单相接地故障下双馈感应发电机短路电流计算

当发生单相接地短路故障时,双馈感应发电机(DFIG)的暂态特性与普通的异步发电机有着较大区别。因此基于DFIG的暂态模型,采用对称分量法得到含撬棒电阻的正、负序等值电路,进而分析单相接地故障下,DFIG短路电流的瞬时值、最大值以及周期分量有效值的计算公式。最后对比PSCAD/EMTDC软件中的仿真结果,验证该文所推导出的单相接地故障下DFIG短路电流计算公式的准确性。     

基于电磁暂态控制算法的双馈风电机组低电压穿越控制策略

在对电网故障时双馈电机电磁暂态过程进行深入分析的基础上,针对故障状态下转子端过电压主要由定子磁链直流分量及负序分量引起这一结论,提出一种有效的LVRT控制策略。该策略以降低转子端电压,尤其故障初期转子端电压为首要目标。在双馈电机转子侧适时准确地注入暂态补偿量,并对补偿量相位角进行优化控制。从而最大限度减小暂态转子电压冲击,提高双馈电机的暂态可控性,拓展可穿越的电压故障范围,进而改善双馈风电机组的LVRT性能。11 k W模拟机组的实验验证该文的分析和设计。     

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。     

一种新型的风电场低电压穿越时撬棒电路设计与阻值选定

针对传统撬棒电路（Crowbar）在风电场低电压穿越时给电网带来无功负担问题,提出了一种新型的Crowbar保护电路,介绍了新型Crowbar的设计与阻值选定,并在PSCAD环境下搭建双馈式感应发电机（DFIG）模型,分析比较了无Crowbar保护电路、带有传统Crowbar保护电路和新型Crowbar保护电路时DFIG在电网电压跌落情况下的动态特性。结果表明,新型的Crowbar在有效保护风电场的同时减少了电网的无功负担,有效地弥补了传统Crowbar带来的电网无功负担。     

基于RTDS的双馈式风电机组低电压穿越策略

在研究2 MW双馈式风力发电系统稳态和暂态数学模型、控制策略、低电压穿越Crowbar电路参数优选等理论的基础上,利用RTDS平台建立双馈式风力发电低电压穿越系统完备模型,定量模拟电网电压跌落,发现传统的Crowbar保护方案仍有一定改进空间,提出改变Crowbar电路投切时刻提升系统LVRT能力策略,从多角度验证深度电压故障跌落时双馈电机低电压穿越性能。研究结果表明,在严重的电网电压跌落情况下,所采用的研究方案可在保证双馈风力发电机组变换器装置自身安全的基础上,实现机组的不脱网运行,满足国网的风电低电压穿越运行要求。     

电网电压跌落下双馈风力发电机组暂态性能的比较分析

为了较全面地研究不同运行工况下并网双馈风力发电机组的暂态运行性能,该文基于双馈发电机电磁暂态模型,采用等效集中质量法,建立了考虑风力机和发电机之间传动轴扭转柔性的风力机两个质量块等效模型。在此基础上,基于定子电压定向的矢量控制策略,对风电机组在不同风力机输出转矩、不同电网电压跌落和不同故障持续时间下分别进行了暂态运行性能的仿真,并对风力机不同质量块等效模型的结果进行比较。结果表明,双馈风力发电机组暂态性能与风力机传动链柔性、电压跌落程度和故障持续时间等密切相关。     

基于Crowbar的双馈风力发电机LVRT 仿真分析与实验研究

要保证双馈电机具有低电压穿越能力,关键是要限制转子过电流和直流母线过电压。提出了采用转子侧Crowbar保护电路和直流侧卸荷保护电路协调配合的保护方案。用转子侧保护电路来抑制转子过电流,直流侧卸荷保护电路来维持直流母线电压恒定。在此基础上用MATLAB/Simulink软件搭建了仿真模型,并从理论仿真和现场实验测试2个方面对该方法进行验证,仿真与实验结果表明,该方案可以提高DFIG低电压穿越能力。     

一种转子串联可变电阻与卸荷电路配合的低电压穿越方法

针对双馈感应发电机(DFIG)转子串联固定电阻在低电压穿越(LVRT)时,应对故障时的灵活性较低,且低穿效果过于依赖制动电阻的问题,文章提出了转子串联可变电阻与直流侧卸荷电路配合的改进方案。该方案根据转子故障电流的时域表达式对串联阻值进行整定并形成策略表。基于PSCAD/EMTDC仿真不同电压跌落情况下,改进方案的低电压穿越特性。结果表明,文章所提出的方案改善了风电机组的暂态稳定性,有效降低无功损耗,总体上低电压穿越效果较好。     

双馈感应风力发电系统低电压穿越控制

传统的双馈感应发电机(DFIG)矢量控制方案忽略了定子暂态磁通,导致当电网出现故障时控制性能恶化.为了提高电网故障下DFIG的不间断运行能力,将矢量控制与自抗扰控制器结合起来,利用扩张状态观测器估计出定子暂态磁通和电机参数误差对系统的影响并加以补偿.仿真结果表明该文提出的控制方法削弱了电网故障时DFIG的转子暂态电流峰值和电磁转矩波动,有效地保护了转子变频器和风力机机械结构,而且对电机参数误差具有鲁棒性.     

计及Crowbar保护的双馈风电场等值建模研究

研究双馈风力机(DFIG)短路后转子电流增长与机组端电压跌落幅值之间的关系,提出一种能够表征Crowbar保护动作情况的电压跌落判据;在此基础上,考虑到单机无穷大并网结构和风电场拓扑结构的不同,对所提动作判据进行修正并依此判定Crowbar动作情况;继而,以Crowbar保护动作情况为机群分类原则,建立风电场等值模型;使用DIg SILENT Power Factory搭建实际风电场并进行计算分析,与传统等值模型和详细模型对比,验证所提方法的有效性。     

电压跌落时带有Crowbar电路的双馈感应发电机的瞬态分析

为了研究双馈感应发电机对电网电压跌落的适应能力,以及其实现低电压穿越的功能,文章通过将由向量法求出的瞬态电流与由等效电路法求出的稳态电流进行叠加而得出的定子、转子故障电流的近似解析式,来分析在定子端三相对称电压跌落、转子侧变换器断开、投入Crowbar电路情况下的双馈感应发电机内部的电磁关系变化过程。此外,在理论分析的基础上,文中建立了2　MW双馈感应发电机的PSCAD模型,且在7.5 kW双馈风力发电测试平台上进行了实验验证。仿真和实验结果表明,这种通过瞬态电流和稳态电流进行叠加的方法而求得的双馈感应发电机故障电流的近似解析表达式可以准确地反映出双馈感应发电机磁链和电流的瞬态变化。     

Short‐circuit analysis of a doubly fed induction generator wind turbine with direct current chopper protection

Modern doubly fed induction generator (DFIG) wind turbines can ride through a symmetrical fault in the network by using a chopper protection on the direct current (DC) link without triggering a crowbar protection. A novel method to model the DC link system of such wind turbines as an equivalent resistance during symmetrical faults is presented in this paper. The method allows looking at the DFIG with chopper protection as to one with an equivalent crowbar protection and, hence, to apply to the former type of DFIG short‐circuit calculation methods developed for a DFIG with crowbar protection. This may be a valid help in short‐circuit calculations, for example, for protection settings. It also allows simulating for short‐circuit studies a DFIG with chopper protection, often not available in a standard power system simulation software, by using an equivalent DFIG with crowbar protection, which is a standard model in power system simulation software. The results for the short‐circuit current obtained through the proposed method are compared with simulations of a detailed model of a DFIG with chopper protection under different conditions, which showed good agreement. It is also shown that the DFIG with chopper protection delivers lower short‐circuit current than a DFIG with standard crowbar protection, especially for low initial loading. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

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。     

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。     

变阻值Crowbar电路及其在提高双馈式风电机组低电压穿越能力中的应用

双馈风力发电机的低电压穿越能力较差,Crowbar技术是提高双馈风力发电机低电压穿越能力的有效手段。分析了DFIG机端短路时Crowbar阻值对转子电流和暂态过程的影响,指出传统Crowbar电路采用固定的阻值,无法兼顾低电压穿越过程中各阶段对该阻值的不同要求。为此提出了一种变阻值Crowbar的电路,采用这种电路只要控制脉宽就可以改变Crowbar电路的等效电阻,在电网发生地电压故障后,可以根据保护过程不同阶段的特点及时调整Crowbar电路电阻,提高双馈风力发电机的低电压穿越能力。为了验证调整效果对新设计的Crowbar电路的调整效果进行了仿真。仿真结果表明,变阻值Crowbar能够通过控制脉宽实现对Crowbar等效电阻的有效控制。     

传动链模型对风机低电压穿越能力的影响

电网电压跌落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,根据风电机组在暂态过程中的表现提出低电压穿越(LVRT)要求。考虑传动轴扭转柔性因素,应用等效质量法,建立了变速恒频风电系统传动链的一质量块等效模型和二质量块等效模型。当发生电网电压跌落故障时,对采用不同传动链模型的风电系统进行仿真比较及理论分析。     

双馈电机的Crowbar参数整定及保护特性研究

为了防止变速恒频双馈风力发电机短路电流对转子侧变换器造成损坏,常采用Crowbar保护电路。建立风力发电机短路电磁过渡过程的数学模型,通过对数学模型进行拉普拉斯变换及其反变换,求取短路电流的表达式,并求出最不利的情况下电流的最大值,在该值下对Crowbar电路的参数进行整定及保护。为了验证所整定的Crowbar电阻的精确性,分别以3 MW,2.75 MW,660 kW发电机为例进行分析,仿真结果表明,在该数学模型下,所整定的电阻提高了对Crowbar电路的旁路电阻整定的准确性,不仅能对转子侧变换器进行保护,同时也能对发电机和机械结构起到保护作用。     

弱电网下双馈风机多机系统直流电压控制时间尺度的建模与稳定性分析

研究了弱电网下双馈多机系统直流电压控制时间尺度的建模和稳定性。首先,建立了双馈多机系统直流电压控制时间尺度的小信号模型,包括直流电压控制、有功功率控制、端电压控制和锁相环,可以充分刻画风机直流电压控制时间尺度的动态特性。然后,通过特征根和主导振荡模态参与因子分析,研究影响双馈多机系统稳定性的主导风机和主导控制环路,其贡献点在于揭示不同控制带宽下影响双馈多机系统稳定性的关键因素。研究发现在双馈风机的各控制环路中,锁相环对风机稳定性的占主导地位,而直流电压环对风机稳定性的影响最小。最后,建立双馈多机系统时域仿真模型,验证了建模和稳定性分析结果的有效性。     

PSCAD/EMTDC环境下双馈风力发电机组的建模与仿真

介绍了一种在PSCAD/EMTDC环境中建立双馈风电机组模型以用于电磁暂态分析的方法。分析了风力机风速与输出转矩的关系,建立了机侧换流器的定子磁链定向矢量控制模型、网侧换流器的电网电压定向矢量控制模型,并考虑了低电压穿越控制策略。最后在PSCAD/EMTDC环境中建立了双馈风电机组的模型,仿真验证了建模方法的有效性和正确性。仿真结果表明,在PSCAD/EMTDC环境中,双馈风机建模方法能够准确地描述风电机组的电磁暂态特性。     

Reliability models for DFIGs considering topology change under different control strategies and components data change under adverse operation environments

The doubly-fed induction generators (DFIGs) are widely applied for wind energy conversion. Their reliability models are important to risk analysis of wind power systems, which has not been fully investigated due to changing topology configuration and sensitive reliability data. In this paper, three reliability models are newly proposed for the DFIGs. Under the doubly-fed mode, the DFIG is logically in series configuration with low reliability. With outage of rotor-side converter, or operation of crowbar against short current, the grid-side converter or the power grid provides var support. The DFIG operates as an induction machine, avoids tripping and yields high reliability. The DFIGs' reliability is also dependent on vulnerability of the mechanical components to the strong wind, vulnerability of the electrical components to the short current, effectiveness of the fault-ride-through capability, and possibility of strong wind and severe fault. Logistic curve is applied to modify unavailabilities of the mechanical and electrical components under the adverse operation conditions. The proposed models help to quantify the lifetime and determine the key component of the DFIGs, thus improves reliability of the wind power systems.