考虑网侧控制与机端相位跳变的双馈风电机组对称故障暂态特性研究

目前在双馈风电机组(doubly-fed induction generator,DFIG)对称短路暂态特性的研究中,未充分考虑DFIG网侧变流器控制以及机端电压相位跳变等因素。为此,首先建立了综合考虑上述2种因素的DFIG故障暂态模型,在此基础上,推导了电网三相对称故障情况下的DFIG转子电流和定子电流的瞬时表达式,分析了DFIG机端电压相位跳变以及DFIG网侧变流器控制在故障时对短路电流的作用机理,实现了电网故障下DFIG故障暂态过程更为准确的描述。时域仿真与动模实验结果均验证了短路电流表达式的正确性。     

低电压穿越控制下双馈风电机组短路电流特性与计算方法

双馈风电机组(DFIG)的规模化应用使得电力系统的故障特性发生了变化,极大制约了电力系统继电保护的实施。针对现有研究未计及低电压穿越(LVRT)措施对DFIG故障特性的影响问题,对低电压穿越控制下DFIG的短路电流进行研究,重点考虑DFIG无功功率输出通过改变机端电压对机组故障输出特性的影响。着眼于DFIG定转子绕组反应、变换器LVRT控制的相互耦合,通过构建LVRT控制下的DFIG矢量模型,导出了LVRT控制启动前和启动后的DFIG短路电流表达式,从无功功率输出和LVRT控制启动延时两个方面分析LVRT控制对DFIG短路电流的影响,建立LVRT控制启动前和启动后的DFIG故障等效模型,提出考虑LVRT控制影响的DFIG并网系统短路电流的计算方法。     

双馈风机控制方式对继电保护影响的研究

双馈风机(DFIG)的接入会影响配电网继电保护的正确动作,其中控制策略的影响不可忽视。基于DFIG两相静止坐标系下的数学模型,分别建立了DFIG机侧变流器的矢量控制和直接功率控制的模型。理论分析表明当电网发生短路故障时,不同控制策略下的DFIG短路特性有着较大差异,从而对继电保护造成不利影响。从仿真结果可知,直接功率控制响应速度快,超调量大;矢量控制响应速度慢,超调量小;DFIG出口处电压下降越多,两种控制方式瞬间提供的短路电流差别越大。最后采用向转子电流参考指令中加补偿项的方法对机侧变流器矢量控制进行改进。仿真分析结果验证了改进后的矢量控制能有效地减少DFIG在故障期间对继电保护的不利影响。     

双馈风电系统网侧变流器控制策略的改进

在传统的矢量控制策略下,当电网电压发生三相对称短路故障时双馈感应发电机(DFIG)变流器直流母线电压会产生剧烈波动,从而影响整个风电系统的稳定运行。为此,需要对DFIG网侧变流器控制策略进行改进。分析了电网电压三相对称跌落时引起直流母线电压波动的原因,并在此基础上提出了新型的前馈控制方法。当电网电压跌落时对网侧变流器电流参考值做必要修正,从而达到减小直流母线电压波动的目的。为了验证该控制方法的有效性,在PSCAD/EMTDC软件环境下建立了容量为2MW的DFIG风电系统模型,并在此模型下进行系统仿真。仿真结果显示,提出的前馈控制策略能够有效的减小直流母线电压的波动。     

计及不同电压跌落和GSC馈出电流的DFIG精细化故障计算模型

当含双馈感应发电机(DFIG)的交流电网发生故障时，DFIG输出特性的精确性将影响到整个故障网络计算结果的准确性。首先，从DFIG的不同电压跌落出发，详细推导了撬棒保护投入、转子侧变流器(RSC)励磁控制和外环控制下DFIG定子侧输出电流的计算公式。接着，考虑网侧变流器(GSC)的馈出电流，推导了GSC和RSC在不同控制策略下DFIG的输出电流表达式，进而提出了计及不同电压跌落和GSC馈出电流的DFIG精细化故障计算模型。最后，在MATLAB/Simulink平台中进行了DFIG并入无穷大系统和典型电网仿真来验证该精细化模型的准确性。仿真结果表明，所提精细化模型理论计算值与仿真值误差较小；与现有模型相比，该模型在应用于电网故障计算时具有更高的准确性。     

双馈异步风力发电机低电压穿越的软撬棒控制

针对双馈异步风力发电机(double-fed induction generator,DFIG)系统低电压穿越问题,基于经典的定子磁场定向、功率解耦控制系统,提出了一种基于灭磁理论的DFIG系统软撬棒控制方法。该方法利用三步预测检测电网故障的发生,控制灭磁电流的切入切出,并根据电网故障的程度动态调整灭磁电流大小,达到电网电压骤降时,有效减小系统震荡时间,使DFIG系统不离网的同时,又能保护DFIG系统的目的。采用该方法计算灭磁电流的大小不依赖于系统模型,使DFIG系统的自适应性和鲁棒性增强。描述了电网电压骤降时带给DFIG系统的危害,理论分析了系统特性,给出了软撬棒控制的理论依据和实施方法,最后通过仿真验证了方法的有效性。     

一种考虑RSC和GSC的双馈风机短路电流实用计算方法

由于双馈风机(DFIG)的短路电流特性与传统电机不同,使其保护整定变得困难。针对电网对称故障下双馈风机短路电流,提出一种同时考虑机侧变流器(RSC)和网侧变流器(GSC)故障期间特性的双馈风机短路电流实用计算方法。在电网电压轻度跌落时,考虑RSC和GSC对风机暂态特性的影响。在电网电压深度跌落时综合考虑RSC、GSC和撬棒保护(Crowbar)的影响,把风机短路电流视为定子短路电流和变流器GSC输出电流两部分之和。建立双馈风机短路电流计算数学模型,并在数学模型中体现Crowbar动作的延时性。计算过程以Crowbar动作时刻为时间分界点,获得短路电流时域表达式,计算短路电流的最大值和有效值。在PSCAD中进行仿真验证,验证所用方法的准确性和有效性。     

计及低电压穿越的双馈感应发电机三相短路运算曲面法

分析了常规电源对双馈感应发电机(DFIG)的电压支撑作用,将DFIG接入点以外的系统进行戴维南等值,利用DFIG短路电流周期分量与计算电抗、开路电压的关系曲面,提出了DFIG接入电网的短路电流运算曲面法。针对撬棒投入和未投入时DFIG的暂态特性差异,以转子电流峰值为撬棒投入的判据,分析撬棒动作与故障后DFIG端电压关系;考虑转子励磁控制和撬棒动作延时,推导了DFIG三相短路电流计算式;制定不同时刻DFIG三相短路电流与计算电抗、开路电压运算曲面,给出计及低电压穿越的DFIG短路运算曲面法计算步骤,通过仿真验证该方法的正确性。     

用于DFIG风电场接入电网的固态变压器控制策略

固态变压器(SST)作为解决DFIG风电场接入电网所存在问题的一种新的接入方式,得到了越来越多的关注。通过对电网故障情况下DFIG定、转子电压、电流过渡过程机理的分析,提出了通过控制SST风场侧换流器电压的下降和故障切除时电压上升的斜率,来抑制电网故障过程中因电网电压突变而使双馈发电机的电压、电流以及转矩产生的冲击。分析了通过SST控制风场侧电压下降斜率与能量传递、SST直流链等效电容容值的关系,同时也分析了电网故障过程中,风场侧电压与电网电压跌落的关系。最后建立了双馈风力发电机、SST及其控制系统的模型,并针对电网三相短路故障进行了仿真计算,进一步验证了所提控制策略的正确性和有效性。     

考虑不同转差的双馈风力发电机短路计算序分量模型

双馈风力发电机(doubly fed induction generator,DFIG)大规模接入电网对短路电流的影响逐渐显现。常规的短路计算中,将DFIG忽略或作为负荷的方式会对短路计算的结果产生较大误差。为此通过分析DFIG短路计算模型的外特性,提出求解短路计算模型的方法;利用DFIG的数学模型,推导电网电压跌落下DFIG短路电流的解析表达式;根据不同的转差,提出相应的DFIG短路计算序分量模型。分析的结果表明:转差较大的DFIG可等效为一恒定阻抗负荷,而转差较小的DFIG则应等效为一同步电机,会给电网注入短路电流。最后通过MATLAB/Simulink仿真,验证了这种基于不同转差的DFIG短路计算序分量模型能保证短路计算的精确性。     

NSC改善DFIG电能质量与故障穿越研究

为了改善电能质量问题对双馈式风电机组(doubly-fed induction generator,DFIG)正常运行的影响,提出一种九开关变换器(nine-switch converter,NSC)电能质量调节器解决方案。在对NSC的数学模型、控制方式、动态调制比策略进行理论分析的基础上,建立NSC与2MW DFIG风电机组并网模型。设计典型非线性电力电子负荷产生的谐波电流以及各类公共连接点电网电压短路故障工况,分别对投入NSC时DFIG风电系统的主要参数和运行特性进行深入分析。NSC可灵活向电网并联注入相应的谐波补偿电流,维持电网电流的正弦波特性,NSC也可灵活地向电网串联注入相应的畸变补偿电压,维持DFIG机端电压的稳定,实现DFIG风电系统柔性故障穿越(flexible fault ride-through,FFRT)运行。仿真与实验研究结果验证NSC对治理DFIG风电系统综合电能质量和提升FFRT能力的有效性。     

采用串联网侧变换器的DFIG风电系统低电压穿越控制

双馈感应发电机(DFIG)因其对电网故障的敏感性,其低电压穿越运行控制技术备受关注.文中针对定子侧加装串联网侧变换器的新型DFIG风电系统,详细研究了其低电压穿越运行特性,提出了一种适用于新拓扑下发电系统的运行控制方案:通过控制串联网侧变换器抑制定子磁链暂态直流分量及电网电压负序分量对发电机转子侧的不良影响;通过控制转子侧变换器进一步限制故障时发电机的定、转子电流,从而实现发电系统的低电压穿越运行.仿真结果表明:采用所提出的控制方案,可实现电网故障时DFIG风电系统的零电压穿越运行;采用新拓扑的DFIG风电系统具有优良的电网对称及非对称短路故障穿越能力.     

双馈风电系统中VRB储能型网侧九开关变换器

双馈感应电机(DFIG)风力发电系统定子侧直接挂网运行,使故障穿越运行显得尤为重要。在研究多种故障电压补偿方案与九开关变换器脉宽调制策略的基础上,提出新颖的采用九开关变换器替代双馈风电系统网侧变换器实现并网控制与电压串补一体化方案。在对九开关变换器的数学模型、调制方法、工作状态、网侧九开关变换器的控制策略、直流侧电压分配以及全钒液流电池储能环节电路模型进行理论分析的基础上,建立网侧采用九开关变换器的DFIG风电系统仿真模型。设计多种并网点电网电压短路故障工况,分别对风电系统的电气参数和运行特性进行深入仿真研究。研究结果表明九开关变换器能维持DFIG机端电压稳定,使双馈风电机组在对称与不对称电网电压故障下实现柔性故障穿越运行。     

电网不平衡下DFIG网侧变换器侧基于PCHD模型的无源控制

电网电压不平衡对双馈异步风力发电机(doubly fed induction generator,DFIG)系统的运行损害很大,传统的控制方法不能完全解决该问题。根据电压不平衡情况下DFIG的工作原理,提出了DFIG网侧变换器控制器基于端口受控的耗散哈密顿(port controlled Hamiltonian with dissipation,PCHD)模型的互联和阻尼分配无源性控制(interconnection and damping assignment passivity-based control,IDA-PBC)方法,详细推导出在正序和负序下基于PCHD模型的DFIG网侧变换器IDA-PBC控制器结构,并计算出在消除电压不平衡引起的网侧输出有功2次谐波、网侧输出无功2次谐波及网侧电流2次谐波3种不同控制目标下网侧电流的给定值,还结合机侧控制策略给出了网侧和机侧之间协调控制最优控制目标组合方式。软件仿真和硬件实验结果表明了所提出的控制方案的可行性和有效性。     

计及GSC电流和控制策略的DFIG稳态故障电流计算模型

电网故障情况下,双馈风电机组(DFIG)的故障电流特性非常复杂,特别是DFIG的撬棒保护未动作时,其馈入电网的故障电流与其所采用的低电压穿越控制策略以及网侧变流器(GSC)特性等因素有关。为满足含DFIG的电网故障分析和保护整定计算的需求,针对DFIG的几种典型低电压穿越控制策略,分别建立了计及GSC电流影响的DFIG统一稳态故障电流计算模型,并通过数字仿真验证了所提出的故障电流计算模型的正确性。     

考虑低电压穿越全过程的双馈风电机组短路电流计算方法

双馈风电机组在电网故障期间保持并网运行,其输出的短路电流对电力系统保护和控制产生较大影响。电网故障下,双馈风电机组通常先投入撬棒保护并闭锁转子侧变流器,而后重启转子侧变流器控制机组输出无功功率。目前,针对双馈风电机组短路电流已有较多研究,但是尚未考虑低电压穿越全过程中机组运行状态切换所造成的电气参量的变化,可能造成短路电流的分析和计算出现较大误差。为此,分别建立了撬棒投入和转子侧变流器无功控制两个阶段的双馈感应发电机(doubly-fed induction generator,DFIG)数学模型,推导了这2个阶段DFIG定子短路电流的表达式,分析了低电压穿越方式的切换对DFIG输出短路电流的影响,提出了低电压穿越全过程DFIG短路电流的计算方法,并通过时域仿真验证了理论分析的正确性。     

电压不平衡下双馈感应发电机机侧变换器无源控制方法

电网电压不平衡时对双馈感应发电机(DFIG)系统的正常运行有很大损害,传统的控制方法不能完全解决此问题。根据电压不平衡情况下DFIG的工作原理,文中提出了基于端口受控的耗散哈密顿(PCHD)模型的互联和阻尼分配的无源控制(IDA-PBC)方法进行DFIG机侧变换器的控制器设计,详细推导出DFIG机侧变换器分别在正序和负序下基于PCHD模型的IDA-PBC控制器,并计算出了在消除电压不平衡引起的定子输出功率的2次谐波、转子电流的2次谐波以及定子电流的2次谐波等3种不同的控制目标下对应的定子电流和转子电流的给定值。仿真和实验结果表明,所提出的控制方案能有效地抑制电网电压不平衡故障时定子及转子的不平衡电流和降低定子输出功率的波动,且优于传统的比例—积分—微分控制方法。     

小值电压跌落下的双馈风力发电机控制策略的改进

通过对双馈感应发电机(DFIG)系统中的传统定子电压控制策略和网侧变换器控制策略的分析,给出了DFIG系统运行在电网电压小值跌落时改进的定子电压定向控制策略和网侧变换器控制策略,搭建了DFIG系统在不同控制方案下的Simulink仿真模型,系统仿真结果表明:提出的改进控制策略能有效地抑制电网电压跌落时DFIG系统的转子侧过电流和直流侧过电压,提高了系统在电网故障时的不间断运行能力.     

接入配电网的双馈风力发电机短路电流特性及影响

目前关于基于双馈感应发电机(DFIG)的风力发电机组短路电流的研究以非并网DFIG以及并网DFIG机端短路的情况为主,很少考虑电网对DFIG短路电流的影响.针对DFIG以分布式电源的方式接入配电网,其短路电流可能会受到配电网运行工况、短路点与DFIG接入点位置等影响的问题,结合DFIG的控制策略进行了理论推导和仿真分析.首先,基于感应电机的Park模型,对DFIG在电网故障时的短路过程进行了数学推导和分析,给出了计及控制策略变化的并网DFIG短路电流的解析表达式.然后,对DFIG短路电流的特性进行了分析,针对可能影响DFIG短路电流的各种因素进行了分析和仿真,并给出了相关结论.     

电网电压不对称故障条件下DFIG风电机组控制策略

提出了一种可应用于双馈异步发电机(DFIG)转子侧变换器的新型电流控制器,即双dq-PI转子电流调节器.在电网电压不对称故障条件下,该电流调节器可对DFIG的转子电流正、负序分量同时进行控制.推导了电网电压不对称故障条件下DFIG的数学模型,根据风力发电机在电网电压不对称故障条件下的运行规程,提出了4种控制目标,同时基于正序定子电压定向简化并得到了转子电流调节器的正、负序电流参考给定量.在一台额定功率为10 kW的DFIG实验机组上,对所提出的转子电流控制器进行了实验验证,结果表明基于该控制器的控制方案可大大改善DFIG系统在电网电压不对称故障条件下的运行性能,提高系统的故障穿越能力.