全功率笼型异步风电系统低电压穿越控制策略

随着风电装机容量不断扩大对风电场的低电压穿越能力提出了更为严格的要求,而传统的笼型异步发电机组本身并不具备低电压穿越能力。本文针对全功率变流器的笼型异步风电机组,在深入研究该机组的运行特性和控制策略的基础上,分析了电网电压跌落过程中引起全功率变流器直流侧电压波动的原因,提出了一种基于功率跟踪优化和网侧无功优先输出的控制策略。在电网电压跌落时,该控制策略根据网侧变流器的功率变化切换功率跟踪曲线以减少发电机的有功输出,抑制直流侧过电压。同时,根据国网公司并网技术规范要求,电网无功电流以及电网电压的跌落深度时迅速向电网提供无功,提升电网电压。仿真结果表明该控制策略可以有效抑制直流侧电压的波动,提高了笼型异步风电机组的低电压穿越能力。     

永磁直驱风电机组低电压穿越时的有功和无功协调控制

为提高基于全功率变流器并网的永磁直驱风电机组低电压穿越能力,在深入研究该风电机组运行特性和控制策略的基础上,分析了电网电压跌落过程中引起全功率变流器直流侧电压波动的原因,提出了一种采用机侧变流器控制直流电压稳定,网侧变流器实现最大功率跟踪和有功无功协调的新型控制策略。在低电压穿越过程中,该控制策略根据变流器直流侧电压的变化,通过机侧变流器调节风力发电机的电磁功率,使电网故障期间风电机组的功率波动由发电机转子承担,消除全功率变流器两端的功率不平衡,稳定直流侧电压。并根据电网电压幅值,通过网侧变流器实现对风电机组输出有功和无功的协调控制,抑制电网电压扰动。仿真结果表明本文所提控制策略在电网电压扰动时能有效抑制直流侧电压波动,使永磁直驱风电机组的低电压穿越能力得到显著提高,并能有效实现对电网电压的支持。     

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。     

故障条件下的风电场无功协调控制策略

电网故障时风电系统的Crowbar装置能够帮助风电机组实现低电压穿越,然而Crowbar的投入使得双馈风电机组要从电网吸收无功功率,延缓电网电压重建的过程。因此,需要在故障时对风电场进行无功补偿。针对这个问题,提出一种新型无功协调控制策略,在电网电压跌落后,根据并网点电压水平以及Crowbar的动作情况,整定风电场的无功调节需求,通过两层无功分配策略,协调双馈风机和STATCOM对电网进行无功补偿,用以支撑风电场并网点电压。采用这种控制策略,不仅可以提高风电机组的低压穿越能力,也减少了无功补偿装置的投入容量,仿真分析验证了所提策略的可行性和有效性。     

大规模风电高压脱网分析及协调预防控制策略

由于受扰系统在故障切除后恢复过程中出现高电压引起风电机组大规模脱网的事故近年来频发,因此基于近年来已发生的大规模风电机群脱网事故,从风电机组故障穿越期间动态无功控制策略和风电场附加无功补偿装置控制特性两个方面分析了受扰后电网发生高电压现象的主要原因,并通过现场测试验证了机组动态无功控制策略对机端电压的影响。在此基础上,提出了避免风电机组高电压脱网的协调预防控制策略,即风电机组在满足高电压穿越要求的前提下根据电压变化参与系统无功调节,风电场附加无功补偿装置根据并网点电压以及场内机组脱网情况实现快速调节和退出。最后,通过仿真验证了协调预防控制策略的有效性。     

大电网末端风力发电系统故障穿越关键技术

为了了解大电网末端风电机组故障穿越特性,文中分析了高渗透率风力发电大电网末端电网特性及风机运行特性。结合相应的检测标准及要求,探讨了大电网末端风电并网出现的故障特性,研究了直驱及双馈风电机组故障穿越关键技术及控制策略;结合仿真及实际检测,研究了大电网末端直驱风力发电机高电压穿越能力、双馈机组低电压穿越的可行性,提出了风电机组故障穿越的隐患,为大电网稳定运行提供了依据。     

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。     

基于STATCOM的双馈风电场无功电压控制的研究

基于STATCOM和DFIG的数学模型研究与控制器建模,提出一种由两者共同参与的风电场无功电压控制方案.该方案利用STATCOM的电压控制模式,并充分考虑到双馈风机的无功调控能力,将双馈风机集群电压控制分为无功需求决策层和无功协调优化分配层.此外,针对风电场出口发生三相短路的紧急状况,提出一种故障时双馈风力发电机组的改进控制策略,该策略通过故障时将转子侧变流器由功率控制模式切换为电压控制模式,有功电流优先切换为无功电流优先,网侧变流器由单位功率因数运行切换为极限无功功率运行的方式提高风电场的低电压穿越能力.仿真表明,该方案不仅能实现正常运行时对风电场并网点电压指令的快速跟踪,风速、系统负荷和系统电压波动时快速稳定风电场并网点电压,而且当风电场出口发生短路故障时,能显著减小故障对双馈风机的不利影响,加速故障后电压恢复.     

基于电励磁直驱风电系统低电压运行特性的研究

本文针对电励磁直驱风电系统,分析了传统控制策略及低电压穿越特性,提出一种机侧变流器的限流模式,同时网侧变压器运行于无功优先输出模式的控制策略。该控制策略有效地降低了故障期间的直流侧过电压,提升了并网点电压。基于MATLAB/Simulink搭建了仿真平台,仿真结果表明该控制策略的有效性。     

并网光伏电站低电压穿越仿真与分析

根据光伏电站并网导则要求,针对光伏电站在电网故障时突然脱网的不利影响,提出了一种基于光伏逆变器低电压穿越能力的控制策略,在电网电压跌落时投入该控制策略,能够限制有功电流的增大,同时给定无功电流。仿真表明,在光伏电站并网点电压深跌落和浅跌落情况下,该控制策略均能够保证光伏逆变器输出电流不过流,同时能够向电网发出一定的无功功率以支撑并网点电压的恢复,实现低电压穿越。     

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。     

双馈风电机组高电压穿越控制策略研究

风电机组的电网电压故障穿越能力是风机重要的并网性能评价指标。随着风机低电压穿越能力的深入研究,电网电压骤升成了威胁风机安全运行的因素。为了研究双馈风电机组在电网电压骤升下的特性及不脱网运行控制策略,分析了电网电压骤升时双馈感应发电机的电磁暂态过渡过程。结合现场运行风电机组的实际特性,提出一种易于工程实现的双馈风电机组高电压穿越控制策略。该控制策略不需更改原风机一次回路结构,只对双馈风机的发电机侧控制逻辑进行修改,即可实现双馈风电机组在电网电压骤升时不脱网运行,保障机组安全与电网稳定。最后通过仿真验证了控制策略的可行性。     

电网故障时双馈风力发电机无功电流分配及控制策略

为满足风电机组低电压穿越的要求,提出向电网注入无功电流的故障穿越控制策略。利用双馈风力发电机等效电路图推导定子侧和网侧无功电流极限,得出定子侧无功电流发生能力优于网侧。根据电网电压跌落程度对无功电流极限的影响,提出电网故障时无功电流的分配原则,在保证无功调节不越限的基础上提高系统的无功处理能力。不同于常规研究中只给出无功极限的理论推导,还对电网电压跌落不同程度时无功电流极限进行仿真分析,结果表明所提无功电流分配及控制策略的有效性,在为系统提供无功支撑的同时提升并网点电压,有利于系统稳定性的恢复,完成低电压穿越。     

风机低电压穿越控制对系统暂态过电压的影响及优化

特高压直流输电工程及近区大规模风电场的陆续投运使系统交直流故障扰动后的暂态过电压问题愈发凸显,严重威胁交直流设备安全,已成为严重制约特高压直流输电能力及风电场并网功率的关键因素,其中风电机组在系统交直流故障扰动后低电压穿越过程中的有功/无功功率动态特性是引起系统暂态电压进一步升高的重要因素。鉴于此,结合我国风电机组并网技术规范,首先阐明了风电场在电网故障穿越过程中的控制切换逻辑,并详细分析了风电机组在低电压穿越期间及恢复过程中的暂态有功及无功输出特性。其次,探讨了风电场低穿过程恶化系统暂态过电压的作用机制,在此基础上,对比分析了不同低穿控制方式对风电机组功率特性及对系统暂态电压的影响,并指出了敏感影响因素。最后,提出了风电机组低穿控制性能优化建议,可用于指导实际并网风电机组低穿控制策略优化,以有效抑制系统暂态过电压水平。     

提升直驱型永磁风电机组故障穿越能力的改进控制策略研究

为了提高直驱型永磁风电机组故障穿越能力,提出一种新的故障穿越策略。通过采用紧急变桨技术,减少故障期间风机的出力,降低直流母线两端的功率不平衡,以限制直流母线过电压。提出一种新颖的控制直流母线侧电容器投切方案,故障期间增加直流电容容量,进一步限制故障期间直流母线电压骤升。充分利用风电机组的无功能力,网侧变流器采用电压控制模式,为系统在故障期间提供无功支撑。给出了详细的故障穿越方案,并在仿真软件DIgSILENT中建立仿真模型,设计了低电压故障和高电压故障两个算例。仿真结果表明,所提出的控制策略可有效的限制故障期间直流母线过电压,为系统提供了足够的无功支撑,协助并网点电压快速恢复,提升了风电机组的故障穿越能力。     

风电场内风电机组连锁脱网机理与低电压穿越能力研究

在江苏地区各风电场相关参数及低电压穿越能力测试数据的基础上,在DIgSILENT中对基于双馈风电机组的大规模风电场进行建模,可详细描述风电场内各风机低电压穿越的动态特性。在不同的电压跌落场景下,对风电场内部各风电机组的不同故障反应特性进行比较分析,确定整个风电场的低电压穿越能力并得出规律性结论。通过严重故障仿真得到风电场内部风机的脱网时序分布,分析了风机之间交互影响机理与连锁脱网的详细过程。最后,提出适当提高撬棒保护整定值、网侧变换器灵活运行和采用SVC等装置进行动态无功补偿可以提高风电场低电压穿越能力。     

考虑机组运行状态的海上风电场无功协调控制

针对由具有无功调节能力的双馈风机DFIG(doubly-fed induction generator)组成的海上风电场,结合海上风电场特点和无功补偿配置情况,在考虑风电场内机组crowbar动作情况、机端电压和因尾流效应导致的风速差异对双馈风机动态无功极限影响的基础上,提出在电网电压跌落期间通过调节转子电流,充分利用场内双馈风机的无功协调控制能力进行最大无功支撑实现低电压穿越;在电网电压恢复阶段,控制场内双馈风机快速输出感性无功抑制电网电压骤升,提高了低穿恢复阶段的过电压抑制能力。基于DIgSILENT/PowerFactory仿真平台,搭建风电场协调控制模型验证所提控制策略的效果。仿真结果表明,所提控制策略在电压低跌落状态下可以充分发挥风电机组的无功出力能力,协助电网电压快速恢复,有效提高故障电网的暂态电压水平。     

电网电压跌落时双馈风电系统无功支持策略

电网要求风电场/风电机组具有低电压穿越能力,其中包括风电场在电网故障期间应该提供无功支持,但是双馈风机转子侧变流器(RSC)为了实现自我保护会触发Crowbar而被旁路,失去对风机的功率控制。针对这个问题,建立了风机网侧变流器(GSC)的数学模型,分析了STATCOM的基本原理;提出一种无功支持策略,即电网电压跌落期间STATCOM与风机网侧变流器共同向电网提供无功功率,支持电网电压恢复。基于Matlab/Simulink平台进行仿真验证,结果表明,该无功支持策略能有效支持电网电压恢复,提高双馈风电系统的低电压穿越能力。     

基于状态相关Riccati方程的双馈风机控制

国家标准对并网风机在故障期间的低电压穿越能力提出了技术要求,即能在电压跌落一定范围内不脱网运行,并提供动态无功支撑。为了提高双馈风电机组的低电压穿越能力,提出了基于状态相关Riccati方程(state-dependent Riccati equation,SDRE)的控制器。SDRE控制器具有灵活的设计方式,可以通过实时优化状态相关系数矩阵,提升暂态响应性能,实现被控对象在较大范围内的渐近稳定。针对双馈风电机组设计了SDRE控制器,并通过与Crowbar的配合,实现了符合国家标准的低压故障穿越策略。通过算例系统在三相故障下的仿真,验证了所提控制策略相比常规PI控制策略以及故障期间持续投入Crowbar的策略,能够更好地实现低电压穿越。     

风电接入系统后的电压稳定问题

针对风电接入系统后电网电压的稳定将变得更加复杂的问题,分析并指出负荷特性、风电并网点的选择、系统的无功电源以及风电机组特性等是影响电网电压稳定的主要因素.为提升风电接入系统电网后电压的稳定性以避免电压崩溃的发生,提出了几种措施,主要包括充足的风电场无功补偿装置配置,合理的电源结构配置.完善的低频/低压减载整定以及风机技术性能的提升等.通过一个实际系统的仿真算例说明了双馈风机的低电压穿越能力对于阻止电压崩溃的有效性.