper动作下双馈风电机组短路电流特性研究几乎没有,故而难以分析其作用下双馈风电机组短路电流特性对系统中保护动作可靠性和设备安全的影响。类比双馈风电机组故障后投入Crowbar电阻的分析思路——转子回路串入电阻,通过分析对称故障后Chopper动作下的转子电流回路,将被闭锁的RSC和Chopper等效为可变电阻,分析了该等效电阻阻值随电压跌落程度和故障前转差率的变化规律。根据故障后双馈感应发电机的磁链、电压关系,通过数学解析得到Chopper动作下对称短路电流解析表达式。在MATLAB/Simulink中搭建配置Chopper的双馈风电机组模型,仿真验证了该表达式的有效性。

实现转子转速保护的双馈异步发电机有功输出速降新方案

当电网发生输电阻塞、直流闭锁、短路故障等异常状况时,迅速降低风电机组有功输出可有效减小系统发生安全稳定事故的风险。风电机组的变流器能够快速准确地控制有功输出,然而,由于桨距角动作缓慢,风力机捕获的机械功率难以及时调整以匹配速降后的有功输出,所累积的盈余能量易造成转子过转速,损害风力机机械系统。为此,提出一种通过协调控制直流卸荷电路与风力机桨距角实现转子转速保护的双馈异步发电机(Doubly-Fed Induction Generator,DFIG)有功输出速降方案。在通过转子侧变流器将有功输出迅速降至指令值后,即投入卸荷电阻消耗不平衡能量来及时抑制过转速,同时尽快调整桨距角从根本上消除盈余能量,切出卸荷电阻,在更长时间尺度下维持初始转速。分别在执行上级有功速降指令与低电压穿越两种场景下,通过与现有仅依赖桨距角或能量装置的两种典型DFIG功率控制方案和常用撬棒保护方案的仿真对比,验证了该方案的多方面优越性。

一种改进撬棒电路保护法在风电场LVRT中的应用

根据风电场并网必须具备低电压穿越的要求,对某风电场传统撬棒电路进行改进,并加入直流卸荷保护电路以提高风电场低电压穿越能力;首先研究了双馈感应发电机的暂态过程和转子侧故障电流表达式,进一步推出撬棒电阻值的选取范围,优化了撬棒及直流卸荷电路的触发脉冲信号;在Matlab/Simulink仿真软件中搭建风机并网模型,进行3种不同故障类型的仿真,结果证明了撬棒及卸荷电阻值选取的合理性和改进保护电路方法的优越性。

双馈感应风力发电系统低电压穿越控制策略研究及其分析

基于双馈感应发电机(DFIG)风力发电系统模型,通过分析电网电压跌落情况下的各种运行状况,提出在电网严重故障期间,采用Active Crowbar电路和直流侧卸荷电路保护变流器和避免直流侧电压过压。在电网故障恢复期间,Crowbar电路的再次投入使得系统无功需求增大。并在网侧变流器的功率容量范围内,提出一种网侧变流器无功功率的控制策略来实现对电网无功支持,以助于电网故障恢复以及加快机端电压恢复。基于PSCAD/EMTDC平台建立了仿真系统模型并验证了该控制策略的有效性。该控制策略满足了风电机组并网的低电压穿越,有效提高了DFIG风电机组运行的可靠性。

双馈风电机组低电压穿越特性的试验研究

低电压穿越能力正逐渐成为大型并网风电机组的必备功能之一,要求风电机组在电网电压跌落发生时保持并网,故障消除后快速恢复正常运行。在分析双馈机组电压跌落特性的基础上,采用了转子主动式Crowbar电路和直流侧卸荷电路相结合的方法来实现双馈风电机组的低电压穿越功能,讨论了具体的低电压穿越控制策略,通过仿真验证了电路结构和控制策略的正确性。在实验室10 kW双馈机组实验平台上,采用电压跌落发生器模拟电网电压跌落故障,进行了电网电压跌落至额定电压20%时不同持续时间的测试,证实了所采用的低电压穿越控制策略的有效性。

基于转子串电阻的双馈风电机组故障穿越技术

针对撬棒保护技术存在的双馈风电机组失控问题,提出了转子串电阻和直流侧卸荷电路协调控制的故障穿越方案。该方案不仅能够保证双馈风电机组满足电网规范的穿越要求,同时也抑制了系统机组转速的过快增加,从而有效地改善了机组的转速稳定性和瞬态行为。首先分析了转子串电阻的理论依据,评估了不同限流电阻对机组瞬态特性的影响,选择了合适的电阻值,并分析了所提方案的工作原理。最后基于PSCAD/EMTDC仿真软件对所提方案的有效性进行验证。仿真结果表明,所提方案能保证双馈风电机组成功穿越低压故障,且具有较好的转速稳定性和瞬态特性。

直驱型风电系统网侧变流器LVRT控制策略研究

针对直驱型风机变流器的控制,提出了采用一种基于正负序并网电流解耦控制网侧变流器矢量控制策略,实现了当电网平衡或不平衡时全功率风力发电系统的稳定运行。根据风电系统需具备低电压穿越(LVRT)能力要求,采用所提控制策略并结合直流卸荷保护电路控制电网故障条件下的直流电压,从而实现了直驱型风力发电系统的故障穿越控制。仿真和实验结果表明,所提控制策略应用到直驱型风力发电系统中,可满足电网导则标准中关于全功率风力发电系统的并网电流控制要求。

直驱式风力发电系统低电压穿越技术仿真研究

给出了永磁直驱式风力发电系统的拓扑结构,分析了直流卸荷电路的工作原理和拓扑结构,建立了永磁风力发电系统模型,运用Matlab/Simulink平台搭建了基于直流卸荷电路的永磁直驱风力发电系统低电压穿越技术仿真模型。仿真结果验证了系统的可行性和电网电压跌落时系统良好的穿越性能。该系统为进一步的产品实现打下了基础。

双馈感应风力发电机实现LVRT仿真研究

在基于双馈电机的并网风力发电系统中,一般采用附加转子侧撬棒电路的方法来实现低电压过渡。当电网电压发生严重短暂跌落故障时,可以同时附加直流侧卸荷电路以更好地实现低电压穿越。为实现低电压运行,撬棒电阻值的选取至关重要。在考虑最大转子故障电流和直流母线钳位效应的双重因素下,给出了双馈式风电机组撬棒保护电阻取值约束式,并讨论了DFIG附加两种保护电路后具体的低电压穿越控制策略。对2MW DFIG风力发电系统进行仿真,结果表明,在选择合适的保护电阻基础上,通过对保护电路的合理控制,附加撬棒电路和直流侧卸荷电路可以有效帮助DFIG实现低电压穿越运行。

双馈风电机组低电压穿越综合控制策略研究

针对双馈风电机组(DFIG)低电压穿越问题,为克服传统撬棒(Crowbar)电路保护的不足,以抑制故障期间转子电流并兼顾防止直流母线过电压为目的,提出一种“电阻串联电容撬棒保护电路+直流卸荷(Chopper)电路”的综合控制策略。建立在转子侧Crowbar电路电阻串联电容,在直流母线侧加入Chopper电路的改进双馈机组模型,给出Crowbar电路电阻值及串联的电容值的取值方法,并对其控制策略进行分析。在Matlab/Simulink仿真平台上搭建系统模型进行仿真验证,结果表明该低电压综合穿越策略能够有效提升双馈风电机组低电压穿越能力。

改进控制策略与硬件电路结合的故障穿越方法

双馈风力发电机(DFIG)采用传统矢量控制策略在电网电压稳定时可获得良好的动、静态响应,但在电网故障时,控制性能恶化,同时任何附加保护电路的投入对系统本身都是一种扰动。针对以上问题,提出一种基于改进控制策略与附加硬件电路相协调的故障穿越方法。给出计及定子励磁电流动态变化对转子电流内环的改进控制策略;分析了转子串电阻电路和直流卸荷电路的理论依据、阻值确定、开关信号控制策略。对不同电压跌落程度进行仿真,结果表明在电网故障较轻时,仅通过改进控制策略便可完成故障穿越;在电网故障严重时,由控制信号来决定附加硬件电路是否投入,最小化系统的负面影响。