基于RTDS的双馈式风电机组低电压穿越策略

在研究2 MW双馈式风力发电系统稳态和暂态数学模型、控制策略、低电压穿越Crowbar电路参数优选等理论的基础上,利用RTDS平台建立双馈式风力发电低电压穿越系统完备模型,定量模拟电网电压跌落,发现传统的Crowbar保护方案仍有一定改进空间,提出改变Crowbar电路投切时刻提升系统LVRT能力策略,从多角度验证深度电压故障跌落时双馈电机低电压穿越性能。研究结果表明,在严重的电网电压跌落情况下,所采用的研究方案可在保证双馈风力发电机组变换器装置自身安全的基础上,实现机组的不脱网运行,满足国网的风电低电压穿越运行要求。     

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。     

双馈风力发电机组低电压穿越技术的应用

随着风场装机容量的不断增大,风电机组输出至电网的电能质量问题变得越来越重要,而其中低电压穿越能力更是电能质量的直接体现。从低电压事件对双馈风电机组的影响开始说明,提出了基于软件控制的软穿越功能和基于硬件实现LVRT的控制方式,并对其进行了详细的解释说明。     

应用SVC提高双馈感应发电机并网的风电场暂态电压稳定性

摘要： 采用SVC改善双馈感应型风电场并网时暂态电压稳定性。通过仿真软件DIgSILENT/Power Factory建立静止无功补偿器（SVC）的控制模型。以实现风电场的低电压穿越（low voltage ride through,LVRT）的前提下应用SVC改善风电场的电压稳定性。仿真结果表明,采用SVC的并网风电场具有良好的动态性能,并且提高了风电机组在系统出现故障时的LVRT能力,确保了风电机组的连续运行和电网的安全稳定。     

双馈变速风电机组低电压穿越控制

当系统中风电装机容量比例较大时,系统故障导致电压跌落后,风电场切除会严重影响系统运行的稳定性,这就要求风电机组具有低电压穿越（Low Voltage Ride Through,LVRT）能力,保证系统发生故障后风电机组不间断并网运行。分析了双馈风电机组LVRT原理和基于转子撬棒保护（crow-bar protection）的LVRT控制策略,在电力系统仿真分析软件DIgSILENT/Power Factory中建立了双馈风电机组模型及其LVRT控制模型,以某地区风电系统为例进行仿真计算,分析转子撬棒投入与切除策略及动作时间对实现机组LVRT的影响。     

考虑LVRT的双馈风电机组对电网频率的影响分析

为研究具备低电压穿越(LVRT)性能的双馈感应风力发电机(DFIG)对系统频率稳定性的影响,首先利用转子运动方程和等效导纳模型对故障穿越期间和故障恢复期间系统频率与风机馈入系统的有功功率之间的关系进行理论推导,建立含双馈风电机组的电网频率响应解析模型,在此基础上分析了低电压穿越特性对系统频率稳定性的影响;然后基于PSCAD/EMTDC仿真平台搭建了含风机的单机无穷大系统模型,仿真验证了电网频率响应解析模型的合理性并提出优化控制方案。结果表明,优化LVRT相关参数后,可有效改善电网频率稳定性。     

计及无功补偿的双馈风机低电压穿越技术

为抑制风力发电的间歇性及波动性,需对风电并网系统低电压穿越技术的研究分析。另外,风电并网系统的无功调节性能也是研究的重点及热点。因此,提出一种计及无功补偿的双馈风机低电压穿越控制策略。首先针对传统撬棒的不足,提出了双模式切换的改进撬棒结构,可以减小撬棒投入期间从电网吸收的无功功率,同时更好地抑制转子过电流;其次针对低电压穿越的过程中无功补偿问题,提出了基于STATCOM的动态无功补偿,结合风机自身无功调节能力与改进Crowbar保护电路投切协同控制,促进双馈风电系统LVRT期间风电并网点电压的快速恢复和抑制转子侧过电流,改善双馈风机的低电压穿越性能。通过PSCAD/EMTDC进行仿真验证,结果证明了所提策略的有效性。     

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。     

基于混合储能DVR的双馈式风电机组故障穿越能力研究

针对2 MW的双馈式风电机组(DFIG)的电网故障问题,提出了蓄电池与超级电容器混合储能的动态电压恢复器(DVR),以提高DFIG的故障穿越能力。在电网电压故障时,可对机组端口电压进行完全补偿,使风电机组的定子电压、转子电流和直流侧电压维持在正常水平。在Matlab/Simulink环境中建立DFIG-DVR系统仿真模型,进行了对称和不对称故障下的低电压穿越和对称故障下的高电压穿越仿真,仿真结果表明混合储能DVR可有效提升风电机组的故障穿越能力。     

电网电压连锁故障下双馈式风力发电机鲁棒增强控制策略

针对双馈式风力发电机的传统控制策略存在鲁棒性能较差,过渡过程持续时间较长,母线电压过调制等问题,提出一种改进的电压连锁故障穿越控制方案。通过对转子侧变流器采用鲁棒控制策略,网侧变流器采用改进无功电流控制策略,可同时改善双馈式风力发电机的低电压穿越(LVRT)和高电压穿越(HVRT)能力。同时以双馈式风力发电机的定子动态磁链为分析基础,推导其在电压骤降和骤升故障期间的过渡过程特性。仿真表明:所提出的双馈式风力发电机的鲁棒增强控制策略,可有效提高风力机在电网电压连锁故障情况下的穿越性能。     

改善基于双馈感应发电机并网风电场的低电压穿越能力研究

为保持系统稳定,必须要求大规模并网风电场具有低电压穿越能力。双馈感应发电机（DFIG）低电压穿越功能已成为研究热点。介绍了串联制动电阻装置对双馈感应发电机暂稳特性贡献的机理。详细分析了在电网故障情况下,制动电阻装置对双馈风电场低电压穿越能力的贡献,分别就制动电阻接在风电场升压变处与接在双馈感应发电机机端对低电压穿越的改善效果进行分析。试验结果表明：故障期间投入适当大小制动电阻,能较好地提高双馈风电场低电压穿越功能;将制动电阻放置在风电场升压变处贡献效果优于将制动电阻装置放置在双馈感应发电机机端处。     

Low voltage ride through of doubly-fed induction generator connected to the grid using sliding mode control strategy

Wind Energy Conversion System (WECS) based on Doubly Fed Induction Generator (DFIG) connected to the grid is subjected to high transient currents at rotor side and rise in DC-link voltage during voltage sag at stator/grid side. To secure power system operation wind turbines have to meet grid requirements through the Low voltage ride through (LVRT) capability and contribute to grid voltage control during severe situations. This paper presents the modeling and control designs for WECS based on a real model of DFIG taking into account the effect of stator resistance. The non-linear control technique using sliding mode control (SMC) strategy is used to alter the dynamics of 1.5 MW wind turbine system connected to the grid under severe faults of grid voltage. The paper, also discusses the transient behavior and points out the performance limit for LVRT by using two protection circuits of an AC-crowbar and a DC-Chopper which follow a developed flowchart of system protection modes under fault which achieved LVRT requirements through results. The model has been implemented in MATLAB/SIMULINK for both rotor and grid side converters.     

变速双馈风电机组低电压穿越功能仿真

分析了变速恒频双馈风力发电机组的工作原理,建立了包含变频器的双馈风力发电机组动态数学模型,并利用MATLAB/Simulink软件搭建了并网型双馈风力发电机组的仿真模块,通过仿真试验分析了外部电网故障下变速恒频双馈风力发电机组的低电压穿越功能,为变速恒频双馈风力发电机组在大型并网风电场中的应用提供了可靠的理论依据     

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。     

Co‐ordinated voltage control of DFIG wind turbines in uninterrupted operation during grid faults

Emphasis in this article is on the design of a co‐ordinated voltage control strategy for doubly fed induction generator (DFIG) wind turbines that enhances their capability to provide grid support during grid faults. In contrast to its very good performance in normal operation, the DFIG wind turbine concept is quite sensitive to grid faults and requires special power converter protection. The fault ride‐through and grid support capabilities of the DFIG address therefore primarily the design of DFIG wind turbine control with special focus on power converter protection and voltage control issues. A voltage control strategy is designed and implemented in this article, based on the idea that both converters of the DFIG (i.e. rotor‐side converter and grid‐side converter) participate in the grid voltage control in a co‐ordinated manner. By default the grid voltage is controlled by the rotor‐side converter as long as it is not blocked by the protection system, otherwise the grid‐side converter takes over the voltage control. Moreover, the article presents a DFIG wind farm model equipped with a grid fault protection system and the described co‐ordinated voltage control. The whole DFIG wind farm model is implemented in the power system simulation toolbox PowerFactory DIgSILENT. The DFIG wind farm ride‐through capability and contribution to voltage control in the power system are assessed and discussed by means of simulations with the use of a transmission power system generic model developed and delivered by the Danish Transmission System Operator Energinet.dk. The simulation results show how a DFIG wind farm equipped with voltage control can help a nearby active stall wind farm to ride through a grid fault, without implementation of any additional ride‐through control strategy in the active stall wind farm. Copyright © 2006 John Wiley &Sons, Ltd.     

一种转子串联可变电阻与卸荷电路配合的低电压穿越方法

针对双馈感应发电机(DFIG)转子串联固定电阻在低电压穿越(LVRT)时,应对故障时的灵活性较低,且低穿效果过于依赖制动电阻的问题,文章提出了转子串联可变电阻与直流侧卸荷电路配合的改进方案。该方案根据转子故障电流的时域表达式对串联阻值进行整定并形成策略表。基于PSCAD/EMTDC仿真不同电压跌落情况下,改进方案的低电压穿越特性。结果表明,文章所提出的方案改善了风电机组的暂态稳定性,有效降低无功损耗,总体上低电压穿越效果较好。     

应用撬棒电路的双馈型风力发电机低电压穿越分析

风电场规模已经变得越来越大,风电机组的解列会严重影响系统的稳定性,这就要求风电机组具有低电压穿越能力以应对电网电压跌落。由于DFIG的定子侧直接与电网相联,在电网电压突然跌落时,定转子中会出现很大的电压和电流,需采用Crowbar电路（撬棒电路）来旁路转子侧变流器。文中分析了Crowbar电路的控制原理,然后在理论分析的基础上进行了仿真,仿真结果验证了Crowbar电路能够帮助DFIG在故障期间实现低电压穿越,最后进一步分析了Crowbar电路投切时间的选取。     

Fault ride through and voltage regulation for grid connected wind turbine

High penetration of wind generation challenges wind turbine operators to supply reliable power and extract optimum power from the wind. Hence, the fault ride through (FRT) capability of wind turbine together with the optimum power tracking and regulation of wind turbine output voltage due to fluctuating nature of the wind becomes essential. In this paper, a method is proposed to ensure that the double fed induction generator (DFIG) wind turbine continues to operate during severe grid faults and maintains a constant output voltage, irrespective of the fluctuating wind. The proposed controller also allows the DFIG wind turbine to track optimum power from the wind. Extensive simulation is performed using PSCAD/EMTDC software and results obtained show that the DFIG output voltage fulfills the grid code requirements. The results also show that the proposed method is able to track the optimum power, regulate the DFIG output voltage and perform fault ride through of wind turbine.