正常及定子绕组匝间短路故障的双馈风机高电压穿越研究

对于双馈感应风力发电机(DFIG)高电压穿越问题,从DFIG的暂态特性出发,利用叠加原理,将电网电压骤升故障后转子暂态过程处理为稳态分量和定子侧电压故障分量的零状态响应之和,以此求解转子暂态电流。分析换流器的控制策略对电网电压骤升过程的影响,在此基础上提出附加控制环节,使DFIG工作于无功支撑模式,实现高电压穿越。基于多回路理论,建立了定子绕组匝间短路(SWITSC)故障的DFIG数学模型,并验证所搭模型的正确性,在此基础上仿真分析了附加控制策略对发生SWITSC故障的DFIG高压穿越的影响。对正常和发生SWITSC故障的DFIG高电压穿越运行研究具有一定指导意义。     

定子匝间故障的双馈风力发电机组的建模与低电压穿越分析

基于多回路理论,建立了双馈感应发电机DFIG(Doubly-Fed Induction Generator)在定子绕组匝间短路SWITSC(Stator Winding Inter-Turn Short Circuit)故障情况下的数学模型,并在MATLAB/Simulink环境下搭建了仿真模型,基于MATLAB/Simulink的仿真例程证明了该模型的正确性。进而,对比分析了正常DFIG、带有SWITSC故障的DFIG在外部电网电压骤降情况下的动态响应,得出结论:在SWITSC故障情况下,DFIG的有功功率降低、转速下降、在电网电压骤降时向电网提供无功功率支撑的能力下降、自身稳定性降低;并且,上述后果随SWITSC故障严重程度以及电网电压骤降程度的增加而愈发明显。结论为双馈风力发电机组在SWITSC故障情况下的低电压穿越分析提供了理论支撑。     

定子匝间故障的双馈风力发电机组的建模与最大风能追踪研究

定子匝间短路故障作为双馈风力发电机一种常见的内部故障,直接影响双馈风力发电系统的安全、稳定运行。首先建立了双馈感应发电机(DFIG)发生定子绕组匝间短路(SWITSC)的故障数学模型,并基于多回路理论在MATLAB/Simulink环境下搭建了其仿真模块,验证了其正确性。之后,将搭建的仿真模块连接到无穷大电网中进行仿真。在风速变化时,不同匝间短路程度下,该故障电机的动态运行状况,分析其能否实现最大风能追踪。最后,结果表明:发生定子匝间短路故障的双馈风力发电机组不能很好地实现最大风能追踪;且随着短路程度的加深,发生定子匝间短路故障的双馈风力发电机实现最大风能追踪的能力变得更弱。     

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.     

定子故障下的双馈风力发电机组建模与稳定性分析

针对双馈风力发电机组(DFIG)发生定子绕组匝间短路(SWITSC)故障后的稳定性问题,建立了SWITSC故障下的DFIG的小干扰稳定性分析模型。基于Lyapunov稳定性理论进行特征值分析,并勾勒出主导特征值的变化轨迹;另外,找出了对稳定性影响作用较大的关键性控制参数,结合仿真波形说明了DFIG稳定性的变化情况。得到结论:DFIG发生SWITSC故障后,其稳定性有所下降,但在风速及控制参数合理的条件下仍然具有保持稳定运行的能力。     

接于弱电网的双馈感应发电机在定子故障情况下的无功功率控制策略

针对双馈感应发电机(DFIG)发生定子绕组匝间短路(SWITSC)故障后对弱电网并网点电压稳定性的影响问题,构建了含SWITSC故障DFIG的弱电网模型。通过仿真分析和理论分析得到如下结论:DFIG发生SWITSC故障后输出无功、有功功率将变化进而导致弱电网并网点电压降落,而不同的输电线路阻抗比、电网强弱程度以及DFIG的SWITSC故障严重程度均会影响DFIG的输出无功、有功功率。针对上述影响,基于维持并网点电压稳定的目的,提出了一种改进的DFIG输出无功功率控制策略。仿真结果表明,该控制策略充分发挥了DFIG的无功功率调节能力,在SWITSC故障情况下可以有效遏制并网点电压的降落,在正常情况下则与常规控制策略等效。     

定子匝间短路时双馈异步发电机电磁转矩的研究

定子绕组匝间短路故障会引起双馈异步发电机气隙磁场的畸变,从而导致电磁转矩的变化,因此电磁转矩可作为故障特征之一。基于能量法分析定子绕组匝间短路故障前后电磁转矩的变化特征,建立了双馈异步发电机的多回路数学模型,并对其正常和不同程度匝间短路时的电磁转矩进行仿真计算。对仿真结果进行频谱分析,得到了定子绕组匝间短路故障前后电磁转矩谐波分量的变化规律,验证了理论分析的正确性。定子绕组匝间短路故障和电磁转矩的关联特征可以作为诊断定子绕组匝间短路故障的依据。     

基于正序阻抗角的海上DFIG定子绕组匝间短路故障辨识

为了保证海上双馈风力发电系统的安全可靠运行,提高海上DFIG定子绕组匝间短路故障辨识的精准度,文中提出一种以定子侧正序阻抗角为故障特征量的定子绕组匝间短路故障辨识方法。由于故障后各序分量不再对称,首先基于DFIG定子匝间短路故障状态下的序分量模型,推导得出DFIG定子侧正序阻抗角的表达式;然后分析电网电压不平衡、负载和转差率变化等非理想工况对该故障特征的影响规律,提出合理的故障辨识阈值。仿真与实验结果表明,该故障特征对电网电压不平衡具有鲁棒性,且通过合理设置故障阈值可实现对海上DFIG定子绕组匝间短路故障的精确辨识。     

双馈风力发电机的调频策略及机组定子故障下的弱电网稳定性研究

双馈风力发电的高渗透率降低了电网的等效惯性和一次调频能力,这一问题对于弱电网而言愈发突出。因此,在惯性降低的弱电网下,双馈风力发电机(doubly-fed induction generator,DFIG)频率的自动调整成为其控制系统重要目标之一。定子绕组匝间短路(stator winding inter-turn short circuit,SWITSC)是双馈风机的一种典型故障,直接影响机组的安全、稳定运行。但是,计及SWITSC故障的DFIG机组的调频策略与弱电网稳定性分析尚未见诸报道。为此,在计及SWITSC故障的DFIG机组模型上附加频率惯性控制和下垂控制,依据旋转质块的动态特性建立SWITSC故障下DFIG机组、弱电网的小信号模型,通过特征值分析揭示了两种频率控制策略及SWITSC故障本身对弱电网频率稳定性的影响,并对弱电网模式切换和负荷突变进行了敏感性研究,最后利用仿真验证了理论分析的正确性。     

双馈式感应发电机定子匝间短路故障稳态分析

定子绕组匝间短路故障是双馈式感应发电机常见故障之一。文中分析了发生匝间短路故障时的电磁特性变化规律,建立了双馈式感应发电机的定子绕组正常和发生匝间短路故障时的多回路数学模型,对正常情况和不同程度匝间短路故障情况进行了仿真计算。对仿真结果进行了深入研究,分别对定子侧电流和转子侧电流进行频谱分析,总结了正常情况和不同程度匝间短路故障情况下的谐波变化规律,证明了通过特定频率信号监测双馈式感应发电机运行状况和进行故障诊断的可行性。     

具有低电压穿越能力的集群接入风电场故障特性仿真研究

结合风电机组的结构和并网原理,对直驱风电机组提出了"卸荷电路+无功补偿"的低电压穿越改进控制方法,对双馈风电机组采用了DC-Chopper和SDBR(series dynamic braking resistor)代替Crowbar的低电压穿越改进控制方法。以PSCAD为平台分别构建了具备低电压穿越能力的直驱风电机组和双馈风电机组的并网仿真模型;结合风电并网技术规程,采用电压跌落器仿真验证了直驱、双馈风电机组在电网电压跌落下的低电压穿越能力。参照新疆达坂城实际风电场群接入系统方案,构建了包含具备低电压穿越能力的直驱、双馈风电机组的集群风电场仿真算例,研究了风电场送出线故障、集群风电场送出线电压跌落、系统线路电压跌落时风电场群故障穿越特性。仿真结果表明:集群接入风电场送出线电压跌落会影响相邻风电场及系统的电压和频率,故障结束后整个风电接入系统可以在风电接入技术规程要求的时间内恢复至稳态运行状态。研究成果有助于分析风电大规模集群接入系统的运行特性,提高电力系统对风电的接纳能力。     

电网电压骤升时DFIG定转子电流分析及无功电流配置改进

在双馈感应发电机（DFIG）高电压穿越（HVRT）问题中,电压骤升引起的暂态过电流不足以触发撬棒保护动作,致使HVRT下的定转子短路电流特性比低电压穿越（LVRT）更复杂。推导了计及电磁暂态过渡过程和转子侧换流器（RSC）调控共同作用影响下的定转子电流表达式。在此基础上考虑并网规范要求的DFIG无功电流支撑,控制RSC和网侧换流器（GSC）输出与骤升幅度相对应的分量,使DFIG工作于无功支持状态。仿真结果表明,定转子电流表达式准确描述了HVRT期间的故障电流,所得结果更具一般性,且对故障电气量的计算具有重要意义;改进无功电流配置实现了DFIG的HVRT。研究结果对掌握DFIG的动态过程具有一定的参考价值。     

直流母线过压对风电机组高电压穿越影响

针对某风电场双馈机组的现场高电压穿越测试中变流器故障导致风电机组脱网的问题,通过对风电机组变流器过压的深入分析,提出了一种风电机组在高电压穿越期间动态调整变流器母线参考电压的方法,解决了现场变流器过压保护导致风电机组脱网的问题。通过现场实测验证了所提策略的有效性,为风电机组的高电压穿越能力改造提供借鉴,为防范直流送端新能源电力系统的震荡提供了有益参考。     

直流母线过压对风电机组高电压穿越影响

针对某风电场双馈机组的现场高电压穿越测试中变流器故障导致风电机组脱网的问题,通过对风电机组变流器过压的深入分析,提出了一种风电机组在高电压穿越期间动态调整变流器母线参考电压的方法,解决了现场变流器过压保护导致风电机组脱网的问题。通过现场实测验证了所提策略的有效性,为风电机组的高电压穿越能力改造提供借鉴,为防范直流送端新能源电力系统的震荡提供了有益参考。     

基于DVR的双馈风电机组不对称电压故障穿越

基于动态电压恢复器DVR(Dynamic Voltage Restorer)能够在短时间内恢复电压的特点,研究了DVR协助双馈风电机组穿越不对称电压故障的能力。针对双馈风电机组,选择了合适的DVR拓扑结构及其补偿策略,分析了基于比例-谐振PR(Proportional-Resonant)控制器的DVR控制方法,并提出采用单环电压反馈控制的策略。利用PSCAD/EMTDC搭建的详细仿真平台,展示了在DVR的保护下双馈风电机组成功穿越不对称电压故障的能力及其改善的瞬态性能。     

电网电压骤升故障下双馈风力发电机变阻尼控制策略

双馈风力发电机在电网电压跌落情况下的不间断运行已成为当前研究热点,而电网电压骤升对双馈风力发电系统的运行也构成了威胁。为研究双馈风力发电机的高电压穿越特性及其控制策略,分析了电网电压骤升激起的双馈感应发电机的电磁过渡过程。针对不同转速和电网电压骤升幅度对系统的影响,提出一种基于变阻尼的转子励磁控制策略,减小了故障情况下...     

双馈风电机组高电压穿越控制策略与试验

针对风电的高电压脱网问题,介绍了主要风电并网导则对高电压穿越的要求,对比分析了双馈风电机组低电压和高电压的电磁暂态特性,论证了双馈风电机组1.3倍额定电压的高电压穿越过程全程可控的可行性。提出了一种基于双馈变流器动态无功控制的高电压穿越控制策略和风电机组主控系统与变流器协同控制完成高电压穿越的实现方法,避免了Crowbar或Chopper保护动作对高电压穿越特性的不利影响。在MATLAB/Simulink中建立了2 MW双馈风电机组高电压穿越仿真模型,实现了高电压穿越全过程仿真;利用高电压发生装置,在2 MW双馈风电机组上进行了高电压穿越现场试验,试验结果表明了理论与仿真分析的准确性及控制策略的有效性。     

基于无功判定法的Crowbar保护电路退出控制

"并网难"已成为风电发展的瓶颈,而低电压穿越(Low Voltage Ride Through,LVRT)是风电并网中的核心技术,目前主要采用Crowbar保护电路实现风电机组在大干扰下也具有LVRT能力,而Crowbar电路退出时间对电网故障恢复有很大的影响。根据我国风电大规模远距离的特点,在DIgSILENT中建立了双馈风力发电机组(Doubly-Fed Induction Generator,DFIG)的动态模型,并经过远距离输电线与IEEE9节点电力系统相连,仿真分析了DFIG在各种短路故障条件下的运行特性,提出一种基于无功功率判定的Crowbar退出控制方法,能实现Crowbar电路在故障切除后立刻退出,提高了DFIG的LVRT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。