不对称故障下双馈感应发电机转子电压分析

针对不对称故障引起的电压跌落,求解得出三种不对称故障期间转子感应电动势峰值,结合对转子侧变流器控制能力的分析揭示了转子侧过流的根本原因。以转子侧变流器的最大控制电压为准则,推导出三种不对称故障的低电压穿越域。采用PSCAD搭建带有撬棒保护Crowbar的双馈风电机组暂态模型,仿真结果验证了所提出的低电压穿越域的正确性。     

电网对称故障下基于active crowbar双馈发电机控制

随着风力发电规模和风电机组单机容量不断增大,要求大型风电机组具有低电压穿越能力,因此需要研究三相对称故障下双馈风力发电机控制方法.在电网电压突然跌落时,由于双馈发电机中的电磁耦合关系,在定转子中感应出过电压过电流,为保护转子侧变换器,需要通过crowbar来短路双馈发电机的转子.针对传统的passive crowbar的不足,采用active crowbar电路的控制方法.当电网故障造成双馈发电机转子过流时,开启active crowbar电路来旁路转子侧变换器.当转子电流下降到一定程度时断开crowbar,转子侧变换器恢复工作,此时双馈电机可以向电网同时提供有功无功支持.理论分析的基础上进行了仿真研究.仿真结果证实了采用active crowbar可以有效地实现双馈风力发电机的低电压穿越.     

电网电压不对称暂降下考虑Chopper动作的双馈风机转子电流分析

针对电网电压不对称暂降下双馈感应发电机直流侧卸荷Chopper电路的投入,分析了其动作后双馈感应发电机的转子三相不对称电流,双馈感应发电机在机端电压不对称故障时表现出极为复杂的电磁暂态特性。首先建立了正反向旋转坐标系下双馈感应发电机的正序、负序模型,然后基于序分量叠加法把不对称故障时复杂电磁暂态过程中出现的暂态量等效分解为正序、负序和自由分量,推导了不对称故障下Chopper投入后转子暂态短路电流精确解析表达式。利用Matlab/Simulink仿真软件对所提方法进行验证,仿真结果验证了机端电压不对称跌落过程中双馈感应发电机转子不对称短路电流变化特性。     

考虑撬棒保护动作时间的双馈式风电机组短路电流特性

撬棒(Crowbar)保护是否动作及动作时间会对双馈感应发电机(DFIG)短路电流特性产生影响。目前计及撬棒保护影响的相关研究均按照故障后撬棒保护瞬时动作来分析短路电流特性,但实际上机端电压跌落时,撬棒保护并非瞬时投入运行,而是根据故障严重程度带有不同的动作延时,这给短路电流的精确分析计算增加了难度。文中针对这实际问题,以机端发生不对称故障为例,将故障电流分解为正向和反向同步旋转坐标系下的正序和负序分量,并根据撬棒保护动作时刻将故障过程分解为两个阶段,通过数学解析的方法给出整个故障过程的短路电流计算表达式。通过与MATLAB/Simulink的DFIG标准模型对比,仿真验证了计算表达式的有效性,并分析了撬棒保护不同动作时间对DFIG短路电流特性的影响。     

电网对称故障时双馈感应发电机低电压穿越控制

分析电网对称故障时,双馈感应风力发电机定子磁链变化过程、导致定转子过电流的原因、电网故障发生具体时刻及故障程度对双馈感应发电机定转子的影响,提出一种双馈感应风力发电机转子侧变换器低电压穿越控制策略,改善了双馈感应发电机在电网故障时定、转子过电流的情况,实现了双馈感应发电机在电网对称故障时的低电压穿越.在理论分析基础上,建立双馈感应发电机转子侧变换器低电压穿越控制模型和3 kW双馈感应发电机励磁变换器低电压穿越控制实验系统.实验结果表明,所提出的双馈感应发电机低电压穿越控制策略动态响应快、方法行之有效.     

不对称故障下双馈风力发电机转子变换器控制研究

由于双馈感应发电机(DFIG)的传统控制策略在电网电压不对称跌落下的控制性能较差,提出了一种基于抑制转子侧负序电流的控制策略,以提高DFIG在电网电压发生不对称跌落的控制性能.在不对称跌落下,该控制策略可对DFIG的转子电流的正、负序分量同时进行控制,使用MATLAB/Simulink建立仿真模型,仿真结果表明此控制策...     

双馈式感应发电机转子匝间短路故障的负序分量分析

双馈式感应发电机被广泛地应用于风力发电中。风电场恶劣的工作环境也使双馈式感应电机故障频发。其中,定转子绕组故障占了很大的比例,所以对双馈感应发电机进行在线监测及故障诊断显得尤为必要。本文基于有限元方法对双馈感应发电机的转子绕组匝间短路所产生的负序电流进行了分析,得到了不同故障程度下特征的发展趋势以及相同故障不同转速下的特征表现。     

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。     

电网短路时双馈感应发电机转子电流的分析与计算

双馈风电机组对机端电压跌落比较敏感,随着风电装机容量的不断增加,电网故障时双馈风电机组转子电流的准确分析与评估变得十分重要,关系着双馈风电机组低电压穿越的实现以及故障电气量的分析与计算。从电网短路时双馈感应发电机的暂态过程出发,分析了双馈感应发电机定子动态过程以及变流器调控对转子电流的影响,采用空间矢量法和坐标变换方法推导了电网对称短路和不对称短路时转子电流的表达式,通过时域仿真和算例结果验证了表达式的正确性。所提出的表达式利用机端电压以及变流器控制参数即可计算得到电网短路时任意时刻的转子电流,具有清晰的物理意义以及较好的实用性。     

双馈感应发电机转子匝间短路时定子电流谐波分析

随着人们对风能重视程度的日益加深,双馈感应发电机(DFIG)的应用越来越广泛。转子绕组匝间短路故障是一种常见故障,对DFIG以及风电系统具有较大危害。文中分析了正常情况以及发生转子绕组匝间短路故障时定子侧电流谐波成分,考虑了绕组结构对谐波成分的影响;建立了DFIG多回路数学模型,计算了发生不同程度转子绕组匝间短路故障时的定、转子电流,分析了发生转子绕组匝间短路故障时电流的变化规律;以傅里叶变换为基础,进一步分析了定子单条支路电流、线电流以及并联支路环流中的谐波成分。这些谐波特性可以用于构造转子绕组匝间短路故障检测与诊断判据。     

Short Circuit Current Calculation Method of Doubly-Fed Induction Generator with Crowbar Protection Based on Flux Transient Characteristics

With the wide application of doubly-fed induction generator (DFIG), accurate calculation and analysis of the short circuit currents of DFIG with crowbar protection has become very important key to realizing the low voltage ride through (LVRT) capability of DFIG and establishing the corresponding grid protection scheme. In view of this, a method to calculate the short circuit currents of DFIG with crowbar protection when different types of fault occur in the grid is proposed in this paper. First, the DFIG stator and rotor 2nd-order differential equations in the cases of grid symmetrical fault and asymmetrical fault are established respectively. And the short circuit current calculation model when crowbar resistance remains unchanged in the fault duration is obtained. On this basis, the short circuit current calculation model when crowbar resistance varies in the fault duration is derived. And then, the influence of crowbar resistance and DFIG rotor speed on the short circuit current calculation model is analyzed, including the variation pattern of flux eigenvalues with the crowbar resistance, and the variation feature of flux amplitude and phase angle with the rotor speed. Besides, the transient variation characteristics of different flux components are studied. Finally, time-domain simulation tests verify that the proposed calculation method is correct and applicable to different types of crowbar circuits in the market. Besides, the influence of crowbar resistance and DFIG rotor speed on the stator short circuit current peak, peak time and current frequency in different fault cases is revealed.     

考虑撬棒保护接入的双馈感应发电机转子磁链动态特性

撬棒保护电路的接入会改变低电压穿越过程中双馈感应发电机(DFIG)定转子磁链间的耦合过程和耦合强度,由此将影响机组磁链衰减动态和撬棒保护性能。针对这一问题,提出了一种刻画定子磁链与转子绕组交链感应作用的磁链耦合系数,将电网故障后电机的磁链暂态耦合过程处理为不同状态的叠加,综合研究撬棒电阻对转子感应磁链正序、负序和暂态反向交流分量幅值和相角的耦合规律,用转子磁链空间矢量图和矢量轨迹图描述转子磁链动态响应过程。最后,针对电网不对称故障下撬棒取值的问题,提出了一种基于转子磁链幅值配比原理和最优倾角的撬棒阻值选取方法。该方法可减小磁链耦合不当对机组的暂态冲击,从而有效改善机组的无功外特性和瞬态性能。采用MATLAB/Simulink仿真验证了理论分析和所提方法的正确性。     

投撬棒后双馈风机暂态电势的变化特性分析

双馈感应风机(doubly-fed induction generator,DFIG)暂态等值模型成为近年来继电保护工作者的研究焦点之一。针对双馈风机投入撬棒这一运行工况,在分析转子磁链变化过程的基础上,定量研究了双馈风机暂态电势的变化特性。指出由于转差的存在,暂态电势中出现了转差频率交变分量;撬棒电阻的投入,加快了暂态电势中衰减分量的衰减速度。使得双馈风机的暂态电势呈现出快变特性,不同于传统同步发电机暂态电势慢变的特点,并通过仿真验证了理论分析的正确性。为进一步的双馈风机暂态等值模型的建立及风电场保护策略的研究提供理论依据。     

基于Crowbar保护的双馈感应发电机暂态特性与参数设计

双馈风力发电系统中,Crowbar(撬棒)仍是实现低电压穿越的常用方案之一,传统的分析方法忽略了定、转子磁链间的耦合,会带来较大的分析误差并遗漏一些暂态特性。从双馈感应发电机的数学模型出发,通过分析端口电压发生对称跌落、投入Crowbar后双馈感应发电机的暂态过程,推导出了定子磁链、定子电流、转子电流的解析表达式,并在表达式的基础上分析了各暂态量的幅值和变化规律等特性。在MATLAB/Simulink中建立了双馈感应发电机的仿真模型,结果证明了表达式的准确性。从复杂的数学表达式中抽离出Crowbar阻值与暂态特性的关系,分析了不同的Crowbar阻值对于故障期间系统的功率、电磁转矩的影响,并结合转子电流峰值计算及直流母线电压钳位效应的限制,给出了一种Crowbar电阻取值方案,该方案将有助于实际工程中选取合适的Crowbar参数。     

计及撬棒保护影响的双馈风力发电机组故障电流特性研究

为了研究对称及不对称电网故障情况下双馈风力发电机组的故障电流特性,建立了两相静止坐标系下双馈风力发电机组的动态模型。对近区严重故障且撬棒保护动作情况下双馈风力发电机组的定子绕组磁链动态过程进行了研究,提出了一种兼顾精确性和简易性的定子绕组磁链简化计算模型。以此为基础,对对称故障和不对称故障情况下双馈风力发电机组的故障电流特性进行了分析,得到了其解析表达式,建立了故障电流的等效计算模型。数字仿真结果表明,理论分析结果在故障发生后的前2个工频周期内具有很高的精确度,可以满足继电保护原理研究和整定计算的应用要求。     

考虑Crowbar阻值和退出时间的双馈风电机组低电压穿越

在电网发生严重故障情况下,双馈风电机组多采用Crowbar保护电路以实现低电压穿越(LVRT),而Crowbar阻值和退出时间对LVRT效果有很大影响.文中从磁链角度推导给出了双馈感应发电机(DFIG)在并网运行情况下发生机端三相短路故障后的转子短路电流表达式及最大短路电流估算式,并给出了Crowbar阻值的整定方法.为了验证推导所得转子电流表达式的正确性,并分析Crowbar阻值与最大短路电流及其出现时间之间的关系和Crowbar阻值及退出时间对DFIG的LVRT效果的影响,针对1.5 MW DFIG进行了一系列仿真分析,结果表明:推导所得转子短路电流表达式及最大短路电流估算式比较准确;随着Crowlbar阻值的增大,最大转子电流逐渐减小,其出现时间在半同步周期内逐渐提前,但转子侧最大电压逐渐升高;在保证网侧变流器不过压的情况下,若Crowbar阻值在合理范围内偏大且Crowbar在故障切除前退出运行,则DFIG的LVRT效果更好.     

考虑撬棒保护和残压的DFIG短路电流实用计算方法及应用

电网短路故障可能导致双馈风电机组过电流保护动作,定量分析故障对机组短路电流的影响对于机组的低电压穿越具有重要意义.根据电网发生对称短路故障时双馈风电机组的暂态定、转子磁链关系,研究考虑机端残压下的双馈风电机组定子短路电流特性.在短路电流特征分析中考虑转子侧撬棒（crowbar）保护的投入策略,推导出双馈风电机组发生对称故障时的短路电流实用计算方法,讨论机组参数对短路电流特征的影响.将计算结果与现场低电压穿越试验测试数据进行比对,验证计算方法的实用性.     

考虑双馈异步风机特性的自适应接地距离保护

研究风电场故障特性对继电保护的影响。针对双馈异步风机投入撬棒电阻后正序阻抗和负序阻抗不相等的特征,分析了传统接地距离保护I、II、III段在保护安装处所测量到的阻抗与实际阻抗的异同。若利用传统整定原则来整定接地距离保护II段,保护可能拒动。根据接地故障时的测量阻抗,提出了考虑双馈异步风机特性的自适应接地距离保护II段的整定方法。该方法在线计算自适应分支系数,使保护安装处的测量阻抗更为准确地反映保护安装处到故障点的距离。利用DIg SILENT仿真软件搭建含风机的线路模型进行仿真分析,验证了自适应接地距离保护的灵敏性,同时该保护的可靠性得到有效提高,且不失选择性。     

双馈风力发电机转子电流环控制研究

避免双馈风力发电机转子侧过电流的出现是确保转子侧变流器的安全运行的重要措施。通过对双馈电机的空载数学模型以及空载时定向坐标系与定子、转子坐标系间的位置关系分析,提出了基于虚拟电网磁链观测基础上的电流前反馈解耦控制的转子电流闭环控制策略。相关仿真研究验证了所提出的控制策略的正确性和有效性。     

双馈风力发电机转子绝缘结构优化研究

双馈风力发电机（DFIG）的转子绝缘结构在变频电压冲击下,会承受恶劣的电应力。虽然耐电晕聚酰亚胺薄膜及其复合材料可以提高转子绝缘结构寿命,但是在成本控制的压力下,需要探索普通绝缘材料应用于转子绝缘结构的可行性。通过电场有限元仿真和试样绕组试验,证实单面玻璃丝布补强少胶云母带可以单独使用或配合聚酯薄膜补强少胶云母带使用种绝缘结构电气性能均良好,完全能够满足风力发电机转子绝缘结构设计要求。