动态调整转子撬棒阻值的双馈风电机组低电压穿越方法

双馈感应发电机(DFIG)等大型电力电子发电设备接入电网,改变了电力系统源端的暂态特性。在系统故障下,为保证DFIG不脱网运行,常采用转子撬棒保护电路完成低电压穿越(LVRT)。DFIG的暂态特性与故障发生时刻和故障程度有关,传统固定阻值的撬棒电路很难保证不同故障下的LVRT。从时域角度推导了撬棒投入后的暂态转子电流表达式,并提出了基于动态调整转子撬棒阻值的DFIG的LVRT方案,制定了转子撬棒自适应控制策略及阻值整定方法。仿真分析了不同电压跌落深度下所提方案的LVRT特性。结果表明,所提方法不仅能够满足不同电压跌落深度下的转子电流和直流母线电压,而且降低了撬棒投入次数及时间。     

风电场内风电机组连锁脱网机理与低电压穿越能力研究

在江苏地区各风电场相关参数及低电压穿越能力测试数据的基础上,在DIgSILENT中对基于双馈风电机组的大规模风电场进行建模,可详细描述风电场内各风机低电压穿越的动态特性。在不同的电压跌落场景下,对风电场内部各风电机组的不同故障反应特性进行比较分析,确定整个风电场的低电压穿越能力并得出规律性结论。通过严重故障仿真得到风电场内部风机的脱网时序分布,分析了风机之间交互影响机理与连锁脱网的详细过程。最后,提出适当提高撬棒保护整定值、网侧变换器灵活运行和采用SVC等装置进行动态无功补偿可以提高风电场低电压穿越能力。     

基于撬棒保护的双馈风电机组动态特性分析

撬棒保护是双馈风电机组提高的低电压穿越能力的主要措施,它可以用来保护转子侧变流器,改善风机的动态特性,使其达到电网公司及运营商提出的并网要求。而撬棒保护的投切时间对双馈机的低电压穿越性能影响较大,通过瞬时故障分析初步得到了撬棒保护较理想退出时间。对于50%和20%两种不同的电压跌落程度并持续625ms的故障测试结果显示,当电压跌落至20%时,保护退出的理想时间要适当提前一个周波,即故障持续时间和故障的影响程度将对撬棒保护的控制策略产生影响。     

电网故障下基于撬棒保护的双馈风电机组短路电流分析

首先分析了撬棒接入后双馈感应发电机(DFIG)定、转子磁链的全响应,进而给出了适用于对称/不对称电网电压跌落故障情况的DFIG短路电流时域解析表达式.在此基础上,提出了一种新型的电阻串联电容式撬棒结构,并给出了其中电容值的选取方法.较之传统的电阻式撬棒,该撬棒能够更为有效地抑制DFIG的转子浪涌电流并改善故障期间DFIG定子端的有功、无功功率外特性.最后,基于1.5 MW的DFIG风电系统仿真模型和3 kW实验平台分别对短路电流解析分析的正确性以及电阻串联电容式撬棒结构的有效性进行了仿真和实验验证.     

考虑风电机组运行差异化的低电压穿越分散预防控制

针对跟网型双馈风电场配置的传统低电压控制策略在多电压扰动场景下普适性差的问题,该文提出一种考虑机组状态差异化的风电场短期电压分散预防控制策略。首先,分析配置无功控制、Crowbar保护电路的双馈风电场低电压穿越动态特性,获取各风电机组低电压穿越期间电流及阻抗特性;然后,借助考虑风电场内阻抗变化的节点电压法,构建机组注入电流与机端电压间的动态关系,确定各机组低电压穿越期间对场站内节点电压的影响程度;进一步,设计不同电压扰动场景下的风电场电压控制目标,构建适应多种电压跌落深度的风电场预防控制策略;最后,在Simulink及RTLABOP5600实时数字仿真平台中搭建含4台双馈风电机组的风电场和某实际风电场电磁暂态模型,验证所提风电场控制策略有效性。     

双馈变速风电机组低电压穿越控制

当系统中风电装机容量比例较大时,系统故障导致电压跌落后,风电场切除会严重影响系统运行的稳定性,这就要求风电机组具有低电压穿越（Low Voltage Ride Through,LVRT)能力,保证系统发生故障后风电机组不间断并网运行。分析了双馈风电机组LVRT原理和基于转子撬棒保护(crow-bar protection)的LVRT控制策略,在电力系统仿真分析软件DIgSILENT/Power Factory中建立了双馈风电机组模型及其LVRT控制模型,以某地区风电系统为例进行仿真计算,分析转子撬棒投入与     

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。     

并网双馈风电机组低电压穿越能力研究

详细分析了双馈风电机组LVRT功能的实现原理,并在电力系统仿真分析软件PSASP中建立双馈风电机组的LVRT功能模型,采用地理接线图直观地表示风电场外部系统发生短路故障瞬间对风电机组端电压的影响,并以我国某地区电网为例来分析在风电场接入方式不同的情况下系统短路故障对风电机组的影响,根据仿真结果给出风电机组LVRT能力的最低电压限值要求。最后提出了利用串联制动电阻来提高风电机组的LVRT能力的新方法。分析结果表明,串联制动电阻能够可观地提高风电机组的低电压穿越能力,具有较高LVRT能力的风电机组,可以节省一定的投资费用,在一定程度上降低了风电的上网电价。     

不同风电机组的低电压穿越能力分析

应用Matlab 7.0建立了含不同风电机组的风电场动态模型,用于研究包含恒速异步风力发电机和双馈异步风力发电机的风电场对电网的影响,通过仿真分析电网发生严重三相短路故障后不同风电机组的低电压穿越能力,以及加装静止无功补偿器(SVC)后风电机组的低电压穿越能力.比较风电机组转速、有功功率和无功功率变化情况,得出结论:双馈异步风力发电机变速平稳,低电压穿越能力较强,有利于优化电能质量.当电网发生故障时,针对风电场中的不同风电机组应采用不同的策略来提高风电机组的低电压穿越能力,维持电力系统的稳定运行.     

基于撬棒损耗计算的LVRT控制策略改进研究

以三电平双馈风电变流器为平台,提出一种经典撬棒(Crowbar)电路模块,在分析其工作原理的基础上,应用准确的理论计算模块内功率器件在低电压穿越(LVRT)阶段下的最大损耗,确定损耗安全阈值。应用热分析软件建立Crowbar模块模型,并结合计算出的损耗值分析Crowbar模块的最大温升,确定安全温升阈值。根据分析结果制定改进控制策略,通过2 MW双馈风力发电实验平台验证了该策略的正确性与可行性。     

风电场实现低电压穿越技术改造方案

我国风电设备制造业刚刚起步,风电机组普遍不具备低电压穿越(LVRT)能力,对风电机组进行改造所需的成本昂贵,因此考虑对风电场进行技术改造。分析并综述了国内外实现风电场LVRT技术改造的主要方案,现阶段并联动态无功补偿装置和串联动态电压调节器比较可行,未来储能装置由于其具备有功无功调节的多种功能,将会广泛地应用于风电场提高低电压穿越能力。     

基于VSC-HVDC并网风电场的低电压穿越技术研究

VSC-HVDC系统应用于大规模风电集中并网、远距离输送时,要解决电网故障时风电场的低电压穿越(LVRT)问题。为此,提出VSC-HVDC系统与风电场的协调控制策略。低电压穿越期间,通过HVDC两端变流站对电网提供无功支持并采用基于频率控制的快速功率降低算法控制风电场馈入功率,维持直流线路功率平衡。同时,提出风电机组分层控制,使之与HVDC功率控制相协调,保持风电机组的电压稳定。VSC-HVDC系统与风电场间无需通信连接,无需增加设备投资,具有较好的经济性。最后,算例仿真结果验证了该控制策略的快速性和有效性。     

基于改进风力发电机组下的低电压穿越控制策略研究

随着风电场低电压穿越（low voltage ride though, LVRT）要求的提出,传统Crowbar技术的弊端显现出来,故障时转子侧变流器被短接,发电机定子侧失去为电网提供无功的能力。提出一种改进的双馈风力发电机组（doubly-fed induction generator, DFIG）模型,使用DC-Chopper,串联动态制动电阻（series dynamic braking resistor, SDBR）代替Crowbar,在故障时能够控制直流母线电压,抑制转子侧过电流,起到保护直流侧电容和转子侧变流器的作用。由于转子侧变流器不退出运行,所以在控制策略上提出了通过控制转子侧变流器来实现发电机定子侧在故障期间向电网提供部分无功支持,同时网侧变流器采用变功率因数控制,在故障情况下给电网提供主要的无功支持,实现低电压穿越。     

基于超级电容储能的大容量直驱风电机组低电压穿越策略

模块化多电平换流器(modular multilevel converter, MMC)可用作大容量风电机组的换流器,其具有良好前景,但需要解决风电机组低电压故障时易脱网运行的问题。鉴于此,提出了一种基于超级电容储能的低电压穿越策略。考虑超级电容的利用效率和变流器的约束条件,通过DC-DC变换器对超级电容的储能模式进行控制,实现故障期间机、网侧的功率平衡,以稳定直流侧母线电压。按照海上风电场规定,确定了故障期间网侧MMC有功无功电流分配原则,向电网提供动态无功以帮助恢复电网电压。仿真结果表明,当并网点发生故障时,所提策略不仅能较好地稳定直流母线电压,保障了MMC功率器件安全运行,还可以补偿无功以改善电网电压,提高了大容量直驱风电机组的故障穿越能力和运行稳定性。     

定子Crowbar电路模式切换的双馈风力发电机组低电压穿越控制策略

针对转子Crowbar电路的双馈风力发电机组低电压穿越需要闭锁变流器控制脉冲、直流母线电压波动无法较好地抑制,提出了一种定子Crowbar电路模式切换的双馈风电机组低电压穿越控制方案。电网发生故障时,定子Crowbar电路接入系统,双馈风电机组切换至感应发电机组模式下,转子侧变流器采用转子功率外环控制,网侧变流器采用功率协调控制方案,将机侧功率当作前馈量引入到网侧变流器控制策略中并向电网注入无功功率。仿真分析表明,所提控制方案在确保实现双馈风电机组低电压穿越的同时,能够有效地降低转子暂态电流、稳定直流母线电压,并向电网提供无功功率。     

Coordinated control by ADRC strategy for a wind farm based on SCIG considering low voltage ride-through capability

Wind farms are integrated with the power grid system to provide active and reactive power. Because in a wind farm, wind turbines (WTs) are highly coupled to their operating conditions, a central wind farm supervisory unit must take into account these conditions when producing power control references for each WT. The aim of this paper is to manage and control the active and reactive power of wind farms based on squirrel cage induction generators and back-to-back converters. The proportional distribution algorithm is used for distributing wind farm power to individual WTs. In addition, we consider the development of a local power management and control units for WTs. This is in order to extract the maximum available power from the wind, and to provide the active and reactive power predetermined by the transmission system operator, or to satisfy the grid code requirements considering Low Voltage Ride-through capability. The power dispatch strategy is to be used on all WTs using the distribution algorithm while ensuring the control loops using the proposed Active Disturbance Rejection Control strategy. The results demonstrate that the proposed strategies are efficient and can guarantee the safe integration of wind farms into the grid while respecting grid code requirements and power system stability.     

RBFNN‐based adaptive crowbar protection scheme designed for the doubly fed induction generator in large‐scale wind farms

The doubly fed induction generator (DFIG) and its relative technique, especially in the case where crowbar protection is provided for enhanced low‐voltage‐ride‐through (LVRT) performance, have been hot issues for a long time. In this paper, the wind farm LVRT standard and the dilemma that the conventional crowbar protection encounters are introduced in the first place. Then, the variation of the DFIG rotor faulted current is analyzed, with part of its duration being considered as a black box. Therefore, the radial basis function neural network (RBFNN) is utilized for the black box modeling. Based on above studies, an adaptive crowbar protection scheme is finally put forward and assessed. Emphasis is mainly placed on the black box modeling, error analysis, and the investigation of its impact on the wind farm LVRT capability. DIgSILENT‐based simulation results indicate that, with the novel scheme, it becomes possible for the crowbar to be adaptively switched out at a certain reasonable moment, so as to generate reactive power within the faulted duration. As a result, the steady‐state voltage of the point of common coupling (PCC) is enhanced and the safety of the rotor‐side convertor (RSC) can be ensured at the same time. © 2015 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

光伏并网发电系统的低电压穿越控制策略

为提高光伏并网发电系统的低电压穿越能力,提出一种基于电压定向矢量控制的低电压穿越(Low Voltage Ride-Through,LVRT)控制策略。该策略对光伏逆变器进行电压定向矢量控制,实现有功和无功功率解耦,在电网电压跌落期间,采用直流卸荷电路稳定直流侧电压,根据电压的跌落深度补偿一定的无功功率以支撑电压恢复。通过PSCAD/EMTDC软件对采取LVRT控制策略前后的各电气量进行比较分析,结果表明,采用该策略光伏发电系统可以在电压跌落时保持并网运行,并补偿一定的无功功率以恢复并网点电压,实现低电压穿越。     

Analysis of low voltage ride-through capability and optimal control strategy of doubly-fed wind farms under symmetrical fault

Given the “carbon neutralization and carbon peak” policy, enhancing the low voltage ride-through (LVRT) capability of wind farms has become a current demand to ensure the safe and stable operation of power systems in the context of a possible severe threat of large-scale disconnection caused by wind farms. Currently, research on the LVRT of wind farms mainly focuses on suppressing rotor current and providing reactive current support, while the impact of active current output on LVRT performance has not been thoroughly discussed. This paper studies and reveals the relationship between the limit of reactive current output and the depth of voltage drop during LVRT for doubly-fed induction generator (DFIG) based wind farms. Specifcally, the reactive current output limit of the grid-side converter is independent of the depth of voltage drop, and its limit is the maximum current allowed by the converter, while the reactive current output limit of the DFIG stator is a linear function of the depth of voltage drop. An optimized scheme for allocating reactive current among the STATCOM, DFIG stator, and grid-side converter is proposed. The scheme maximizes the output of active current while satisfying the standard requirements for reactive current output. Compared to traditional schemes, the proposed LVRT optimization strategy can output more active power during the LVRT period, efectively suppressing the rate of rotor speed increase, and improving the LVRT performance and fault recovery capability of wind farms. Simulation results verify the efectiveness of the proposed scheme.