新能源发电设备接入的电磁暂态仿真研究

构建由风力机模型、双馈感应电机模型及传动系统等构成的双馈风力发电机组(DFIG)为新能源发电设备代表,进行考虑新能源发电设备接入的电磁暂态仿真研究,深度剖析DFIG接入后的电网系统平稳运行以及电压跌落状态下的电磁暂态响应。

HL-3聚变用大容量Crowbar

[目的]面向HL-3聚变大科学装置极端故障能量快速转移,配置短路保护用大容量旁路开关需求。[方法]基于HL-3磁体电源参数,结合电力电子变流技术及可控硅触发应用基础,针对快速冲击应用中多并联可控硅一致性导通及稳定均流的严苛工况,融合电力电子变流工程实践经验,经并联分支导电线路等长型式改良;并联元件参数一致性筛选,并联臂内元件位置与参数差异化选配;通过在可控硅侧附加串联电阻物理强迫均流,并对附加电阻热稳定性核算,并联桥臂电动力冲击验算;可控硅元件高频脉冲列强触发等手段和方法。[结果]推导设计了一种稳定的可控硅220 kA级大容量聚变用crowbar旁路保护电子开关系统,经试验模拟实测验证及实载160 kA冲击考验,实现了HL-3保护用大容量旁路开关的匹配要求。[结论]在做好热动、稳定性验算的基础上,采用线路改良,附加物理强迫均流,元件参数筛选及装配,触发模式调整等综合手段,实现大容量crowbar在聚变中的配套应用是完全可行的。

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。

双馈型风电机群近满载工况下连锁脱网事件分析

对一个双馈型风电机群在近满载状态下发生的连锁脱网事件进行了分析,揭示了这类风电机群连锁脱网的机理,分析了风电机组运行状态、电网电压陷落扰动、风电机组Crowbar保护定值等因素在连锁脱网中的作用,提出了降低此类连锁脱网风险的技术措施建议。仿真结果说明了分析方法和抑制措施的有效性。

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。

VSCF-DFIG在电压瞬间跌落情况下的应对策略

变速恒频(VSCF)双馈感应发电机(DFIG)在电网电压跌落的情况下,通过连接在转子绕组上的电阻来为电压跌落期间在转子侧产生的浪涌电流提供一条通路,从而达到限制转子回路最大电流的目的。在电网需要时,快速向电网提供无功功率,调节电网电压和稳定弱电网。通过保持系统稳定性,减少电压崩溃的危险,降低电网解列的影响。所有结果通过了仿真验证。

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。

考虑Crowbar电阻的双馈电机短路电流计算

Crowbar保护是目前大多数双馈风力发电机(doubly fed induction generator,DFIG)的主要保护装置。Crowbar电阻的存在对双馈风力发电机的整个暂态过程产生重要影响。故双馈风力发电机三相短路电流的计算应该纳入Crowbar电阻元件。该文针对含Crowbar电阻的双馈风力发电系统新建其暂态等值电路,分析定子侧等效阻抗对暂态过程的影响,推导定子侧暂态等效阻抗表达式,并在此基础上推导出双馈风力发电机三相短路电流最大值和周期分量有效值的表达式。该文还给出了不同Crowbar电阻值对三相短路电流计算的影响。最后运用PSCAD/EMTDC软件对该文提出的三相短路电流最大值和周期分量有效值计算公式进行了验证。研究表明,该文推导提出的双馈风力发电机三相短路电流周期分量有效值和最大值计算公式准确、方便,对风电场的电气安全设计具有重要意义。

面向电力系统暂态稳定分析的双馈风电机组动态模型

大规模风电并网对系统暂态和中长期稳定都有重要影响,提出能够用于电力系统稳定分析的风电机组、风电场简化模型对于深入研究风电与电网暂态互动是十分重要的。目前WECC、IEC、GE等研究机构已提出了各自的风电机组、风电场标准化通用模型,但模型均较为简化,对于双馈风电机组建模没有考虑暂态过程中的变流器闭锁和转子crowbar投切等机制,导致外特性准确性不足,使得暂态稳定分析结果过于乐观。针对该不足,文中按多时间尺度模型简化原理,系统地推导双馈风电机组气动、机械及电气部分的简化模型,并着重探讨电网电压扰动强度与风电变流器"电流源–电压源–无源阻性"3种状态特性的关系,从而导出能直接用于暂态稳定分析的简化模型和Crowbar投入、切出代数判据,在保证仿真效率的同时提高了模型暂态特性的精度。最后,通过与详细模型的仿真对比及与机组实验结果的对照,验证所提简化模型的有效性。

适合于变速恒频双馈感应发电机的Crowbar对比分析

电网运行新规则要求变速恒频双馈感应发电机在电网电压跌落的情况下仍与电网相连接,为做到这一点需要安装低压旁路系统。综合分析了低压带来的负面影响以及低压旁路的具体实现方法;对比了多种Crowbar电路各自的优缺点;最后介绍了变速恒频双馈发电机相关保护控制策略和新型旁路系统。

Crowbar阻值对双馈感应发电机低电压穿越特性的影响

研究了Crowbar阻值选取对双馈感应发电机低电压穿越的影响。从功率耗损的角度对Crowbar阻值与定、转子暂态直流磁链的衰减关系进行推导分析;讨论了Crowbar阻值对低电压穿越下双馈感应发电机电磁转矩的影响;提出了通过在Crowbar回路中串联附加电感的方法抑制电压跌落瞬间电磁转矩的振荡。研究表明,过大或过小的Crowbar阻值都将削弱双馈感应发电机低电压穿越能力,Crowbar阻值的选取存在最优值,附加串联电感在一定程度上可以抑制电磁转矩暂态振荡。

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。

双馈风电机组零电压穿越暂态特性分析及综合控制策略

近年来,受到风电机组电压异常时运行能力的影响,风电大规模脱网事故时有发生。以双馈风电机组为研究对象,详细分析了当机端发生三相对称零电压故障、Crowbar保护电路投入后,机组主要电气量暂态特性的变化,研究了现行Crowbar故障穿越策略的适应性。在此基础上,在不增加机组硬件设备的前提下,提出了快速紧急变桨控制、保护电路分级投入控制、磁链有源衰减控制相结合的双馈风电机组零电压穿越综合控制策略,并以降低机组轴系冲击、增加保护电路能耗、延长机组故障阶段可控时间为目标优化控制参数。最后,利用DIgSILENT软件对两类控制策略进行仿真对比验证,结果证明了综合控制策略有助于改善机组暂态特性,增强故障阶段机组的可控性,有效地提高了双馈风电机组的零电压穿越性能。

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。

考虑Crowbar电阻的双馈电机短路电流实用计算

含Crowbar保护的双馈风力发电机在模型上不同于普通异步发电机。首先,双馈风力发电机在转子侧连接着变流器;其次对转子侧变流器采用Crowbar保护。因此,在短路电流计算方法上,两者也必然有相应的差异。目前,在双馈风力发电机短路电流计算方面,我国采用的国家标准为GB/T15544.1《三相交流系统短路电流计算》。该标准中,没有考虑广泛采用的Crowbar电阻元件对短路电流的影响。为此,在研究建立含Crowbar保护的双馈风力发电机新模型的基础上,推导双馈风力发电机短路电流实用计算公式。文中还用PSCAD/EMTDC软件的精确模型仿真结果对提出的含Crowbar电阻的双馈风力发电机三相短路电流实用计算公式进行了验证,并比较了国家标准计算方法。研究表明:推导提出的含Crowbar保护的双馈风力发电机三相短路电流实用计算公式准确、方便,对风电场的电气安全设计具有重要意义。

双馈型风力发电系统低电压穿越策略仿真

针对双馈风力发电机组的低电压穿越能力的问题,介绍了风力发电在电网电压跌落时的并网要求,分析了目前已有的各种应对策略,提出了一套应对电网电压跌落时的控制策略。对于电网严重短暂跌落,通过对转子电流和直流侧电压滞环比较来控制Active Crowbar和直流侧卸荷电路,以卸荷多余能量并保护变流器,并保持风电机组的并网。对于电网的长时间跌落,还进行电网电压闭环发送无功,以支持电网进行恢复。通过仿真模型验证了所提出的控制策略能很好地抑制转子侧电流和直流侧电压的上升,并对电网提供无功支持。

含STATCOM的双馈电机风电场无功电压协调控制策略

为增强风电场并网点电压稳定性,提出了变速恒频双馈风电场与动态无功补偿装置STATCOM间的无功电压协调控制策略。电网故障导致风电并网点不同深度的电压跌落时,根据双馈风机Crowbar保护投切状态,对DFIG风电机组转子侧及网侧变流器与STATCOM进行无功功率分配,协调控制促进风电场LVRT期间风电并网点电压的快速恢复。最后,在DIg SILENT/Power Factory仿真软件中建立了风电场和STATCOM控制模型,通过仿真验证该控制策略的有效性。

直驱式VSCF风电系统直流侧Crowbar电路的仿真分析

为提高直驱式变速恒频风电系统的故障穿越能力,采用直流侧过压保护(crowbar)电路,使电网电压跌落时风力机能够保持正常运行,故障消除后系统快速恢复至额定输出。基于对几种常用直流侧crowbar方案的分析比较,选择卸荷负载作为crowbar电路,对网侧变换器和卸荷负载的控制原理及其配合进行了详细说明,对采用和不采用crowbar电路时变换器的跌落特性进行了仿真分析和对比。仿真结果显示采用卸荷负载控制简单,容易实现与网侧变换器的配合,可有效增强直驱式风电系统的低电压穿越能力。

定子Crowbar电路模式切换的双馈风力发电机组低电压穿越控制策略

针对转子Crowbar电路的双馈风力发电机组低电压穿越需要闭锁变流器控制脉冲、直流母线电压波动无法较好地抑制,提出了一种定子Crowbar电路模式切换的双馈风电机组低电压穿越控制方案。电网发生故障时,定子Crowbar电路接入系统,双馈风电机组切换至感应发电机组模式下,转子侧变流器采用转子功率外环控制,网侧变流器采用功率协调控制方案,将机侧功率当作前馈量引入到网侧变流器控制策略中并向电网注入无功功率。仿真分析表明,所提控制方案在确保实现双馈风电机组低电压穿越的同时,能够有效地降低转子暂态电流、稳定直流母线电压,并向电网提供无功功率。