具有低电压穿越能力的集群接入风电场故障特性仿真研究

结合风电机组的结构和并网原理,对直驱风电机组提出了"卸荷电路+无功补偿"的低电压穿越改进控制方法,对双馈风电机组采用了DC-Chopper和SDBR(series dynamic braking resistor)代替Crowbar的低电压穿越改进控制方法。以PSCAD为平台分别构建了具备低电压穿越能力的直驱风电机组和双馈风电机组的并网仿真模型;结合风电并网技术规程,采用电压跌落器仿真验证了直驱、双馈风电机组在电网电压跌落下的低电压穿越能力。参照新疆达坂城实际风电场群接入系统方案,构建了包含具备低电压穿越能力的直驱、双馈风电机组的集群风电场仿真算例,研究了风电场送出线故障、集群风电场送出线电压跌落、系统线路电压跌落时风电场群故障穿越特性。仿真结果表明:集群接入风电场送出线电压跌落会影响相邻风电场及系统的电压和频率,故障结束后整个风电接入系统可以在风电接入技术规程要求的时间内恢复至稳态运行状态。研究成果有助于分析风电大规模集群接入系统的运行特性,提高电力系统对风电的接纳能力。     

一种PMSG低电压穿越综合控制策略

分析了关于直驱风电机组的不同低电压穿越方法的优缺点,结合直驱风电机组结构特点,提出一种能适应于不同电压跌落情况下的低电压穿越综合策略,即减少发电机出力,将变阻值卸荷电路和桨距角控制相结合,以避免直流电容过电压和发电机超速为原则,确保发电机和变流器的安全运行;网侧逆变器提供无功支持,同时采用基于磁控电抗器(Magnetically Controlled Reactor,MCR)的动态无功补偿装置进行无功补偿。在PSCAD平台上构建基于综合控制策略的直驱永磁风电机组模型,通过仿真验证了不同电压跌落下的直驱永磁风电机组低电压穿越能力,以及综合控制策略的可行性。研究表明低电压穿越综合策略能兼顾提升机组低电压穿越能力和故障穿越结束后风电机组的稳定运行能力。     

基于电压跌落程度及变阻值的DFIG低电压穿越综合策略

提出一种"直流卸荷电路+定子动态变阻值撬棒保护(stator dynamic series resistor crowbar,SDSRC)+静止无功补偿器+网侧无功控制"的综合控制策略,并从电压跌落程度、功率损耗角度出发,考虑SDSRC适用范围,将控制策略分为两种模式,其中SDSRC取值为动态变阻值,以能更好地适应电压跌落水平的变化,起到提升机组低电压穿越能力和稳定运行能力的作用。在PSCAD平台下构建基于综合控制策略的双馈风电机组模型,通过仿真验证了不同电压跌落下的双馈风电机组低电压穿越能力,以及两种模式的综合控制策略的可行性。研究结果表明,所提方法不仅能有效保护机组直流侧电容和转子变流器,增强机组低电压穿越能力,而且增强了故障穿越后机组和系统运行的稳定性,克服了传统crowbar技术的弊端。     

基于MSVC和Crowbar的DFIG低电压穿越控制策略

撬棒电路是提高风电机组低电压穿越能力的有效方法之一,为了改进撬棒电路的性能,加装无功补偿装置与其相互配合。针对现存无功补偿装置的不足,提出了一种采用基于磁控电抗器(Magnetically Controlled Reactor,MCR)的动态无功补偿装置(MSVC)和撬棒(Crowbar)保护电路实现双馈风电机组低电压穿越的控制策略。在Matlab/Simulink中构建了基于控制策略的双馈风电机组模型,仿真验证了不同电压跌落下的双馈风电机组低电压穿越能力,不仅有效保护了机组转子变流器,提高了风电机组低电压穿越能力,而且增强了故障穿越后机组和系统运行的稳定性。     

提高直驱永磁风机低电压穿越能力的控制策略

为提高直驱风电机组低电压穿越能力和改善故障穿越后风电机组的稳定运行能力,提出了一种基于变阻值和变功率因数无功控制的直驱风电机组低电压穿越综合控制策略(the comprehensive control strategy, CCS)。在直流侧采用IGBT与变阻值卸荷电阻串联构成变阻值卸荷电路,且在长时故障时引入磁控型动态无功补偿装置进行无功补偿,根据实际电压值与预设电压阈值的比较结果动态投切卸荷电路。在网侧根据电压跌落程度所处的阶梯范围,动态调整直驱风电机组发出的无功功率。在PSCAD/EMTDC中搭建了直驱风电场的仿真模型,应用某实际运行的1.5 MW直驱风机参数,在卸荷电阻值、无功功率因数分别不同时仿真验证了该控制策略的有效性。结果表明:该控制策略不仅能够提升机组的LVRT能力,而且可以改善故障穿越结束后机组的稳定运行特性。     

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。     

双馈风电机组低电压穿越能力的研究

随着风电机组容量的逐年增大,为减少大规模风电接入系统对电网的影响,对风电提出了新要求,即风电机组具有一定的低电压穿越能力。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动态数学模型。以Matlab/Simulink为仿真平台搭建了系统仿真模型,结合风电场低电压穿越能力要求的规定,针对不同电网电压跌落的情况下,仿真研究了变速恒频风电机组的低电压穿越能力,结果表明：双馈风电机组在电网电压跌落时满足继续并网运行的条件,且为电网电压恢复提供了无功,提供的无功功率大小与电网电压跌落程度有关。     

风电场低电压穿越与无功补偿协调控制对电网稳定性的影响

为提高风电机组低电压穿越能力及电压跌落期间含风电地方电力系统的暂态稳定性。提出了电压跌落期间,风力发电机组撬棒保护电路与磁控型动态无功补协调控制的控制策略。电网电压跌落程度较浅时不投入保护电路,仅靠无功补偿实现风电机组低电压穿越。电网电压跌落程度较深时撬棒保护电路与无功补偿装置共同投入以提高风电机组低电压穿越能力。通过算例仿真,验证所提控制策略显著提高了电压跌落期间系统的暂态稳定性。     

基于变结构准Z源的双馈风电机组强励变换器

当电网电压发生深度跌落时,需要风力发电系统不脱网且向电网提供动态无功支撑,采用传统励磁变换器的双馈风电机组往往需要通过外加装置才能实现这一要求.外加装置使系统变得复杂,可靠性和效率降低.针对这一问题,文中分析了双馈风电机组低电压穿越的瓶颈,提出了构建坚强励磁系统的思想,并设计了一种基于变结构准Z源的新型双馈风电机组强励变换器.将传统的电容型母线替换为准Z源网络,当电网正常时该变换器运行于可调电压的单电容型母线状态,当电网电压发生深度跌落时,该变换器可以迅速升高直流链电压,从而保证转子侧变换器在故障期间始终可控.搭建了双馈风电机组低电压穿越仿真与实验系统,仿真与实验结果表明所提强励变换器拓扑具有良好的稳态与动态性能,在电压深度跌落时能够有效控制转子电流,实现双馈风电机组的低电压穿越和无功支撑.     

基于SDR的双馈异步风电机组低电压穿越方案研究

随着风电并网容量的快速增加,电力系统对并网风电机组低电压穿越能力的要求也越来越高。提出基于串联动态电阻(SDR)的双馈异步风电机组低电压穿越新方法,介绍了其拓扑结构与工作原理,通过电网正常运行和发生低电压故障情况下双馈异步风电机组数学模型论证了方法的可行性。在Matlab/Simulink中建立了风电机组的仿真分析模型以验证其有效性,仿真结果表明,该方法可以实现电压跌落期间双馈异步风机不脱网稳定运行,同时选择SDR电阻时既要保证转子电流在安全范围内,还要考虑限制故障过程中的过电压。     

电网电压跌落下无刷双馈发电机低电压穿越控制

电网电压跌落的瞬间,风力发电机定子和转子产生冲击电压和冲击电流,对电网安全造成影响。为实现无刷双馈风力发电机低电压穿越,保证风电机组在电网电压跌落下不间断运行,对电网电压跌落下无刷双馈发电机定子电压和电流进行暂态分析,搭建了无刷双馈发电机在功率绕组静止坐标系下的数学模型,推导并分析了电网电压跌落瞬间其功率绕组磁链、控制绕组电压动态变化过程,并提出一种积分滑模直接功率控制与故障穿越控制相结合的控制策略,完成无刷双馈发电机低电压穿越控制。通过MATLAB/Simulink和半实物仿真试验平台进行验证,仿真和试验结果证明所推导功率绕组磁链和控制绕组电压动态变化过程的正确性及控制策略的有效性,该控制策略有效抑制了定子控制绕组侧电压和电流畸变,提高了无刷双馈发电机的低电压穿越性能。     

基于模型预测控制的风电场故障穿越有功无功优化控制策略

电网故障易造成并网风电场内风力发电机端电压骤变进而导致风力发电机跳闸,威胁风电场的安全运行.提出一种基于模型预测控制(Model Predictive Control,MPC)的风电场故障穿越有功无功优化控制策略.首先,基于下垂控制,根据并网点(Point of Common Coupling,PCC)电压得出故障下的...     

基于超级电容储能的大容量直驱风电机组低电压穿越策略

模块化多电平换流器(modular multilevel converter, MMC)可用作大容量风电机组的换流器,其具有良好前景,但需要解决风电机组低电压故障时易脱网运行的问题。鉴于此,提出了一种基于超级电容储能的低电压穿越策略。考虑超级电容的利用效率和变流器的约束条件,通过DC-DC变换器对超级电容的储能模式进行控制,实现故障期间机、网侧的功率平衡,以稳定直流侧母线电压。按照海上风电场规定,确定了故障期间网侧MMC有功无功电流分配原则,向电网提供动态无功以帮助恢复电网电压。仿真结果表明,当并网点发生故障时,所提策略不仅能较好地稳定直流母线电压,保障了MMC功率器件安全运行,还可以补偿无功以改善电网电压,提高了大容量直驱风电机组的故障穿越能力和运行稳定性。     

考虑转矩失衡的定子Crowbar双馈风电机组的低电压穿越技术研究

针对故障期间定子Crowbar阻抗计算仅考虑抑制转子侧过电流而忽略风机转速加速问题,提出了一种考虑转矩失衡的定子Crowbar双馈风电机组低电压穿越技术。电网发生故障时,考虑系统间存在不平衡转矩,求解了使风电系统稳定的临界定子Crowbar电路阻抗并结合定子电流跟踪控制策略间接控制风电机组输出功率。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、超速风险及稳定直流母线电压,并向电网提供无功功率及故障后较快的有功功率恢复速度。     

电网对称故障时双馈感应发电机不脱网运行的系统仿真研究

利用经实验验证的时域仿真模型对一典型的2MW双馈感应风力发电系统在电网对称故障时的控制和响应进行仿真研究。与在电网故障时将转子端部直接短接的保护方案相比较,采用所提出的电网故障励磁控制与正常运行时的风能跟踪控制相结合,可以保证发电机迅速恢复有功输出,从而提高整个电力系统在故障切除后的运行稳定性。针对电网对称故障时发电机不脱网运行的可控范围进行仿真计算的结果表明:典型双馈感应风力发电机可在电网故障引起发电机变压器系统侧电压最低下降到30％额定电压时仍可保持不脱网运行。对影响电网故障励磁控制性能的各种因素,包括发电机故障前初始运行点及电机参数进行了研究,发现适当增加发电机漏感或定予侧电阻有助于进一步提高电网故障时励磁控制的效果。     

计及阻容式撬棒的混合型风电场协同控制及故障特性分析

为解决混合型风电场低穿措施复杂难以协同及低穿后故障特性难以分析的问题,提出双馈风电机组应用阻容式撬棒以改善低电压穿越期间混合型风电场的频偏及无功特性。首先建立双馈风电机组群与永磁直驱风力发电机组群模型,通过分群聚合等效的方法建立混合型风电场简化等效模型。在此基础上,分析计及阻容撬棒的混合型风电场故障期间各类型风电机组的无功调节能力及调节特性。据此制定混合型风电场的无功协同控制策略以优化低电压穿越期间无功输出能力,分析采用协同控制策略后混合型风电场的短路特性,并对短路电流进行解析。最后基于PSCAD/EMTDC仿真软件建立了混合型风电场仿真模型,对协同策略的有效性及故障电流表达式的正确性进行仿真验证。     

UHVDC闭锁引发风电场暂态过电压分析及HVRT协调控制

针对特高压直流(UHVDC)闭锁引发送端风电场高电压穿越(HVRT)问题,建立了UHVDC输电送端风电系统数学模型,研究了UHVDC闭锁对送端风电场过电压的影响,分析了过电压对永磁直驱风电机组的影响及机组功率可控域。提出了基于机组可控域划分的风电机组和静止同步补偿器相协调的风电场HVRT控制策略,在机组可控域内,风电机组利用其动态无功补偿实现HVRT,当超出机组可控域时,风电场集中无功补偿装置与风电机组协调控制实现HVRT。最后,在PSCAD/EMTDC中建立系统仿真模型,验证了理论分析与控制策略的准确性与有效性,直流闭锁引发风电机组高电压脱网的风险得到降低。     

动态无功补偿对风电场暂态电压的影响及控制策略

近年来大规模风电机组连锁脱网事故频发,严重威胁电网安全稳定运行,风电机组脱网机理与防御控制策略需深入研究。首先从理论上分析了含动态无功补偿装置的风电场在电网故障期间风机机端高电压现象的机理,仿真分析了静止无功补偿器（static var compensator,SVC）响应时间对风电场暂态电压特性的影响,指出SVC暂态无功调节的滞后性是导致故障下风电机组因高电压脱网的主要因素,并提出了电网故障下风电场的无功协调控制策略：即通过协调SVC与风机自身无功出力,在故障发生时紧急闭锁SVC,投入风机跨接器（Crowbar保护电路）,在故障清除后经一定延时重新投入SVC,从而提高风电机组的故障穿越能力。仿真结果表明该文提出的控制策略能有效抑制故障下风机高电压脱网问题。     

基于DVR的双馈风电机组不对称电压故障穿越

基于动态电压恢复器DVR(Dynamic Voltage Restorer)能够在短时间内恢复电压的特点,研究了DVR协助双馈风电机组穿越不对称电压故障的能力。针对双馈风电机组,选择了合适的DVR拓扑结构及其补偿策略,分析了基于比例-谐振PR(Proportional-Resonant)控制器的DVR控制方法,并提出采用单环电压反馈控制的策略。利用PSCAD/EMTDC搭建的详细仿真平台,展示了在DVR的保护下双馈风电机组成功穿越不对称电压故障的能力及其改善的瞬态性能。