DFIG的LVRT措施对输电线路距离保护的影响

双馈感应电机(doubly-fed induction generator,DFIG)特殊的暂态特性影响着输电线路风电场侧距离保护的效果。发生过渡电阻短路时,文章结合DFIG低电压穿越(low voltage ride through,LVRT)措施和控制方式,分析其暂态特性,研究采用转子撬棒和串联制动电阻(series dynamic braking resistor,SDBR)实现LVRT时工频量距离保护的抗过渡电阻能力以及保护误动的可能性。理论分析和仿真结果表明:转子撬棒加强了风电场的弱馈特性,使距离继电器的抗过渡电阻能力变弱;采用SDBR时可通过转子侧变流器(rotor side converter,RSC)调节功率输出,故障电流稳态值相对较大,继电器抗过渡电阻能力较强。此外,由于故障电流普遍较小,容易造成下段线路故障时本段线路保护误动。

考虑撬棒保护和残压的DFIG短路电流实用计算方法及应用

电网短路故障可能导致双馈风电机组过电流保护动作,定量分析故障对机组短路电流的影响对于机组的低电压穿越具有重要意义。根据电网发生对称短路故障时双馈风电机组的暂态定、转子磁链关系,研究考虑机端残压下的双馈风电机组定子短路电流特性。在短路电流特征分析中考虑转子侧撬棒(crowbar)保护的投入策略,推导出双馈风电机组发生对称故障时的短路电流实用计算方法,讨论机组参数对短路电流特征的影响。将计算结果与现场低电压穿越试验测试数据进行比对,验证计算方法的实用性。

Crowbar保护对风电场LVRT的影响分析与仿真

现阶段风机低电压穿越(LVRT)的主要手段为撬棒(Crowbar)保护与变流器的投切配合,且具备了LVRT能力的双馈感应发电机(DFIG)的故障暂态特性发生了改变,其中Crowbar保护的影响尤为重要。针对上述情况,首先研究Crowbar保护投入与否对风机短路暂态特性的影响,其次分别对Crowbar保护投入与变流器工作时的风电场故障情况进行仿真分析,并进一步仿真分析Crowbar阻值和投切时间对风电场短路电流的影响。算例仿真分析表明Crowbar阻值及其投切时间都会影响风电场短路电流。该研究对风电场保护整定设计具有重要意义。

考虑Crowbar阻值和退出时间的双馈风电机组低电压穿越

在电网发生严重故障情况下,双馈风电机组多采用Crowbar保护电路以实现低电压穿越(LVRT),而Crowbar阻值和退出时间对LVRT效果有很大影响。文中从磁链角度推导给出了双馈感应发电机(DFIG)在并网运行情况下发生机端三相短路故障后的转子短路电流表达式及最大短路电流估算式,并给出了Crowbar阻值的整定方法。为了验证推导所得转子电流表达式的正确性,并分析Crowbar阻值与最大短路电流及其出现时间之间的关系和Crowbar阻值及退出时间对DFIG的LVRT效果的影响,针对1.5MWDFIG进行了一系列仿真分析,结果表明:推导所得转子短路电流表达式及最大短路电流估算式比较准确;随着Crowbar阻值的增大,最大转子电流逐渐减小,其出现时间在半同步周期内逐渐提前,但转子侧最大电压逐渐升高;在保证网侧变流器不过压的情况下,若Crowbar阻值在合理范围内偏大且Crowbar在故障切除前退出运行,则DFIG的LVRT效果更好。

基于无功判定法的Crowbar保护电路退出控制

'并网难'已成为风电发展的瓶颈,而低电压穿越(Low Voltage Ride Through,LVRT)是风电并网中的核心技术,目前主要采用Crowbar保护电路实现风电机组在大干扰下也具有LVRT能力,而Crowbar电路退出时间对电网故障恢复有很大的影响。根据我国风电大规模远距离的特点,在DIgSILENT中建立了双馈风力发电机组(Doubly-Fed Induction Generator,DFIG)的动态模型,并经过远距离输电线与IEEE9节点电力系统相连,仿真分析了DFIG在各种短路故障条件下的运行特性,提出一种基于无功功率判定的Crowbar退出控制方法,能实现Crowbar电路在故障切除后立刻退出,提高了DFIG的LVRT能力。

基于Crowbar保护的双馈感应发电机组的低电压穿越研究

分析了双馈感应发电机组在电网电压跌落时Crowbar阻值变化对电网的影响。根据双馈感应发电机(Doubly-FedInduction Generator,DFIG)的数学模型,推导出在发电机机端发生对称故障时,定子、转子电流的表达式,通过故障期间的最大转子电流,给出Crowbar阻值估算值。在EPSCAD/EMTDC软件中仿真分析不同的Crowbar阻值对系统的影响,验证公式推导的正确性,并通过仿真试验确定合理的Crowbar切除出时间。

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。

双馈感应发电机Crowbar电路的投切控制策略优化研究

研究了Crowbar投入、退出时间对双馈感应风力发电机低电压穿越性能的影响,并在Matlab/Simulink仿真平台上搭建了含Crowbar保护电路的DFIG模型,验证了Crowbar投切时间对DFIG低电压穿越的影响,保证故障发生时,Crowbar电路按设定的投切时间工作,短路电流能根据电流的变化规律快速衰减,转子电阻电压不超过直流母线电压;采用阈值投入延时切出的方案,防止Crowbar保护在电网故障时多次投切。仿真结果表明,经过适当的延时切除Crowbar电路可以避免Crowbar电路多次动作和转子再次过电流,能很好地保护风电机组,提高其低电压穿越能力。结果显示,低电压穿越效果很大程度上受退出时间影响。

双馈风电机组中Crowbar保护综述

电网要求风电机组具有一定的低电压穿越能力(LVRT),特别是双馈式风机(DFIG)在电网的广泛应用,研究DFIG的LVRT尤为重要。主要讲述了采用Crowbar保护电路提高DFIG的LVRT,包括转子侧Crowbar保护和直流侧Crowbar保护,并对Crowbar保护电阻大小的合理选择做了简要分析,以及对Crowbar电路投切时间的选择做了详细说明,在此基础上选择Crowbar保护可以大大提高风机的LVRT功能。

双馈风电机组暂态特性分析及低电压穿越方案

提出了一种新的转子暂态电流计算方法,将电网故障后电机的电磁暂态过程处理为不同状态的叠加,综合考虑了定子侧电压故障分量、转子侧电压故障分量以及Crowbar电路投入引起的暂态冲击作用。在此基础上,推导了转子电压峰值与Crowbar电路阻值间的函数关系,利用作图法给出了Crowbar电阻取值的实用整定原则。针对Crowbar电路切除后低电压期间的电机控制,提出了一种根据电压跌落深度调整有功和无功参考值的自适应控制策略及相应的低电压穿越方案,使双馈风力发电机在电压跌落期间能给予系统一定的无功支撑。最后,以1.5MW双馈风力发电机为例进行仿真验证,结果表明所述方法正确有效。

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。

双馈变速风电机组低电压穿越控制方案的研究

根据紧急电网规程要求,电网故障时风电机组应能保持与电网连接并向系统不间断供电,故人们开始关注风电机组在暂态过程中的表现,并相应提出了低电压穿越(LVRT)要求。讨论了外部电压骤降下DFIG风电系统的低压穿越控制策略和保护方案,在电力系统仿真分析软件DIgSILENT/Power Factory中建立了双馈风电机组的详细模型及其LVRT控制模型,并对一个风电场连接无穷大系统进行了仿真,比较了不同故障严重程度时双馈机组的低电压控制方案。仿真结果表明,转子快速短接保护装置(Crow-bar)在电网暂态过程中可以有效防止过电流对转子变频器的危害,其切除时刻对故障电网恢复和变频器保护有较大影响。通过合理地控制能使风电场穿越较为严重的电网故障,并且无需吸收大量无功功率,有利于电网的恢复。

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。

基于撬棒保护的双馈风电机组动态特性分析

撬棒保护是双馈风电机组提高的低电压穿越能力的主要措施,它可以用来保护转子侧变流器,改善风机的动态特性,使其达到电网公司及运营商提出的并网要求。而撬棒保护的投切时间对双馈机的低电压穿越性能影响较大,通过瞬时故障分析初步得到了撬棒保护较理想退出时间。对于50%和20%两种不同的电压跌落程度并持续625ms的故障测试结果显示,当电压跌落至20%时,保护退出的理想时间要适当提前一个周波,即故障持续时间和故障的影响程度将对撬棒保护的控制策略产生影响。

协调相邻风电场之间低电压穿越的综合保护方案

多个风电场相邻时,若某一风电场近端发生严重故障,其撬棒投入实现低电压穿越的同时,将对相邻风电场造成影响。根据故障时双馈风力发电机(doubly-fed induction generator,DFIG)的无功功率特性,分析了撬棒投入对相邻风电场的影响以及造成相邻风电场撬棒连锁动作的原因,提出了一种基于DFIG转子串联电阻和静止同步补偿器(static synchronous compensator,STATCOM)的综合保护方案及相应的控制策略,以协调多风电场之间的低电压穿越,防止撬棒的连锁动作使电网电压和无功功率进一步恶化。仿真结果表明,所提保护方案能够抑制相邻风电场DFIG的转子电流,防止撬棒连锁动作,并能最大限度补偿无功缺额,提高出口电压。

含双馈风力发电机的配电网故障计算

研究了双馈风力发电机的原理特点,分析了双馈风力发电机的数学模型和考虑尾流损失的风电场模型,分析了低电压穿越规定和Crowbar保护电路对故障计算的影响;结合配电网的结构特点,在前推回代的基础上,采用三相潮流和短路计算统一的分析方法。最后利用Matlab编程对13节点算例进行了不同故障情况下故障计算,验证了该思路的有效性和可行性。

双馈型风力发电机组低电压穿越技术改进方法研究

随着风力发电机组装机容量的急剧增加,对电网稳定性的影响越来越大,为了提高风电接入电网的电能质量,确保电力系统的安全稳定运行,要求风力发电机组必须具备低电压穿越(LVRT)功能。针对内蒙古某风电场双馈型风力发电机组低电压穿越改造实例,对基于Crowbar保护电路的低电压穿越技术进行分析,并通过中国电力科学研究院低电压穿越测试验证该技术改造方法的有效性。结果表明:不具备低电压穿越功能的双馈风力发电机组,采用Crowbar控制电路的方法是可行的,并能够满足当前国家电网对风力发电机组接入电网低电压穿越的要求。

考虑撬棒保护接入的双馈感应发电机转子磁链动态特性

撬棒保护电路的接入会改变低电压穿越过程中双馈感应发电机(DFIG)定转子磁链间的耦合过程和耦合强度,由此将影响机组磁链衰减动态和撬棒保护性能。针对这一问题,提出了一种刻画定子磁链与转子绕组交链感应作用的磁链耦合系数,将电网故障后电机的磁链暂态耦合过程处理为不同状态的叠加,综合研究撬棒电阻对转子感应磁链正序、负序和暂态反向交流分量幅值和相角的耦合规律,用转子磁链空间矢量图和矢量轨迹图描述转子磁链动态响应过程。最后,针对电网不对称故障下撬棒取值的问题,提出了一种基于转子磁链幅值配比原理和最优倾角的撬棒阻值选取方法。该方法可减小磁链耦合不当对机组的暂态冲击,从而有效改善机组的无功外特性和瞬态性能。采用MATLAB/Simulink仿真验证了理论分析和所提方法的正确性。

双馈异步风力发电机低电压穿越的软撬棒控制

针对双馈异步风力发电机（double-fed induction generator,DFIG）系统低电压穿越问题,基于经典的定子磁场定向、功率解耦控制系统,提出了一种基于灭磁理论的DFIG系统软撬棒控制方法。该方法利用三步预测检测电网故障的发生,控制灭磁电流的切入切出,并根据电网故障的程度动态调整灭磁电流大小,达到电网电压骤降时,有效减小系统震荡时间,使DFIG系统不离网的同时,又能保护DFIG系统的目的。采用该方法计算灭磁电流的大小不依赖于系统模型,使DFIG系统的自适应性和鲁棒性增强。描述了电网电压骤降时带给DFIG系统的危害,理论分析了系统特性,给出了软撬棒控制的理论依据和实施方法,最后通过仿真验证了方法的有效性。

双馈风机低电压穿越的改进技术

为提高电压跌落条件下双馈风电机组的运行稳定性,介绍了crowbar与chopper共同配合作用的低电压穿越技术,并从提高crowbar阻值整定上限这一角度通过理论分析与仿真验证说明了crowbar与chopper配合作用的优势。提出低电压穿越过程中机侧变流器的无扰切换控制方法,通过仿真验证了这种方法可以大大减少crowbar投切次数与低穿过渡时间,且控制简单可行。