基于Crowbar的双馈风力发电低电压穿越研究

随着风力发电机容量和风电规模的增加,要求双馈感应发电机(DFIG)能够实现低电压穿越(LVRT)能力。在电网电压跌落的对称故障下,针对原有LVRT技术的不足,提出一种采用主动式Crowbar电路的控制策略。在电压跌落后,转子电流突升时,触发Crowbar电路,旁路转子侧变换器;在电流恢复到一定程度时,断开Crowbar电路,使转子侧变换器投入工作。通过有、无Crowbar电路仿真对比表明,该方法可较好地控制转子过电流、母线过电压及电磁转矩的振荡,同时在故障期间向系统输送无功,达到LVRT的要求。     

电网故障条件下双馈机组运行特性分析及其协调控制

电网发生暂态故障情况下,风力发电机定、转子均会出现过压、过电流等一系列问题,若不采取及时有效的应对措施,会导致风电机组大规模解列,将使电网故障进一步恶化。为防止上述情况出现,提高风电机组应对电网暂态故障的能力,详细分析了电网故障时双馈感应风力发电机的运行特性,提出了一种电网故障条件下转子侧变流器与Crowbar电路的协调控制策略。重点研究了转子侧变流器与Crowbar电路在暂态故障期间状态切换逻辑;在低电压稳态运行期间,提出采用不同故障类型下的相应控制方法,即对称跌落时采用常规PI控制,不对称跌落时采用PIR控制;并给出了整个跌落期间双馈发电机完整的协调控制流程图。最后基于理论分析,研制了40 kW双馈型风电模拟系统,将该系统应用于电力系统动模试验系统进行实验验证。实验结果表明,采用该协调控制策略,在电网暂态故障下,能有效改善双馈发电机定、转子过流、过压的情况,实现了双馈感应发电机在电网故障时的低电压穿越功能。电力系统动模试验系统与真实电网仿真度较高,研究成果对大功率机组增强应对电网故障能力具有重要的参考意义。     

变桨距双馈风力发电系统低电压穿越控制

基于Crowbar电路的并网运行双馈风力发电系统(DFIG),在电网电压发生跌落期间,发电机定、转子绕组需要吸收大量无功功率并产生冲击电流。基于低电压故障期间DFIG系统的运行分析,建立了变桨距角控制模型,通过调节桨距角,抑制发电机转差率增大,降低系统无功吸收量。建立了Crowbar电路中串联电阻整定规则,合理选定电阻值可有效抑制发电机暂态电流幅值。PSCAD/EMTDC暂态仿真结果表明,在低电压故障期间,变桨距控制和Crowbar保护电路的协同作用,可有效降低系统无功功率吸收并抑制转子暂态电流幅值,从而提高了DFIG系统的低电压穿越能力。     

基于定子侧新型Crowbar的双馈发电机低电压穿越研究

针对电网电压跌落时投入现有被动式转子Crowbar保护,只能实现对双馈风电机组的系统保护,而无法实现低电压穿越的不足,提出故障时在定子中串接由电感组成的新型Crowbar。首先从理论上对双馈发电机电压跌落极限下激起的电磁过渡过程进行分析计算,揭示影响电磁过渡过程的本质规律。在此基础上,给出双馈发电机在电压跌落极限下新型Crowbar电感值整定方法及励磁控制策略。理论分析和仿真结果表明,新型Crowbar与控制策略相结合即使在电压跌落极限下,也能够对双馈发电机转子侧变流器提供保护,并向电网提供无功支撑,实现电压跌落极限下低电压穿越。     

基于平均斜率控制的Crowbar双馈异步电机低电压穿越

针对双馈感应电机低电压穿越提出一种新的撬棒电路。传统的Crowbar电路采用固定阻值的电阻已经很难满足抑制转子电流、缩短撬棒电路工作时间的要求,有些研究提出了Crowbar并联动态电阻的双馈风力发电机低电压穿越方案,但接入Crowbar电路的并联电阻只是给出一个上限值,不能在电网电压不同程度跌落情况下都能取得好的穿越效果。因此,提出一种基于电流变化率大小动态改变Crowbar电阻值的双馈感应电机低电压穿越方案。此方案与Crowbar并联动态电阻方案进行比较,Matlab/Simulink仿真结果表明上述方法效果更好。     

组合保护下双馈风力发电机组低电压穿越能力的分析

提出了一种基于发电机转子侧Crowbar电路和变流器直流侧Chopper电路共同作用的组合式保护控制策略。借助PSCAD／EMTDC仿真软件,搭建双馈风力发电机组系统仿真模型。针对电网三相对称短路故障,进行上述组合式保护控制策略的仿真研究和验证。仿真结果显示,在这种组合式保护控制策略的作用下,双馈风力发电机实现了电网电压深度跌落时的低电压穿越。     

基于转子串阻容的双馈风机低电压穿越能力优化

为了优化电网电压发生不对称故障时双馈风力发电机(doubly fed induction generator,DFIG)的低电压穿越(low voltage ride through,LVRT)能力,提出一种优化方法,即在转子侧串联电阻和电容改善DFIG的LVRT能力。传统的Crowbar方法中,故障期间DFIG将产生不可控的情形并且吸收一定无功,不利于电网电压恢复。而采用转子串阻容方法,限制了转子侧电压的负序分量和直流分量,抑制了转子开路电压和转子过电流,保证了DFIG在故障期间可控状态,并提供无功,有利于电网电压的恢复。仿真结果表明,所提方法能使DFIG成功进行低电压穿越,保证了DFIG在故障期间可控。     

三相对称故障下双馈风力发电机控制策略

随着风力发电系统的日益普及,双馈风力发电机作为一种最常用的风力发电机,问题已逐渐凸显。由于风能不可控因素多,稳定性差,给电网控制带来了诸多不确定因素。为研究双馈风力发电系统在电网发生三相对称故障时的故障保护技术,首先采用数学分析的方法对双馈风机进行建模,分析了三相对称故障下风机的运行状态;随后搭建了Crowbar保护电路,利用电压跌落发生器模拟电压跌落,在实验平台进行试验;最后进行仿真验证。通过实验及仿真可以看出Crowbar电路对转子侧电流的突增有明显的抑制作用,采取增加Crowbar电路的方法来实现三相对称故障下的低电压穿越是可行的。     

Crowbar保护电路参数选择对双馈风电系统低电压穿越的影响

在电网电压严重跌落故障下,通常采用转子侧增设Crowbar保护电路实现双馈风电系统低电压穿越(LVRT)运行,而不同的Crowbar退出时间和阻值对LVRT性能影响较大。针对双馈感应发电机(DFIG)系统机端三相短路故障,从磁链角度推导出转子侧暂态电流及其最大估算值,根据短路电流和直流母线耐受电压,给出Crowbar串联电阻值的整定范围。在MATLAB/Simulink平台进行仿真研究,结果表明,为防止电网电压恢复时Crowbar电路再次动作,可采取故障消除后切除Crowbar电路方案;在约束范围内,Crowbar电路阻值有利于暂态电流加速衰减,提高DFIG系统LVRT能力。     

双馈风电机组低电压穿越的Crowbar优化控制策略分析

双馈风电机组的低电压穿越通常采用在转子侧加撬棒保护电路（Crowbar）的方法。为有效评估双馈风电机组的故障暂态行为,首先分析了电网故障期间撬棒投入后的机组定转子电流特性,讨论了撬棒阻值的取值范围。在此基础上,以PSCAD/EMTDC为平台,建立包含撬棒保护电路的双馈风力发电机组模型,分析了2种撬棒控制策略下的机组动态响应,提出了一个评价机组动态响应的指标函数,对仿真结果比较分析,得出了双馈风电机组在不同电压跌落情况下实现低电压穿越的撬棒优化控制策略。