DFIG高电压穿越暂态特性分析及控制策略改进

为了研究双馈感应风力发电机(DFIG)的高电压穿越特性,以DFIG数学模型为基础,对基于无源阻尼保护下的DFIG暂态特性进行研究,采用求解状态方程特征根的方法分析了定转子故障分量随限流电阻阻值增加时的变化规律。基于无源阻尼控制能够有效抑制电网电压骤升时转子电流和电磁转矩的冲击,但由于定转子间耦合作用的加强,导致转子控制电压过高;为此,在无源阻尼保护的基础上对转子侧换流器进行控制策略改进,将反映电流耦合及定子磁链变化的附加量加入功率指令值,以减小转子电压。仿真结果验证了理论分析的正确性,基于无源阻尼与改进控制策略相结合的HVRT方式,在抑制转子过电流的同时并不以增加转子控制电压为代价,提高了DFIG的高电压穿越性能。     

DFIG高电压穿越暂态特性分析及控制策略改进

针对双馈感应发电机(DFIG)高电压穿越问题,本文详细分析了DFIG在电网电压骤升至恢复期间的磁链变化.在此基础上,从转子侧和电网侧分析了电压突升故障期间DFIG的瞬态特性;提出将前馈补偿分量添加到转子侧换流器功率外环来改进转子侧换流器的控制策略;为了抑制直流母线电压波动,对网侧换流器进行控制策略改进.仿真结果表明,改进控制策略显著降低了转子电流和直流母线电压的冲击幅度,大大提高了DFIG的瞬态响应.     

电网电压骤升时DFIG定子磁链暂态全过程及其影响因素研究

双馈感应发电机(DFIG)的高电压穿越问题中,定子磁链的暂态特性研究是实现高电压穿越运行的基础和依据,而常规研究大多只针对电网电压单一骤升模式进行分析,且未考虑故障恢复后定子磁链的动态过程,使其暂态特性分析不全面。本文对电压不同骤升模式时的定子磁链瞬态过程进行了研究,对比分析了影响定子磁链暂态特性的一些因素。电网电压的上升模式不同,定子磁链的暂态特性也不一样,且模式I的暂态衰减分量远大于模式II;相邻两次电压上升数值相同且时间间隔为 时,能够最小化定子磁链的瞬态衰减分量。仿真结果证明了理论分析的正确性,本文的研究内容对掌握DFIG的动态过程和高电压穿越控制策略的制定具有一定的参考价值。     

电压不对称骤升下DFIG暂态特性及无功协调控制

针对双馈感应风力发电机(DFIG)电网电压不对称骤升故障,传统的研究大多集中于定子磁链暂态特性的分析,忽略了故障时间对DFIG的影响。以单相和两相不对称骤升故障为例,详细分析了DFIG在不同故障发生时刻的定子磁链暂态特性,并推导出对应的定子磁链和转子电压表达式。此外,DFIG一般运行在单位功率因数下,这忽略了其自身RSC和GSC的无功协调能力。针对这一问题,提出了DFIG无功协调控制方案,以此帮助风电系统实现穿越故障。仿真结果验证了暂态特性推导的正确性以及RSC和GSC无功协调控制方案的有效性,所提控制策略有效抑制了并网点电压的骤升,同时满足了系统无功支撑的需求。     

基于暂态功率特性调整无功电流的高电压穿越控制策略

传统的光伏并网逆变器高电压穿越控制策略以削减有功功率为代价提高无功输出,难以平衡网侧电流和直流母线电压、抑制故障切除后电流和电压突变带来的暂态冲击。在分析高电压暂态功率特性的基础上,提出一种维持有功功率输出不变、调整无功电流参考值的高电压穿越控制策略。首先,以小信号模型分析高电压暂态功率特性,得出高电压期间有功功率不变、网侧无功冗余是抑制电压恢复的关键;然后,依据电网电压骤升幅度给出一种估算无功电流参考值的方法;在此基础上,结合有功电流控制,讨论3种不同电网电压骤升幅度下并网逆变器的控制能力,分别给出相应的高电压控制策略;最后,仿真和实验验证了所提控制策略的有效性。     

双馈风电机组高电压穿越问题综述

针对现代电网规范要求风电机组必须具备故障穿越能力,研究了现代风电并网规范,给出各国高电压穿越准则并进行相应的比较分析.以当今最为流行的双馈风力发电机组为例,分析电网电压骤升时的暂态特性并综述现有的高电压穿越技术方案,从改进的控制策略和增加硬件电路两个方面进行阐述,指出高电压穿越技术未来的发展趋势.     

SWITSC的双馈发电机暂态特性及高电压穿越控制策略研究

目前,常规双馈感应风力发电机(DFIG)的低电压穿越问题受到了广泛关注,但DFIG的高电压穿越(HVRT)问题研究甚少;且在发生定子绕组匝间短路(SWITSC)故障时,DFIG机组的HVRT问题鲜有研究.在分析SWITSC故障下的电磁特性和HVRT时的暂态特性基础上,提出一种撬棒电路和直流斩波电路相结合的HVRT控制策略.SWITSC故障的三相谐波恶化了电网电压骤升对转子侧电流和直流母线电压的影响,增加了HVRT的难度.转子侧撬棒电路和直流侧斩波电路显著提高了SWITSC故障机组的高电压穿越能力.仿真结果验证了理论分析的正确性.研究对掌握SWITSC的DFIG的动态过程具有一定的参考价值,为今后更好、更有效地研究风电机组的故障穿越提供了新的方向.     

电网电压对称骤升时DFIG暂态电流分析及限流电阻阻值优化

双馈感应风力发电机(DFIG)高电压穿越(HVRT)问题中,常规研究对电磁暂态特性的分析往往忽略掉故障切除这一特殊时刻,使得HVRT期间转子电流的最大值计算不准确,造成限流电阻整定偏小,无法完成电压恢复后的HVRT。在对DFIG电磁暂态全过程分析的基础上,根据叠加原理推导出电压对称骤升故障发生到切除及其后的转子电流表达式,同时考虑了换流器输出和机端电压不同骤升程度对转子电流的影响,所得结果更具一般性。此外,综合考虑故障发生和切除时刻转子电流的最大值,对限流电阻阻值进行优化。仿真结果验证了理论分析的正确性。     

直驱永磁风电机组高电压穿越协调控制策略

提出直驱永磁风电机组高电压故障穿越控制策略。分析直驱永磁风电机组暂态运行特性,研究变流器运行不同区域的电压向量关系,分析直流电容电压跃升机理。设计直驱永磁风电机组上层控制策略,实现机网侧变流器执行层的dq功率参考值由不同机端电压跃升度决定。PSCAD/EMTDC中的仿真结果表明:机端电压跃升幅度较小时,该控制策略不仅可确保直驱永磁风电机组直流电容电压稳定在安全值以内,且在不影响风电机组向电网注入有功功率的同时,还可向故障点注入一定感性无功功率,支撑母线故障电压恢复;机端电压跃升幅度较大时,该控制策略通过网侧变流器向电网注入容性无功功率防止直流电容电压越限,在满足变流器容量约束条件的前提下,向电网注入有功功率。     

基于VSC-HVDC的DFIG风电场低电压穿越 改进控制策略

提出了一种适用于VSC-HVDC系统并网DFIG风电场的低电压穿越控制策略。根据DFIG机组和VSC模型,计算了无功功率极限。传统的Crowbar电路在系统故障时将转子侧换流器（RSC）进行短路,使DFIG风电场失去对系统提供无功功率的能力。提出了改进控制策略,根据电网故障严重程度控制Crowbar电路的动作。根据风电场和VSC-HVDC系统各个换流器的功率极限,提出了输电系统风电场侧换流器（WFVSC）优先的无功功率分配策略,根据电网的无功缺额分配换流器之间的无功出力。使用MATLAB/Simulink平台搭建了仿真系统,对改进控制策略进行了验证。     

应对电网电压骤降的双馈感应风力发电机Crowbar控制策略

双馈感应发电机(doubly fed induction generator,DFIG)具有有功、无功功率独立调节的能力及励磁变频器所需容量小等优点,在风力发电系统中得到了广泛应用,但由于励磁变频器的容量较小,使其在电网故障下的控制能力受到限制。为保护励磁变频器,需要采用Crowbar装置在电压骤降时为转子浪涌电流提供通路,并限制转子电流增大。文章提出了一种Crowbar控制策略,能有效抑制转子过电流、直流母线过电压以及电磁转矩的振荡,并可向电网注入无功电流以帮助电网电压的恢复。仿真结果验证了这种控制方式能使DFIG在大幅电压骤降故障下实现不间断运行,有效提高了DFIG风电机组运行的可靠性。     

基于转子串电阻的DFIG低电压穿越优化控制策略

针对双馈感应风力发电机组(DFIG)的低电压穿越(LVRT)问题,在分析现有转子串电阻电路基础上,考虑限流电阻阻值对低电压穿越期间DFIG瞬态性能的影响,权衡转子电流、转子电压、无功功率、电磁转矩间的关系,对限流电阻阻值的选取原则进行了优化; 转子串电阻电路退出但电网电压未恢复时转子侧变流器的功率协调控制策略得到改善; 在此基础上,利用变流器对DFIG的控制灵活性,提出一种无需定子磁链观测且控制算法简单的换流器改进控制策略。本文所提的LVRT优化控制策略在提高DFIG瞬态性能的同时兼顾了系统暂态稳定性     

改善基于双馈感应发电机的并网风电场暂态电压稳定性研究

提出了改善基于双馈感应发电机的并网风电场暂态电压稳定性的措施以实现风电场的低电压穿越(low voltage ride through, LVRT)功能。目前，大部分基于双馈感应发电机的变速风电机组不具有故障情况下的暂态电压支持能力，当电网侧发生严重短路故障时，风电场的暂态电压稳定能力会影响到电网安全稳定。该文在DIgSILENT/PowerFactory中建立了具有暂态电压支持能力的变速风电机组转子侧变频器控制模型及用于故障后稳定控制的桨距角控制模型，通过包含风电场的电力系统仿真计算验证了模型的有效性及其对风电机组和电网暂态电压稳定性的贡献。仿真结果表明，当电网侧发生三相短路故障时，风电机组转子侧变频器暂态电压控制能够控制风电机组发出无功功率支持电网电压；桨距角控制能有效降低变速风电机组机械转矩，避免出现风电机组超速及电压失稳。得出结论：采用变频器暂态电压控制及桨距角控制能够改善基于双馈感应发电机的并网风电场的暂态电压稳定性，确保风电机组低电压穿越(LVRT)功能的实现及电网安全稳定。     

双馈感应风力发电系统低电压穿越控制策略研究及其分析

基于双馈感应发电机(DFIG)风力发电系统模型,通过分析电网电压跌落情况下的各种运行状况,提出在电网严重故障期间,采用Active Crowbar电路和直流侧卸荷电路保护变流器和避免直流侧电压过压。在电网故障恢复期间,Crowbar电路的再次投入使得系统无功需求增大。并在网侧变流器的功率容量范围内,提出一种网侧变流器无功功率的控制策略来实现对电网无功支持,以助于电网故障恢复以及加快机端电压恢复。基于PSCAD/EMTDC平台建立了仿真系统模型并验证了该控制策略的有效性。该控制策略满足了风电机组并网的低电压穿越,有效提高了DFIG风电机组运行的可靠性。     

电网对称故障下双馈风力发电机的虚拟同步控制策略

将虚拟同步控制策略运用于双馈感应发电机(DFIG)变频器控制,可使DFIG为电网提供有惯量的频率与电压支撑。但现有虚拟同步控制策略主要关注DFIG对同步发电机机电动态特性的模拟,未考虑DFIG的电磁暂态过程。分析了基于虚拟同步控制的DFIG在电网对称故障下的电磁暂态特性,指出了现有虚拟同步控制策略存在的两大缺陷:无法完全模拟同步电机故障暂态下的电磁关系,且无法抑制转子过电流。提出了一种适用于电网对称故障的DFIG暂态电压补偿虚拟同步控制策略,即通过补偿转子控制电压的暂态分量来抵消或削弱转子暂态反电势对转子过电流的影响。通过仿真对比了现有虚拟同步控制策略与所提策略对DFIG的控制效果,证明了所提虚拟同步控制策略不仅具备更好的惯性支撑能力,同时可显著抑制DFIG转子过电流与电磁转矩暂态冲击,并对系统进行无功支撑,有效提高了DFIG不间断运行能力与电网故障恢复能力。     

电网侧换流器无功功率控制改善双馈风电机组稳定性的研究

研究了改善双馈风电机组（DFIG）的并网风电场暂态稳定性的措施。目前现存的大部分双馈型变速风电机组并不具备故障穿越能力。在DIgSILENT/PowerFactory14.0中建立了具有暂态无功调节能力的变速风电机组电网侧换流器控制模型以及故障后桨距角控制模型,通过对并网风电场仿真分析验证了模型的有效性。仿真结果表明：当风电场电网侧发生短路故障情况下,双馈风电机组电网侧换流器能够产生一定的无功功率支持电网电压;桨距角控制能够降低风电机组的机械转矩,防止机组超速以及电压失稳。双馈风电机组的故障穿越能力得以实现。     

双馈异步发电机单相接地故障瞬态特性研究

为了便于研究DFIG在不对称电压跌落下低电压穿越运行的控制策略,有必要对不对称电压跌落时DFIG的瞬态特性进行研究。基于DFIG定、转子磁链的瞬态变化机理,对DFIG单相接地故障瞬态特性进行研究,推导出了DFIG在发生单相接地故障时的定、转子电流,电磁转矩,输出有功功率与无功功率的解析表达式,并分析得到影响单相接地故障时电磁过渡过程的主要因素。在Matlab/Simulink中搭建了1.5 MW双馈异步发电机单相接地故障仿真模型。仿真结果和解析计算结果高度吻合,证明了推导的解析表达式的正确性和有效性,为双馈异步发电机不对称LVRT控制策略提供了理论基础。     

不同控制策略对双馈风机暂态特性影响仿真研究

本文根据网侧基于电网电压定向的矢量控制策略和直接功率控制策略及机侧基于定子磁链定向的矢量控制策略和直接功率控制策略,在PSCAD平台上分别搭建了基于矢量控制策略和直接功率控制策略的两套双馈风机仿真模型,对比分析了电网发生对称性短路故障导致机端电压不同程度轻微跌落和严重跌落时基于不同控制策略的风机的暂态特性,分析了不同时刻投入撬棒电路时基于不同控制策略的风机短路电流特性,并仿真分析了基于不同控制策略的网侧变频器不发无功时对直流母线电压的稳定作用及发无功时对电网电压的支撑作用,最后总结了不同控制策略对双馈风机对称性短路故障暂态特性的影响。     

双馈风力发电系统的低压穿越运行与控制

根据紧急电网规程要求,风电场须具备外部电压故障下不间断运行能力,即电网故障时风电机组应能保持与电网连接并向系统不间断供电。由于双馈感应发电机（DFIG）励磁变换器容量有限,电网故障时会产生转子过电流和变换器直流环节过电压,须实行保护和控制。讨论了外部电压骤降下DFIG风电系统的低压穿越控制策略和保护方案,并对一台1．5Mw商用DFIG风电系统进行了仿真研究。结果表明快速短接保护装置（Crowbar）的切除时刻和所用串联电阻大小对故障电网恢复和变换器保护有较大影响。配合Crowbar而采用串联电阻及改进网侧变换器控制策略的方式,可以实现DFIG成功穿越定子剩余电压为15％的电网骤降故障,且无需吸收大量无功功率,有利于电网的恢复。     

电网电压深度不对称跌落时的双馈风电变流器控制技术

针对电网电压不对称跌落故障,提出一种用于双馈风机的变流器控制策略,以满足低电压穿越标准的要求。策略使用转子侧变流器控制转子正序电流以保证风机的有功和无功输出,网侧变流器保持额定电流输出能量,同时使用斩波器稳定直流母线电压。针对1.5MW双馈风电机组进行了仿真模型和实际测试验证,结果表明该策略有效保证了双馈风机系统低电压穿越的实现。