风电机组振动监测与故障预测系统

为了保障风电机组的安全运行,研发了风电机组振动在线监测与故障预测管理系统。其主要包含振动信号采集模块、风电场监控中心以及远程监控诊断中心3部分。振动信号采集模块完成振动信号的采集,并通过光纤交换机将信号传输到风电场监控中心;风电场监控中心主要用于显示、存储及分析振动信号特征,给出风电机组运行状况;远程监控中心通过与风电场建立联系,实现风电机组的远程监控,为实现无人值守风电场奠定基础。该系统利用振动信号时域和频域分析方法得到振动信号特征,进而确定风电机组的运行状态,并利用随机子空间方法对风电机组的故障进行预测。通过振动信号仿真分析,以及风电场实际应用分析,验证了所研发系统的有效性。     

海上风电柔性直流系统与风电机组协调控制策略

针对海上风电经MMC-HVDC并网系统岸上交流故障造成的直流过电压问题，提出一种利用海上换流站储能裕度吸收盈余功率和风电机组降低输出功率的协调控制策略。在故障期间，海上换流站采用能量控制，使其子模块电容吸收盈余功率，同时根据其当前能量的变化，抬升风电场交流电网频率，使得风电机组网侧变流器根据频率偏差协同限制注入柔性直流系统的功率，从而实现无需通信系统的直流过电压抑制。最后通过仿真验证了所提方法的有效性。     

PSS/E中风电机组的低电压穿越模拟方法

为了更加精确地研究接入电网的大型风电场与主网之间的相互影响,在PSS/E风电机组模型中低电压穿越的模拟已经成为不可或缺的环节。由于PSS/E中风电机组模型不包含低电压穿越模块,需要通过用户自定义的方法实现：用户输入风电机组机端电压启动值作为低电压穿越模块的启动标识,并输入其他几个低电压穿越曲线的形状定义参数,然后通过记录仿真时间决定风电机组是否在超出低电压穿越曲线时被切除。进而具体介绍了PSS/E中双馈变速感应风电机组和笼型定速感应风电机组的模型,并以此为基础进行实际算例仿真,通过在典型临界电压点施加不同持续时间的故障,验证了PSS/E中风电机组低电压穿越模拟方法的有效性,具有一定的工程意义。     

并网型双馈风电机组动态稳定性仿真

介绍了变速恒频双馈风电机组的基本结构，建立了双馈风电机组在d-q坐标系下的动态数学模型。应用Matlab/Simulink搭建了系统仿真模块，并对并网型双馈风电机组的动态稳定性做了仿真试验研究，结果表明：在风电系统中利用变速技术后可以提高风能的利用率，改善电力系统稳定性；变速双馈风电机组具有低电压穿越功能。     

变速恒频风电机组的有功-频率控制

电力系统中风电容量的不断增加,对电力系统调频会产生一定的影响.通过在双馈风力发电机组的控制系统中建立频率一功率控制模块,调整风电机组的风能利用率,使风电机组迅速响应系统频率变化,实现风电机组参与系统频率调节的功能.以IEEE 10机39节点为例,在系统发生切机故障导致频率下降时,所提出的方法能使风电机组配合系统调频,在...     

电压源型双馈风电机组低压穿越控制策略

在电网深度故障情况下，电压源型双馈风电机组控制环节中的惯量和阻尼作用不利于风电机组低压穿越。根据电流源型双馈风电机组的低压穿越策略提出了一种基于模式转换的电压源型双馈风电机组低压穿越控制方法，即在故障期间切换为电流源型控制方式，故障恢复后切换为电压源型控制方式。通过分析双馈风电机组电压源型和电流源型控制结构，提出基于状态变量预同步的柔性模式切换方法，实现了电压源和电流源运行模式的无冲击切换。根据风电机组低压穿越相关规定，制定暂态期间机组冲击电流抑制、有功恢复整定以及动态无功补偿方案，实现了电压源型双馈风电机组在电网深度故障情况下的低压穿越。通过仿真对上述方法的有效性进行了验证。     

风电系统故障特征分析

故障特征分析是继电保护研究的基础,文中旨在通过风电机组的受控特性并结合电力电子器件的特点,揭示风电电源对电网故障响应的电气量特征,为现阶段研究含风电系统的继电保护奠定基础。文中首先从风电机组的结构出发,分析了影响风电电源故障特征的因素;然后通过对风电机组受控特性分析,并结合单台风电机组低电压穿越测试数据,给出风电电源受控下的故障特征;最后通过风电场电磁暂态仿真模型下的故障数据和现场故障录波数据,验证了所给出的一般故障特征。研究结果表明,风电电源在控制作用下和在电力电子自身特点限制下,具有弱馈、谐波、频率偏移和电源阻抗不稳定等特征。     

风力发电机组故障预测技术研究

随着风力发电机组装机容量的快速增长,风力发电效益却远远低于预期,其主要原因在于风电机组故障频发,降低了风能利用率,同时增加了运行维护成本。为了保证风电机组的安全可靠运行,风电机组故障预测技术引起了国内外众多学者的关注。文章首先对故障预测的概念进行多角度解析,然后简要介绍了风电机组状态监测技术,着重阐述了现有的风电机组故障预测技术,最后对风电机组故障预测技术的研究难点进行总结,并对发展前景作出展望。     

海上风电机组故障容错运行研究现状分析

海上风电场可及性差,运行条件恶劣。风电机组故障率高,故障修复时间长且维护困难,一旦故障停运,经济损失巨大。统计并对比分析海上风电机组和陆上风电机组的历史运行数据,归纳海上风电机组关键部件的故障特点,分析风力发电机组常见的电气类故障及其对系统的影响。分别从软件容错、硬件容错两个方面总结现有海上风电机组容错运行的研究现状,归纳目前海上风电机组的容错方案,分析现有容错方案的应用可行性。进一步指出现阶段海上风电机组故障容错存在的主要问题,并对将来的研究热点进行了展望。     

基于Matlab的双馈感应风电机组故障运行特性分析

随着我国风电大规模发展,装机规模不断扩大,单台风电机组的容量也不断在提高。在目前的兆瓦级的风电电机组中,变频恒速的双馈异步风电机组占有很大的份额,由于双馈式风电机组能够在恒功率因数下有功无功解耦控制,因此双馈式风电机组成为研究的热点。本文从电网的故障角度出发,探讨了双馈感应风电机组的控制策略,在Matlab上搭建了风电机组模型并进行了仿真,分析了在电网故障情况下机组的运行特性。     

风力发电机组故障穿越问题综述

介绍了当今世界主流风电市场的风电并网规程,进一步研究后重点综述了风电机组故障穿越诸多问题,如低电压穿越、高电压穿越、频率穿越。还分析了三种主流风电机组故障穿越能力和电力系统之间的相互影响,汇总了三种主流风电机组低电压穿越能力的工程实现方案。最后结合多年的实际工程经验,以各国电网风电接入规程和各种风电机组故障穿越特性为线索,探讨了需要重点注意的故障穿越技术问题,并总结出了决定风电机组低电压穿越特性的12项技术要素。     

双馈风电机组故障行为及对电力系统暂态稳定性的影响

由于双馈风电机组具有不同于同步发电机的运行特性,且不同型号双馈风电机组在实现故障穿越时采用不同的控制策略,造成大规模风电并网的电力系统暂态稳定性发生变化。文中通过对双馈风电机组控制特点及故障行为的深入研究,指出双馈风电机组的故障行为由故障穿越运行控制策略决定,并给出其等效外特性。基于等面积定则定性分析了双馈风电机组接入单端送电系统后,其故障行为对系统暂态稳定性影响的机理。在理论分析基础上进行了时域仿真验证,仿真结果表明,故障期间减小双馈风电机组有功给定值、增加无功注入控制比例系数有利于系统的暂态功角稳定性,故障清除后有功恢复控制对系统的暂态功角稳定性影响不大,验证了所提理论分析的正确性。     

具有低电压穿越能力的风电接入电力系统继电保护的配合

具备低电压穿越能力的风电机组要求在一定的故障条件下不脱网,需要相关继电保护与之配合。详细分析了风电场送出线以外输电系统元件故障、风电场送出线故障、风电场内部电网故障以及风电机组本体故障情况下,输电系统保护以及风电场内部保护应有的配合关系。进一步分析了当前集中式接入风电场的继电保护配置,指出风电机组保护及变流器保护选择性不强,在风电场内部保护或系统保护动作切除故障之前,风电机组已经脱网,而且将风电网等同于单侧电源的配电网,没有考虑风电机组对短路的贡献。最后分析了单风电机组本体保护、风电场主变保护、风电场送出线保护需要进行的改进,以保证低电压穿越能力的发挥,并指出各保护需要注意的问题。     

双馈变流器控制策略对风电场低电压穿越能力的影响研究

风电场低电压穿越能力与风电机组在故障期间的响应特性、风电场集电系统、无功补偿装置性能和接入电网条件等因素密切相关,其中故障期间单台风电机组的无功电流特性尤为重要。为了分析故障过程中风电机组无功电流特性对风电场稳定性的影响,基于通过验证的风电机组模型,在电力系统仿真软件DIgSILENT/PowerFactory中搭建了100 MW风电场的详细模型,包括风电机组、箱式变电站、场内馈线、主变压器、无功补偿装置和送出线路等。在不同电网强度下,对比分析风电机组在故障过程中具备吸无功、发无功不同特性时,风电场在故障过程中的电压分布、并网点有功和无功的暂态特性。研究结果表明,风电机组具备灵活的无功电流调节能力对风电场故障穿越能力的实现至关重要。     

考虑风电不确定性和机组故障停运风险的两阶段鲁棒机组组合

发电机故障停运是电力系统运行中的不确定事件。目前在含风电鲁棒机组组合中考虑机组故障停运的方法,不同程度地忽略了机组故障停运的概率特征,难以较好描述机组故障停运风险。在含风电鲁棒机组组合模型的基础上,引入电量不足期望以量化机组故障停运风险,基于成本收益分析建立了考虑风电不确定性和机组故障停运风险的两阶段鲁棒机组组合模型,并提出计算电量不足期望的简化模型以提升计算效率。基于改进的IEEE-RTS 26机系统验证所提模型和方法,结果表明该方法能较好考虑风电不确定性和机组故障停运风险的影响,该简化模型能显著减小问题求解规模、缩短计算时间。     

风电机组故障知识的获取表达与推理框架

针对目前风电机组故障种类多、故障知识关联关系复杂、知识表达差异化大、知识推理效率低等问题，提出了风电机组故障知识的获取表达与推理框架。首先，通过基于故障树分析方法的故障模式及影响分析方法，全面获取并梳理出风电机组故障排查与检修维护的专家知识；然后，借助本体理论将非结构化的专家知识进行结构化表达，形成知识图谱，将知识可视化展示；同时，结合本体自定义规则以及因果推理模型实现故障原因的查询推理，提高了知识查询与推理的效率；最后，通过具体的机组故障案例说明了本方法的实用性。研究结果可为风电场运维检修工作的智能化发展提供方向。     

风电机组突发性故障状态检修决策模型研究

正风电机组的突发性故障会给风力发电中心带来极为严重的停机损失,为此提出一种基于状态机会检修原理的风电机组突发性故障检修决策模型。提取风电机组振动单元的故障信号特征,并对高频信号进行降频和消噪处理;依据风电机组的状态机会检修原理,分别设定模型的故障机会阈值函数和工作状态阈值函数,并识别出系统产生突发性故障风险的概率;基于临界矩阵确定出风电机组不同组成部分之间的故障相关性,进而实现对风电机组突发性故     

应用STATCOM提高DFIG的低电压穿越域

为衡量风电机组的低电压穿越能力,提出了低电压穿越域的概念,分析了在并网点接入STATCOM对于风电机组低电压穿越的影响。推导出3种不对称故障期间转子感应电动势峰值与转差率的关系,以转子侧最大控制电压为约束得到风电机组低电压穿越域。在PSCAD中建立了含STATCOM的风电仿真模型,并进行了仿真实验。结果表明:STATCOM在电网故障后抬高了机端电压,降低了转子感应电动势峰值,提高了风电机组的低电压穿越域,并发出无功功率支撑电网,确保风电机组并网运行,提高电网的安全稳定性。     

基于储能与风机协调控制的电压故障穿越策略

针对风电机组电压穿越问题，提出一种基于储能与风机转子协调控制的电压故障穿越控制方法。利用风电机组转子惯量响应配合储能功率响应，调节故障期间风机的输出有功功率，进而减少储能装置所需补偿功率与容量，同时保证风电机组并网电压维持在正常水平，从而提高风电机组电压故障穿越能力。最后，在MATLAB/Simulink仿真平台搭建双馈感应发电机和永磁同步电机模型，分别对电压对称跌落、不对称跌落与电压抬升进行仿真验证。仿真结果证明了所提故障穿越控制方法的有效性。     

静止同步补偿器增强风电场的低电压穿越能力的应用分析

提出利用静止同步补偿器(static synchronous compensator,STATCOM)快速补偿无功功率以增强双馈式风电机组和直驱式风电机组的低电压穿越能力.首先阐述了风电机组的动态模型,然后给出了STATCOM控制模型,最后将STATCOM装置应用到合风电场的电力系统中,比较加装STATCOM前后母线56和母线12的电压以及风电机组输出功率的变化情况.仿真结果表明,STATCOM能有效地帮助风电机组在电网发生故障后恢复机端电压和故障点电压,并防止风电机组输出功率振荡,使风电场在故障发生后能保持连续运行,增强了风电机组的低电压穿越能力.