基于定子侧新型Crowbar的双馈发电机低电压穿越研究

针对电网电压跌落时投入现有被动式转子Crowbar保护,只能实现对双馈风电机组的系统保护,而无法实现低电压穿越的不足,提出故障时在定子中串接由电感组成的新型Crowbar。首先从理论上对双馈发电机电压跌落极限下激起的电磁过渡过程进行分析计算,揭示影响电磁过渡过程的本质规律。在此基础上,给出双馈发电机在电压跌落极限下新型Crowbar电感值整定方法及励磁控制策略。理论分析和仿真结果表明,新型Crowbar与控制策略相结合即使在电压跌落极限下,也能够对双馈发电机转子侧变流器提供保护,并向电网提供无功支撑,实现电压跌落极限下低电压穿越。     

基于撬棒并联动态电阻的自适应双馈风力发电机低电压穿越

当电网故障引起电压跌落时,为防止大装机容量风电场的风机脱网,双馈风力发电机(DFIG)多采用Crowbar电路来实现低电压穿越(LVRT)。传统Crowbar电路采用固定阻值的电阻,很难兼顾对转子电流和直流母线电压的抑制以及对Crowbar的投入工作时间的控制。针对传统Crowbar的不足提出了一种基于Crowbar并联动态电阻的双馈风力发电机低电压穿越方案,制定了该方案的自适应控制策略以及其阻值的整定方法。仿真分析不同跌落深度下所提方案的LVRT特性,并与改变IGBT的导通脉宽的变电阻Crowbar方案进行了比较,结果表明带并联动态电阻Crowbar方案的LVRT效果较好,不仅兼顾了对转子过电流和直流母线过电压的抑制,而且在电压深度跌落时可缩短Crowbar的投入时间,有利于系统电压的恢复。     

双馈风电机组零电压穿越能力测试方案

为测试双馈风电机组的零电压穿越能力,取得行业认可的检测报告,以在运行的某2MW双馈风电机组为例,开展了基于澳大利亚电网标准的零电压穿越能力测试。通过对不同电压跌落故障期间转子电流(电压)的理论分析,明确了机组控制策略及硬件设备的技术改造方向,结合预测试结果,仿真计算了Crowbar组件过流能力和Crowbar电阻阻值,优化了Crowbar电路的部分设计,最终选定了可通过测试的技术改造方案,为双馈风电机组优化运行和技术革新提供了理论指导,也为优化其并网能力提供了借鉴。     

IGBT型Crowbar保护电路仿真研究

采用Crowbar保护电路可以极大地提高双馈式风电系统的低电压穿越能力(LVRT)。建立了双馈风力发电机(DFIG)的数学模型,对IGBT型Crowbar保护电路关键参数—卸能电阻最优值范围进行研究。并通过MATLAB/Simulink搭建了变速恒频DFIG风力发电系统模型,仿真表明当电网电压大幅度跌落时采取Crowbar保护电路的必要性。     

考虑三重因素的双馈风电机组撬棒电路保护控制策略分析

撬棒(Crowbar)电路作为提高双馈风电机组低电压穿越能力的主要措施之一,其控制策略的选取对风电机组动态特性影响较大。针对电网故障持续时间、机端电压跌落深度以及故障时刻风机运行状态三重因素,在Matlab/Simulink平台上搭建含Crowbar电路的双馈风电机组模型,通过对转子侧电流分析,验证了这三重因素对转子侧电流的影响。仿真结果表明,在电网故障持续时间较长、电压跌落较深、风机运行点较高时应采用Crowbar阈值投入故障清除后延时退出的控制策略,相反则应选择Crowbar阈值投入延时退出的控制策略,并给出Crowbar动作区域曲线和Crowbar控制策略选择区域曲线,明确两种控制策略的适用范围,初步得到了Crowbar保护控制策略。     

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。     

基于DBR的交直流复用Crowbar低电压穿越

在深入分析双馈风力机组数学模型的基础上,通过对现有低电压穿越方案的控制策略和效果的研究,提出了基于动态刹车电阻(DBR)的交直流复用Crowbar低电压穿越方案。所述方案有2种工作方式:当电网电压轻度跌落时,运行于直流Crowbar工作方式;当电网电压深度跌落时,运行于交直流复用Crowbar方式。针对2MW双馈风力发电机组进行了试验,对设计方案进行了验证。研究表明,所述方案对电网电压轻度跌落持续可控;对电网电压深度跌落,利用并联整流桥取代机侧变频器输送转子故障能量至直流母线,规避了跌落瞬间机侧变频器容量不足的缺点,至机侧变频器重启并联整流桥退出,恢复背靠背变频连接。对不同程度电网电压跌落,所述方案均能实现低电压穿越,故障期间无功支撑满足电网导则要求。     

基于平均斜率控制的Crowbar双馈异步电机低电压穿越

针对双馈感应电机低电压穿越提出一种新的撬棒电路。传统的Crowbar电路采用固定阻值的电阻已经很难满足抑制转子电流、缩短撬棒电路工作时间的要求,有些研究提出了Crowbar并联动态电阻的双馈风力发电机低电压穿越方案,但接入Crowbar电路的并联电阻只是给出一个上限值,不能在电网电压不同程度跌落情况下都能取得好的穿越效果。因此,提出一种基于电流变化率大小动态改变Crowbar电阻值的双馈感应电机低电压穿越方案。此方案与Crowbar并联动态电阻方案进行比较,Matlab/Simulink仿真结果表明上述方法效果更好。     

Crowbar保护电路参数选择对双馈风电系统低电压穿越的影响

在电网电压严重跌落故障下,通常采用转子侧增设Crowbar保护电路实现双馈风电系统低电压穿越(LVRT)运行,而不同的Crowbar退出时间和阻值对LVRT性能影响较大。针对双馈感应发电机(DFIG)系统机端三相短路故障,从磁链角度推导出转子侧暂态电流及其最大估算值,根据短路电流和直流母线耐受电压,给出Crowbar串联电阻值的整定范围。在MATLAB/Simulink平台进行仿真研究,结果表明,为防止电网电压恢复时Crowbar电路再次动作,可采取故障消除后切除Crowbar电路方案;在约束范围内,Crowbar电路阻值有利于暂态电流加速衰减,提高DFIG系统LVRT能力。     

基于动态触发卸荷电阻的风电低电压过渡技术的仿真分析

电网导则要求风电机组在电网电压跌落时要保证在一定范围内不脱网运行。针对背靠背的永磁直驱风电系统,分析了双PWM变流器的网侧控制策略,并设计直流侧卸荷电阻式Crowbar电路的硬件电路和控制策略,在此基础上对电网3种典型的电压跌落故障进行了仿真分析。结果表明,直流侧卸荷电阻式Crowbar电路的投入能够使风电机组在不同类型的电压跌落故障时保持不脱网运行,并使发电系统的恢复更加迅速,控制简单,成本低,能够保障变流器稳定安全的运行,有效提高永磁直驱风力电系统的低电压过渡能力。     

基于Crowbar保护电路的双馈风电系统高电压穿越

针对电网电压发生骤升故障时造成的电网不稳定运行,在双馈机组转子侧加入Crowbar保护电路,增加双馈风电系统高电压穿越的能力。通过建立电网电压骤升时双馈风电机组投入Crowbar保护电路后的数学模型,并从磁链角度推导出转子侧暂态电流及其最大估算值,根据短路电流和直流侧母线耐受电压的大小,确定Crowbar电路串联的电阻值、切入和退出时间,加速系统暂态电流的衰减,实现双馈系统的高电压穿越。Matlab/Simulink仿真结果表明:控制方案增强了双馈发电系统稳定运行的可靠性,并提高了双馈风力发电系统的高电压穿越能力。     

双馈型风电系统电网故障不间断运行的研究

为保护变频器,需要采用Crowbar装置在电压跌落时为转子浪涌电流提供通路,并限制转子电流增大,在电压恢复时抑制电压骤升。因此提出了一种Crowbar控制策略,能有效抑制转子过电流、直流母线过电压,并可向电网注入无功电流以帮助电网电压的恢复。测量结果表明了控制方式能使双馈型感应发电机（DFIG）在大幅电压跌落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。     

考虑Chopper动作的双馈风电机组三相短路电流分析

直流母线并接直流卸荷电路(Chopper)以保护转子侧变频器(RSC)是一种较常用的双馈风电机组低电压穿越改造方案。目前对称故障下双馈风电机组短路电流特性研究以故障后投入撬棒(Crowbar)电阻为主,Chopper动作下双馈风电机组短路电流特性研究几乎没有,故而难以分析其作用下双馈风电机组短路电流特性对系统中保护动作可靠性和设备安全的影响。类比双馈风电机组故障后投入Crowbar电阻的分析思路——转子回路串入电阻,通过分析对称故障后Chopper动作下的转子电流回路,将被闭锁的RSC和Chopper等效为可变电阻,分析了该等效电阻阻值随电压跌落程度和故障前转差率的变化规律。根据故障后双馈感应发电机的磁链、电压关系,通过数学解析得到Chopper动作下对称短路电流解析表达式。在MATLAB/Simulink中搭建配置Chopper的双馈风电机组模型,仿真验证了该表达式的有效性。     

双馈型风力发电系统低电压穿越策略仿真

针对双馈风力发电机组的低电压穿越能力的问题,介绍了风力发电在电网电压跌落时的并网要求,分析了目前已有的各种应对策略,提出了一套应对电网电压跌落时的控制策略。对于电网严重短暂跌落,通过对转子电流和直流侧电压滞环比较来控制Active Crowbar和直流侧卸荷电路,以卸荷多余能量并保护变流器,并保持风电机组的并网。对于电网的长时间跌落,还进行电网电压闭环发送无功,以支持电网进行恢复。通过仿真模型验证了所提出的控制策略能很好地抑制转子侧电流和直流侧电压的上升,并对电网提供无功支持。     

双馈异步风力发电系统电网故障穿越能力研究

在分析风电机组并网导则的基础上,首先对双馈异步风力发电机组进行数学模型的建立,分析了电网对称运行情况下的控制策略.然后对电机在电网电压跌落情况下的运行状况作理论分析,并提出采用主动式Crowbar电路来保护转子侧变流器和发电机本身的方案.在MATLAB/Simulink建立的风电场模型中进行电网电压深度跌落情况下的仿真...     

双馈风电机组暂态特性分析及低电压穿越方案

提出了一种新的转子暂态电流计算方法,将电网故障后电机的电磁暂态过程处理为不同状态的叠加,综合考虑了定子侧电压故障分量、转子侧电压故障分量以及Crowbar电路投入引起的暂态冲击作用。在此基础上,推导了转子电压峰值与Crowbar电路阻值间的函数关系,利用作图法给出了Crowbar电阻取值的实用整定原则。针对Crowbar电路切除后低电压期间的电机控制,提出了一种根据电压跌落深度调整有功和无功参考值的自适应控制策略及相应的低电压穿越方案,使双馈风力发电机在电压跌落期间能给予系统一定的无功支撑。最后,以1.5MW双馈风力发电机为例进行仿真验证,结果表明所述方法正确有效。     

Crowbar电路对双馈风力发电机组的影响

随着天然气、石油等传统能源面临枯竭,空气污染不断加剧的局面,迫使人们寻找一种无污染型的新型能源作为传统能源的替代者。在国家能源战略的扶持下,近几年,风电等清洁能源得到了飞速发展,然而,在风电快速发展的同时也暴露出了很多不足和漏洞。针对双馈风力发电系统对电网电压跌落的脆弱性,基于转子侧加入Crowbar保护电路双馈风力发电系统的仿真模型,通过Crowbar保护电路的投切仿真分析,研究了Crowbar保护电路对双馈风力发电系统的影响。     

基于转子串电阻的双馈风电机组的故障穿越方法研究

电网发生故障时,Crowbar保护电路的投入会将双馈风电机的转子侧变换器短路从而使其失去控制,而且变换器的传统控制方法会导致双馈风电机组的控制性能恶化。针对以上问题,本文在考虑定子励磁电流动态变化的基础上改进了变换器的控制策略,并与转子串电阻相互配合,实现了双馈风电机组的故障穿越方法。利用MATLAB/Simulink仿真平台进行了仿真实验,结果表明,改进的控制策略与转子串电阻相互配合能够协助双馈风电机组成功穿越电网的严重故障,有利于风电系统的稳定运行。     

基于直流母线电阻的双馈风力发电机的低穿仿真分析

随着风电并网规模的扩大,大规模风电接入对地区电网稳定性的影响不容忽视。由于双馈风力发电机组对低电压穿越(LVRT)能力要求更高,风力发电机组尤其是双馈风力发电机组的低电压穿越技术改造已成为风电行业的重要工作。文章介绍了双馈风力发电机组在LVRT改造中应用的直流母线电阻和撬棒(Crowbar)保护技术,并对其进行了仿真建模分析,经仿真比较,证明了直流母线电阻保护的有效性。在电压跌落不是很严重的情况下,仅投入直流母线电阻即可实现低电压穿越。     

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。