风力发电低电压穿越技术综述

近年来风力发电占供电比重增长迅速.在电网出现故障导致电压跌落后,风力机组如果纷纷解列会带来系统暂态不稳定,并可能造成局部甚至是系统全面瘫痪,故人们开始关注风机并网并相应提出了低电压穿越(LVRT)要求.文中详细分析了定速异步风机(FSIG)、同步直驱式风机(PMSG)和双馈式风机(DFIG)三种主要机型在电网电压跌落时的暂态特性,并综述了国内外提出的主要LVRT方案.重点分析了最难实现穿越的双馈风机的LVRT方案.     

不同风电机组对电网暂态稳定性的影响

为了研究由恒速异步风力发电机、双馈异步风力发电机和直驱永磁同步风力发电机组成的风电场对电网的影响，利用DIgSILENT/Powerfactory建立了风电场的动态模型，通过仿真分析比较了上述3种风电场对电网暂态稳定性的影响，以及风电场出口电压恢复情况和风电场的无功变化等，得结论：恒速异步风力发电机的稳定性较差，双馈异步风力发电机和直驱式交流永磁同步风力发电机能够提高电网发生故障后同步发电机的短期电压稳定性，减小系统所需的无功储备，有利于电网的电压稳定。     

异步风力机风速突变对并网系统影响分析与防护措施

在含异步风力机风电场电网中,风电场风速的突变将会对电网系统造成影响。研究了含异步风电机组的风电场在风速突变条件下对接入电网的电压、电流、有功、无功的影响情况。通过动态模拟仿真,在风速突变时,接入点的电压水平和风力机的风能利用率都有明显下降,并仿真分析了STATCOM对接入点的电压水平和风力机的风能利用率的影响。最后讨论了平移突变风速、变桨距控制风速突变等防护措施的可行性,保证异步风电场在风速突变时正常运行。     

框架断路器在风电行业的应用

框架断路器和接触器是并网柜的核心元器件,而并网柜则是变流器柜的重要组成部分。变流器柜在风机整装的所有部件中扮演着十分重要的角色,它集控制、数据采集、逆变和并网于一体,完美诠释了核心控制柜的意义。当今电风机组按照其结构特点主要分为双馈感应式异步发电机（以下简称双馈式）和永磁直驱同步发电机（以下简称直驱型）两类。     

风力发电机两种主要机型的对比

双馈异步发电机和直驱型永磁同步发电机是变速恒频发电机组的主要机型。本文从发电成本、低电压穿越能力、可靠性等方面对双馈异步发电机和直驱式永磁同步发电机在风力发电中的应用做了比较,指出直驱式永磁同步发电机在大部分方面都具有较为明显的优势,但是也存在体积偏大的缺点。     

变步长爬山法在双馈风力发电系统最大风能跟踪控制中的应用

变步长爬山法能不依赖风速检测或风机功率—转速特性曲线而实现风力发电系统的最大风能跟踪,具有良好的应用前景。首先根据风机运行特性给出了直流机模拟风机方案,详细论述了变步长爬山法的原理及在双馈风力发电系统中的实现方法。然后将该方法应用于基于定子电压定向的双馈发电机矢量控制策略中,搭建了带直流机模拟风机的双馈风力发电系统实验平台。实验结果验证了在风速变化的情况下系统能自动搜索达到对应风速的最佳转速,实现风机最大风能捕获,并具有对快变风速的响应能力,验证了控制方案的正确性和可行性。     

浅析风特性对风电出力的影响及双馈式风电机对出力波动的控制作用

对风速进行了分类,说明了风速变化对功率输出的影响,简述了双馈式风电机的基本原理及其对电压和功率的稳定作用,最后通过仿真实验,得出双馈式风电机能对风能波动进行有效控制的结论。     

风电接入电力系统故障电流的影响因素分析及对继电保护的影响

在EMTDC／PSCAD平台上建立了鼠笼式、双馈式及直驱式3种常见风电机组的电磁暂态模型。比较直驱式风机电磁暂态数值模型与数模混合实验在各种故障条件及控制策略下的仿真结果,验证了模型的正确性。同时比较双馈式风机电磁暂态模型的故障仿真结果与双馈式风场短路实验结果,验证了所提双馈式风机电磁暂态模型的正确性。在以上模型的基础上,仿真了风电机组在各类故障条件下的电磁暂态特征,结果表明风机类型、风机的工作状态、风机所采用的控制方法、故障类型以及风电场的弱电源特性是影响并网运行风电故障电流的主要因素,研究结果为现有继电保护的改进与研发新原理继电保护打下了基础。     

Affecting factors of grid-connected wind power on fault current and impact on protection relay

在EMTDC/PSCAD平台上建立了鼠笼式、双馈式及直驱式3种常见风电机组的电磁暂态模型.比较直驱式风机电磁暂态数值模型与数模混合实验在各种故障条件及控制策略下的仿真结果,验证了模型的正确性.同时比较双馈式风机电磁暂态模型的故障仿真结果与双馈式风场短路实验结果,验证了所提双馈式风机电磁暂态模型的正确性.在以上模型的基础上,仿真了风电机组在各类故障条件下的电磁暂态特征,结果表明风机类型、风机的工作状态、风机所采用的控制方法、故障类型以及风电场的弱电源特性是影响并网运行风电故障电流的主要因素,研究结果为现有继电保护的改进与研发新原理继电保护打下了基础.     

风速及风机地理位置分布特性对直驱风电场故障特征的影响分析

为探讨直驱风电场分群建模的必要性,研究了风速和风机地理位置分布特性对直驱风电场故障特征的影响。故障特征分析是继电保护构造判据的基础,考虑到故障暂态时段极短且继电保护动作速度快,故障特征分析时可以假定故障切除前风速不变。在此基础上,由于故障阻滞了有功功率的传输,故障后直驱风机产生的有功不能全部传送到网侧。卸荷电路保持了逆变器直流电容电压的稳定,并将多余电能释放。在直流电容电压恒定的情况下,逆变器向故障点注入的多为无功电流,且仅与控制策略和电压跌落程度有关,而与负荷电流无关。理论上,风机对故障点注入的电流与风机所处的地理位置有关。但由于直驱风机的弱馈特性,各风机感受到的电压跌落差别不大,对故障点的注入电流基本相同;虽然各风机距离故障点远近存在差异,但就电气量传输延迟对应的相角差而言,几乎可以忽略不计。综上分析,直驱电场无需分群建模,无需考虑负荷和地理位置影响。最后,仿真结果验证了理论分析的正确性。     

风电场接入新疆某地区电网暂态电压稳定性研究

基于电网网络特性和三相短路故障等因素,通过对普通异步风力发电机和双馈风力发电机风电场接入新疆某地区电网的仿真计算,得出了风电场暂态电压极限功率,分析了系统的暂态电压稳定性。根据仿真结果可以得出,短路容量大的系统暂态电压稳定性越强;双馈风力发电机组能够通过转子变频器进行无功电压调节控制,所以在三相短路故障时其暂态电压稳定性比普通异步风力发电机组更稳定。     

含不同风电机组的风电电网仿真研究

为了研究包含恒速异步风力发电机和双馈异步风力发电机的风电场对电网的影响,应用Matlab 7.0建立了含不同风电机组的风电场动态模型。分析了风电场对电网暂态稳定性的影响,风电机组电压恢复情况,有功、无功变化情况,以及不同风电机组的低电压穿越能力。仿真结果表明：双馈异步风力发电机变速平稳、低电压穿越能力较强,有利于优化电能质量;当电网发生故障时,应针对不同的风电机组采取不同的控制策略以提高电力系统稳定性。     

静止无功补偿器在并网风电场电压控制中的应用仿真分析

介绍了双馈风机的基本原理和静止无功补偿器的控制方法,将静止无功补偿器应用于采用双馈感应发电机的风电场调压。仿真结果表明,在各种典型风速下,静止无功补偿器都能起到很好的调压作用。     

大容量风电场接入后电网电压稳定性的计算分析与控制策略

由于风电场容量较大,并位于电网末端,可能会对电网的电压稳定性产生较大的影响。为保证风电场投入后的安全,按大干扰下风功率的转换特性及异步发电机的运行特性建立了风电场与相关电网的数学模型,计算了风电场与相关电网发生短路故障后的电压稳定性。通过数值仿真计算,揭示了风电场接入导致电网电压稳定性被破坏的机理,指出机组转速是影响风力机和异步发电机这两个能量转换器工作特性的关键参数,控制风电场内风机的速度增量是保持大容量风电场接入后电压稳定性的关键,靠近故障点的风电单元容量、故障点位置和故障持续时间是影响短路后电压稳定性的主要因素,并提出了大容量风电场接入后保证电网电压稳定性的策略与措施。     

风电接入某地区配电网安全稳定分析

随着风电装机容量的不断增加,风电波动对网架结构薄弱的地区电网造成不利影响。首先建立适用于机电暂态仿真的双馈异步风电机组数学模型,然后利用Matlab/Simulink实现包含风电场、本地同步发电机、电网负荷等电力系统潮流计算和暂态仿真,分析了典型运行方式下风电接入对某薄弱地区电网的影响。计算分析表明,风速突变对电网影响较小,但在三相短路故障时,风电出力、风电并网点电压均急剧下降,严重情况可导致风电场与电网解列,不利于当地电网安全稳定运行,需要制定合理的安全稳定措施。     

风电接入对滇西北电网的暂态稳定影响研究

建立了含有风电场的电力系统大扰动稳定数学模型,通过微分方程和代数方程的迭代计算,完成大规模风电场接入后电力系统的大扰动稳定计算分析,并结合高渗透率风电的云南西北电网,结果表明：应限制滇西北电网的风电出力或者将水电机组停机来消纳风电,双馈风电场接入提高了系统的暂态稳定性,双馈机组在暂态过程中能提供无功支持,有利于电网的恢复,而异步风机在暂态过程中由于机端电压过低被切除,大扰动后的系统阻尼比符合南网的标准。     

5 MW双馈风电机组低电压穿越的仿真分析

针对海上风力发电机组安全可靠运行要求的发展趋势,本文在阐述双馈风电机组控制原理的基础上,建立了双馈发电机及其变流器的控制模型。其次,在分析电力系统对并网风电机组低电压穿越原理基础上,比较分析了双馈风电机组低电压穿越的各种控制技术方案。最后,结合海上用5.0 MW双馈风力发电机组电气参数,对2种典型低电压穿越的转子电路保护措施进行了仿真比较。分析结果表明,采用二极管整流桥加IGBT和保护电阻构成斩波器的措施具有较好的暂态控制效果。     

Real-Time Implementation of a STATCOM on a Wind Farm Equipped With Doubly Fed Induction Generators

Voltage stability is a key issue to achieve the uninterrupted operation of wind farms equipped with doubly fed induction generators (DFIGs) during grid faults. This paper investigates the application of a static synchronous compensator (STATCOM) to assist with the uninterrupted operation of a wind turbine driving a DFIG, which is connected to a power network, during grid faults. The control schemes of the DFIG rotor- and grid-side converters and the STATCOM are suitably designed and coordinated. The system is implemented in real-time on a real time digital simulator. Results show that the STATCOM improves the transient voltage stability and therefore helps the wind turbine generator system to remain in service during grid faults.     

风电场柔性直流输电的故障穿越方法对风电机组的影响

柔性直流输电(VSC-HVDC)系统是大型风电场并网的较好选择,当发生交流系统故障时,故障穿越控制器可维持该系统的稳定性。然而,控制器会对风电机组造成一定影响。针对大型风电场VSC-HVDC系统接入的故障穿越问题,文中首先在PSCAD/EMTDC中建立了含有普通异步/双馈风电场详细模型的两端VSC-HVDC系统仿真模型,并验证了升频法和降压法两种典型的故障穿越方法。然后进一步研究了不同类型风电机组在不同的故障穿越方法下的特性和差异,从而得出风电场VSC-HVDC系统的故障穿越方法对风电机组的影响规律。研究得出的结论可以为不同类型的风电机组接入VSC-HVDC系统时故障穿越方法的选择提供一定的参考依据。