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。     

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。     

考虑Crowbar动作特性的DFIG风电场短路电流特性分析

随着风电场并网容量的不断增加,分析风电场短路电流特性也愈加重要。电网发生不对称故障时,双馈风力发电机的短路电流与电网发生对称故障时的短路电流有差异。另外,受Crowbar动作特性的影响,加装Crowbar保护的双馈风力发电机在不同机端电压跌落程度中的短路电流也不同。为全面分析风电场的短路电流特性,首先推导了双馈风力发电机适用于对称故障及不对称故障下,计及Crowbar动作特性的短路电流解析式;然后基于Crowbar动作区域曲线,判断风电场中各双馈风力发电机Crowbar的动作情况;以Crowbar是否动作作为分群准则,将风电场分群等值为两机模型,在此基础上进行风电场的短路电流计算。文章利用Matlab/Simulink仿真软件,验证了对称故障及不对称故障下计及Crowbar动作特性的风电场短路电流计算方法的正确性。     

基于Crowbar与动态电压恢复器提高风力机低电压穿越

针对双馈式风电机组,文章提出了Crowbar与动态电压恢复器组合电路实现DFIG低电压穿越。在电网故障时,通过采用DVR的完全补偿法控制策略来补偿电网故障电压,从而使风电机组定子端电压保持恒定;并且Crowbar在电网故障比较严重时投入与DVR同时作用,Crowbar以限制双馈电机转子侧的过电流。最后在PSCAD/EMTDC中构建仿真模型,仿真结果表明,在电网故障时,投入DVR与Crowbar电路,可将电网电压恢复到额定值,并及时有效地抑制了转子侧的过电流,进而提高了风电机组的低电压穿越能力。     

双馈风电机组Crowbar保护电阻阻值优化整定

电网发生故障导致双馈感应发电机转子绕组经Crowbar保护电阻Rcb短接后,将引发风电机组后续的暂态过程。在后续的暂态过程中,如果Rcb阻值不当,一方面将危及转子侧变流器运行安全,另一方面将导致风电机组电磁转矩和机械转矩不能达到新的平衡,引起转子加速,可能触发超速保护动作,致使风电机组发生超速脱网。仅考虑保障转子侧变流器运行安全整定Rcb阻值,将使风电机组存在超速脱网风险。分析Rcb阻值对Crowbar保护动作后双馈风电机组转矩平衡关系的影响,推导双馈风电机组发生超速脱网的边界条件。在此基础上,提出综合考虑保障转子侧变流器运行安全和降低超速脱网风险的Rcb阻值优化整定方法。仿真结果表明方法的有效性。     

考虑低电压穿越影响的双馈感应 发电机谐波电流特性

双馈感应发电机（DFIG）作为当前应用最广泛的风力发电机,其特殊的结构使其故障运行特性十分复杂,尤其在低电压穿越（LVRT）运行状态下,已对电网安全运行和保护控制的顺利实施造成一系列影响。目前对DFIG的短路电流特性已有大量研究,但是针对定转子电流谐波特性的研究还鲜有报道。考虑LVRT的影响,对电网不对称故障情况下DFIG定、转子谐波电流的特性进行研究。从电磁暂态过程的角度详细推导了Crowbar动作后的DFIG定子谐波电流的解析表达式;在Crowbar未动作时,从转子侧变流器影响机理出发,研究了由变流器控制引起的定、转子谐波电流的产生机理。所得结论通过仿真进行了验证     

双馈风机磁链暂态特性分析及Crowbar电路的改进

基于双馈感应风力发电机两相静止坐标系下的数学模型,推导了电压跌落和恢复过程定转子磁链的表达式,并利用空间矢量图分析了磁链的变化规律。当故障持续时间较短,且电压恢复时刻为半工频周期的奇数倍时,电压恢复时的过电流较电压跌落时更为严重。针对这一问题,对Crowbar电路的结构及控制策略进行了改进。通过PSCAD/EMTDC仿真软件验证了理论分析和改进方案的合理性。     

Crowbar优化控制策略下的双馈风机无功调节能力研究

在分析双馈风机(DFIG)无功调节原理的基础上,根据最新的低电压穿越要求,建立优化的Crowbar控制策略,进而提出在电网严重故障期间内,Crowbar投入时由网侧变流器充当STATCOM为电网提供无功,Crowbar退出时无功输出继续由转子侧变流器励磁调节控制,推导出DFIG网侧及定子输出无功功率极限的表达式,结合优化的Crowbar控制策略研究DFIG的无功调节能力,最后利用RTDS平台进行仿真验证。结果表明,DFIG的无功调节能力与理论分析一致,在电网故障期间,应用此控制策略的DFIG可连续提供最大无功支持,且能帮助恢复电网电压。     

双馈风力发电系统在电网故障下的动态响应分析

该文在建立电网故障时双馈发电机定子电压空间矢量模型的基础上,对双馈感应发电机以及变换器在电网不对称故障及对称故障时的动态响应特性进行了详细的定量和定性分析,揭示了双馈发电系统暂态故障响应的本质及各电磁量的变化规律.推导出了双馈发电机电网故障电流的最大值及其发生时刻.并在此基础上,提出了实现风电机组故障穿越技术的基本准则.     

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。     

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.     

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。     

双馈感应风力发电机三相短路电流分析与仿真研究

基于DFIG精确暂态数学模型,深入研究了机端三相短路所激起的双馈电机电磁过渡过程产生的机理及定、转子电流中各频率成分之间的依存关系,并详细推导了三相短路电流的解析表达式, 在此基础上,深入分析了定子和转子绕组阻值对短路电流幅值的影响规律,得到抑制短路电流最佳阻值,实际仿真验证了分析结论的有效性。此研究对于深入探索风机crowbar保护的电阻值整定及短路电流抑制措施都有十分重要的意义。     

适用于双馈风电机组的主动式crowbar电路

针对双馈型风电机组低电压穿越时的工况,在分析该工况对crowbar电路要求的基础上,概述了相关的技术背景,详述了crowbar电路的相关问题。     

双馈感应式风力发电系统低电压运行特性研究

双馈感应发电机（DFIG）具有有功、无功功率独立调节能力及励磁变频器所需容量小等优点,在风力发电系统中得到越来越广泛的应用。但正是励磁变频器的过流能力限制使得其对电网故障非常敏感,电网故障下DFIG风电机组的控制能力受到限制。当前国外大多数风电并网标准都要求风力发电机在电网电压跌落的情况下不能从电网中解列,以便在故障后电网恢复过程中提供功率支持,避免发生后续更为严重的电网故障,这即是对风电机组低电压穿越能力的要求。为了保护变流器和对电网提供支撑,需要研制一种能够在电网故障发生时为故障电流进行旁路的设备——Crowbar电路。针对Crowbar的电流旁路装置进行了研究,说明Crowbar电路具有抑制转子浪涌电流和保护直流母线的作用,并在小功率平台上进行了试验,证明了这种设备对于提高DFIG系统的LVRT能力具有重要的作用。     

并网双馈风电机组低电压穿越能力研究

详细分析了双馈风电机组LVRT功能的实现原理,并在电力系统仿真分析软件PSASP中建立双馈风电机组的LVRT功能模型,采用地理接线图直观地表示风电场外部系统发生短路故障瞬间对风电机组端电压的影响．并以我国某地区电网为例来分析在风电场接入方式不同的情况下系统短路故障对风电机组的影响。根据仿真结果给出风电机组LVRT能力的最低电压限值要求。最后提出了利用串联制动电阻来提高风电机组的LVRT能力的新方法。分析结果表明,串联制动电阻能够可观地提高风电机组的低电压穿越能力。具有较高LVRT能力的风电机组。可以节省一定的投资费用,在一定程度上降低了风电的上网电价。     

静止无功发生器在风电场电网故障时作用的研究

分析了双馈异步发电机（DFIG）在电网电压跌落时的暂态过程,通过人工接地短路试验测试了风电场升压站内110 kV母线电压和风机出口处电压、电流的故障波形。针对风电场在故障时存在的问题,对静止无功发生器（SVG）在提高DFIG低电压穿越能力中的作用进行了仿真,并通过现场试验对仿真的结论进行了验证。