基于Crowbar保护的双馈感应发电机组的低电压穿越研究

分析了双馈感应发电机组在电网电压跌落时Crowbar阻值变化对电网的影响。根据双馈感应发电机（Doubly-Fed Induction Generator,DFIG）的数学模型,推导出在发电机机端发生对称故障时,定子、转子电流的表达式,通过故障期间的最大转子电流,给出Crowbar阻值估算值。在PSCAD/EMTDC软件中仿真分析不同的Crowbar阻值对系统的影响,验证公式推导的正确性,并通过仿真试验确定合理的Crowbar切除出时间。     

基于CROWBAR的双馈感应发电机低电压穿越的仿真研究

针对双馈感应发电机在低电压穿越过程中所遇到定子、转子过流的问题,笔者提出采用主动Crowbar保护电路作为转子过电流旁路通道,以抑制直流母线过电压.通过在PSCAD/EMTDC平台下搭建双馈感应发电机的仿真模型及对有无Crowbar电路的DFIG在三相短路条件下进行仿真,其结果证明,主动Crowbar电路能够有效实现双馈感应发电机在故障条件下的低电压穿越.     

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.     

基于Crowbar电路的双馈感应风力发电系统低电压穿越的仿真分析

在分析变速恒频双馈风力发电机组和Crowbar电路工作原理的基础上,建立双馈风力发电系统低电压穿越(LVRT)控制模型和Crowbar控制策略。在PSCAD/EMTDC仿真软件中搭建了双馈感应发电机(DFIG)系统模型和LVRT控制模型。针对电网三相对称短路故障下Crowbar的投切策略进行了仿真研究。仿真结果验证,所提策略能实现双馈风力发电机的低电压穿越。     

双馈感应发电机暂态特性分析及Crowbar阻值优化

双馈感应发电机(DFIG)的暂态过程是研究其低电压穿越(LVRT)的基础和关键。常规研究大多只针对故障发生期间的电磁暂态过程,而未涉及故障清除这一过程,对DFIG的暂态过程分析不全面,导致对转子最大短路电流计算不准确,进而导致Crowbar阻值选取不合理。本文从DFIG数学模型出发,给出了电网电压对称跌落及电网电压恢复时的定子磁链暂态表达式,以转子侧等效电路为基础分析推导转子电流的解析表达式,并据此修正了Crowbar阻值。在PSCAD/EMTDC中建立1.5MW并网DFIG仿真模型,验证了理论分析推导的正确性;并揭示不同故障持续时间将导致电网电压恢复时DFIG不同的暂态过程,忽略故障清除时刻的暂态过程将导致Crowbar阻值选取过大,Crowbar阻值选取需同时考虑故障发生和清除时刻的暂态过程。     

Crowbar技术在双馈风电机组低电压穿越的应用

对双馈风电机组运行及并网技术等方面进行了研究,针对电网电压波动时,有源Crowbar技术在风电并网中的应用进行了深入的分析。通过针对主动式和被动式两种电路结构和控制方式的建模仿真和90 k W双馈电机实验系统,得出主动式Crowbar电路比较适合我国风电并网技术。然后利用理论研究和软件仿真,得出有源Crowbar保护电路的相关参数。研究技术最终应用与东北某风厂,单机3 MW风机并网系统。通过现场结论分析,得出双馈风电机组并网时,采用有源Crowbar保护电路可以解决电网电压波动时造成的电机过电流和变流器直流侧过电压问题,使双馈风电机组完成低电压穿越运行。     

基于Crowbar的双馈风力发电低电压穿越研究

随着风力发电机容量和风电规模的增加,要求双馈感应发电机(DFIG)能够实现低电压穿越(LVRT)能力。在电网电压跌落的对称故障下,针对原有LVRT技术的不足,提出一种采用主动式Crowbar电路的控制策略。在电压跌落后,转子电流突升时,触发Crowbar电路,旁路转子侧变换器;在电流恢复到一定程度时,断开Crowbar电路,使转子侧变换器投入工作。通过有、无Crowbar电路仿真对比表明,该方法可较好地控制转子过电流、母线过电压及电磁转矩的振荡,同时在故障期间向系统输送无功,达到LVRT的要求。     

双馈感应发电机Crowbar电路的投切控制策略优化研究

研究了Crowbar投入、退出时间对双馈感应风力发电机低电压穿越性能的影响,并在Matlab/Simulink仿真平台上搭建了含Crowbar保护电路的DFIG模型,验证了Crowbar投切时间对DFIG低电压穿越的影响,保证故障发生时,Crowbar电路按设定的投切时间工作,短路电流能根据电流的变化规律快速衰减,转子电阻电压不超过直流母线电压;采用阈值投入延时切出的方案,防止Crowbar保护在电网故障时多次投切。仿真结果表明,经过适当的延时切除Crowbar电路可以避免Crowbar电路多次动作和转子再次过电流,能很好地保护风电机组,提高其低电压穿越能力。结果显示,低电压穿越效果很大程度上受退出时间影响。     

双馈风力发电低电压穿越撬棒阻值模糊优化

撬棒(crowbar)保护是双馈风力发电机组实现低电压穿越的主要控制方法之一。针对传统撬棒阻值设计与定转子电流约束条件边界取值相关,进而影响系统安全性这一问题,采用模糊优化理论,分析电网发生三相短路故障时转子电流峰值估算式以及撬棒阻值约束式;根据模糊优化机制及上述阻值约束关系,建立撬棒阻值模糊集隶属函数及模糊目标函数。针对1.5 MW双馈风电机组撬棒阻值进行模糊优化设计,并对设计结果在Matlab/Simulink平台上进行了仿真验证。仿真结果表明,撬棒阻值优化可以显著减小双馈机组低电压穿越时的定转子电流、直流母线电压及电磁转矩振荡,有效提高风电系统的安全可靠性。     

双馈感应风力发电机低电压穿越综合分析

在过去10年中发电和电网的稳定性已成为关键问题。大容量风力发电并入电网的快速发展引起了对电力系统动态行为的高度关切和对风能合理利用所需电网规范的迫切需求。在电网故障时双馈风力发电机的低电压穿越能力是其中一个核心问题。该文全面研究与电网连接的双馈风力发电机的低电压穿越问题,通过仿真对低电压穿越原则和并网风力发电机的控制进行详细的理论研究,介绍在电网故障期间风力发电机的瞬态特性和复杂的动态行为,并对并网操作中最具挑战性的问题进行调研。     

Impact of VSC faults on dynamic performance and low voltage ride through of DFIG

A doubly-fed induction generator’s (DFIG’s) sensitivity to external faults has motivated researchers to investigate the impact of various grid disturbances, such as voltage sags and short circuit faults, on its low-voltage ride-through (LVRT) capability. However, no attention has been paid to the impact of internal faults in voltage source converters (VSCs), that interface a DFIG with the grid, on the dynamic performance of the machine. This paper investigates the impacts of various VSC faults, on the dynamic performance and LVRT capability of a DFIG. Faults such as open and short circuit within VSC switches and across the DC-link capacitor are considered in this paper. The impact of internal VSC faults when they occur within the grid side converter (GSC) and rotor side converter (RSC) is investigated. Compliance of the voltage profiles of a DFIG with the LVRTs specified in the recent grid codes of the USA, Spain, Mexico, Denmark, Ireland, Germany, Quebec and the UK are examined for the faults studied. The simulation results show that these faults should be considered in designs of protection systems aimed at avoiding any catastrophic failure of the converter switches or wind turbine.     

双馈风电机组低电压穿越主控系统控制策略

分析了1.5 MW 82 m风轮机型双馈风电机组的桨距角控制原理。应用GH BLADE软件,建立了机组模型,计算了桨距角由0°~20°、叶尖速比为3~14.7的力矩系数。给出低电压穿越状态的传动链受力及叶片可能调整的最大角度。提出不同风况下进入低电压穿越时,基于EFC方式和桨距角给定方式的控制策略和有功功率恢复策略。仿真计算说明通过调整叶片的桨距角减小气动力矩输入,可以实现低电压穿越过程机组转速的平稳过渡,通过回调叶片桨距角与快速给定有功功率的同步操作,减小低电压穿越结束时的功率振荡。110 kW小功率试验台试验及1.5 MW双馈机组现场试验说明控制策略能够满足不同风况下,双馈机组低电压穿越过程转速及功率恢复的控制。     

A new approach for low voltage ride through capability in DFIG based wind farm

Protection against voltage dips is very important for transient stability in a Doubly Fed Induction Generator (DFIG). Conventional crowbar circuits have been used for protection of DFIGs; however, they may be insufficient in some transient situations. Therefore, the Low Voltage Ride Through (LVRT) capability was enhanced by a Demagnetization Current Controller (DCC) for the purpose of transient analysis. In addition, both stator and rotor circuit electromotive forces were modeled in a DFIG. The performances of the DFIG models with and without the DCC were compared. Modeling was carried out in a MATLAB/SIMULINK environment. A comparison of system behaviors was made between three-phase faults with and without a stator–rotor dynamic. Parameters for the DFIG including output voltage, speed, electrical torque variations and d–q axis rotor–stator current variations in addition to a 34.5 kV bus voltage were examined. It was found that in the DFIG model the system became stable in a short time when using the DCC.     

改进的DFIG与VSC-HVDC协调控制改善风电场 低电压穿越能力

经VSC-HVDC并网风电系统在风电场侧故障时,风电机组出口母线电压过低,极易引起风力机脱网。而双馈风力发电机(DFIG)传统的Crowbar技术在故障时将转子侧变流器(RSC)短接,使发电机定子侧失去了为电网提供无功的能力,风力机的低电压穿越能力较低。提出一种改进的DFIG模型,加入了主动式DC-Chopper,与传统的Crowbar相配合,降低Crowbar动作的概率,使得DFIG转子侧变流器可以控制定子侧在故障时期继续提供无功功率。并利用此改进的DFIG与VSC-HVDC协调控制,改善风电场侧母线电压水平。通过算例仿真表明,在严重故障时采用改进式DFIG的Crowbar仍未动作。从而大大降低Crowbar动作的概率,双馈风电机组RSC故障期间可以继续投入运行并为电网提供无功支持。完成故障期间DFIG两侧变流器与VSC-HVDC风电场侧变流器(WFVSC)之间的无功协调,使风电场具有更好的低电压穿越能力(Low Voltage Ride Though, LVRT)。     

直驱式永磁风力发电系统低电压穿越的控制策略研究

对永磁同步风力发电机组(D-PMSG)的工作原理进行研究,建立了永磁发电系统换流器和轴系的数学模型.提出在传统控制的基础上进行改进,引入网侧电压的信号对机侧的有功参考功率进行计算,根据电压跌落的幅度减少有功输出,实现低电压穿越的控制策略.当网侧电压跌落时投入桨距角控制,抑制发电机机械转速的增加;当转速超过安全转速时,投入卸荷电阻消耗多余有功.仿真实验表明,该低电压穿越控制策略有效、实用、可行.     

基于动态电压恢复器的低电压穿越控制技术研究

大规模海上风电接入电网给电网安全运行和管理带来了较大的挑战,新的电网导则要求风电机组应保证具备低电压穿越(Low voltage ride through,LVRT)能力。考虑到动态电压恢复器(dynamic voltage restorer,DVR) 具有能在短时间内快速准确进行电压补偿的优势,本文提出了基于动态电压恢复器的双馈风电机组故障穿越方案。针对风电机组特点进行系统建模,根据DVR的控制特性,提出一种基于坐标变换的双Q-P理论的DVR控制算法,该算法可以补偿瞬时电压扰动,并且能有效改善动态电压恢复器的补偿性能。利用PSCAD/EMTDC仿真软件建立仿真平台,仿真结果表明,在海上风电场传输电能至电网过程中出现严重短路故障时,DVR能快速检测电压变化并且准确补偿所需电压,获得理想的瞬态特性,进而改善了风电机组的低电压穿越性能。     

风力发电机组低电压穿越的控制策略

针对风力发电机组并网后出现的电网电压跌落状况,分析了风力机组运行特性,建立了飞轮储能单元数学模型.提出了一种新的低电压穿越控制策略,即低电压穿越协调控制策略.基于PSCAD/EMTDC对电网电压不同深度跌落的2个算例进行仿真,其结果验证了该控制策略的有效性和正确性.     

SVC附加闭锁控制提高双馈风电场高电压穿越研究

为缓解风机高电压脱网对电网安全稳定运行造成的严重威胁,文中解析了集群风电基地广泛应用的静止无功补偿器(SVC)引发电压过冲的机理。SVC响应滞后及其自身物理特性缺陷,使其在电压跌落时难以提供有效容性无功支撑,而在电压恢复期向系统输出冗余容性无功。为克服SVC控制性能的这种局限性,提出一种SVC附加闭锁控制策略,主要适用于外部故障引起SVC接入点出现严重低电压的场景。该控制策略给出SVC闭锁判定条件及闭锁后SVC重新投入条件,避免"错位补偿",有效降低SVC引发非故障风机并网点高电压的威胁,保障风场安全稳定运行。最后仿真验证了所提控制策略的有效性,并对后期风电场的建设与运行提出指导性建议。     

双馈风力发电系统的低电压穿越研究

本文介绍了风力发电系统的无功补偿部分成分以及双馈电机的转速、无功控制,然后研究了双馈风力发电（DFIG）系统的低电压穿越现象,指出双馈风力发电机自身的无功补偿是该系统电压稳定的一种有效选择。仿真结果表明,在故障期间,DFIG风电机组能够发出无功给电网提供电压支持,实现电网规程所要求的低电压穿越功能。