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.     

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。     

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。     

计及撬棒保护的双馈风电机组不对称短路电流特性分析

电网故障时,双馈式感应风电机组(DFIG)在机端电压深度跌落过程中表现出的电磁暂态特性十分复杂。计及撬棒保护的DFIG不对称短路特性研究较少,为了准确描述机端电压深度跌落过程中DFIG不对称短路电流变化特性,基于空间矢量和序分量法,建立了双馈感应电机的正、负序数学模型。在考虑双馈风电机组不同初始运行功率的情况下,通过数学解析的方法推导了撬棒保护电路投入后定转子正、负序磁链的计算表达式,在此基础上得到了定、转子电流的解析表达式。该方法同样适用于对称性故障时DFIG短路电流的解析计算。最后,通过Matlab/Simulink仿真软件验证了双馈风电机组机端发生对称和不对称电压跌落时定子电流解析计算表达式的准确性。     

基于双馈风电场的三相短路电流计算及保护方法

新能源发电技术在电力系统中逐渐占据越来越大的比重。为了实现电力系统安全运行的稳定性,需要了解系统故障的影响,根据双馈风力发电机的撬棒动作情况以及相关暂态特性完成短路电流计算。通过建立双馈风力发电机模型,并根据双馈风力发电机在三相短路故障期间投入的撬棒保护,对风机内在机理的动态变化进行分析,精确计算定转子磁链在故障期间的变化情况,从而得到撬棒动作时的新三相短路电流计算方法。最后通过PSCAD/EMTDC 进行仿真验证,并利用Matlab检验计算方法的精确度。同时根据风场的低电压穿越能力与电流保护装置的特性,提出一种针对双馈风电场的低电压穿越保护方案。该方案根据低电压穿越能力的电压变化要求以及短路电流的大小协作完成对线路的保护,以便清除故障后风场电压可以及时恢复并且保持并网运行,且在一定程度上可应对低电压穿越能力的延时问题。     

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。     

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。     

双馈感应风电机组三相短路电流特性研究

以电网发生三相短路故障时双馈感应风电机组(doubly-fed induction generator,DFIG)的动态物理过程为基础,分析了定子、转子电流中各频率成分之间的依存关系。基于同步旋转d-q坐标系下DFIG数学模型,从磁链变化的角度,推导出DFIG定子三相短路电流的近似解析计算表达式。提出的计算模型与PSCAD/EMTDC中搭建的DFIG模型的时域仿真结果进行对比,误差小于3%,验证了计算模型的有效性和分析结果的正确性。     

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。     

双馈风力发电机组撬棒电路保护技术的研究

当电力系统电压出现跌落时,大容量风电场的切出会影响系统运行的稳定性,这就要求风电机组具备低电压穿越(LVRT)能力,以保证系统出现电压跌落时风电机组不间断并网运行.此处根据双馈风电机组LVRT原理对转子撬棒保护电路的控制策略及其投切时刻的整定进行了研究,推导出撬棒电阻的取值范围,对影响撬棒电路保护效果的各种因素进行了分...     

Analysis of Short-circuit Characteristics and Calculation ofSteady-state Short-circuit Current for DFIG Wind Turbine

Large-scale doubly-fed induction generator(DFIG)wind turbines are connected to the grid and required to remain grid-connection during faults,the short-circuit current contributed by the generation has become a significant issue.However,the traditional calculation methods aiming at synchronous generators cannot be directly applied to the DFIG wind turbines.A new method is needed to calculate the short-circuit current required by the planning,protection and control of the power grid.The short-circuit transition of DFIG under symmetrical and asymmetric short-circuit conditions are mathematically deduced,and the short-circuit characteristics of DFIG are analyzed.A new method is proposed to calculate the steady-state short-circuit current of DFIG based on the derived expressions.The time-domain simulations are conducted to verify the accuracy of the proposed method.     

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.     

2种风电机组对电网三相短路电流的影响

风电场接入电网后,对电网短路容量水平的影响是需要重点考虑的问题。由于风电机组与传统的同步电机相比有很大的不同,对风电场普遍采用的2种风电机组,即基于普通感应电机的固定转速风电机组与基于双馈电机的变速风电机组的模型进行介绍,并详细介绍了双馈电机的恒功率因数控制模式。当这2种风机分别接入系统后,对系统发生的三相对称短路故障进行了模拟仿真,仿真结果表明当发生三相对称短路故障时,双馈电机机组对故障的调整能力要优于普通感应电机机组。     

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。     

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。     

东方电机2.5 MW双馈风力发电机研制

介绍了双馈绕线型异步发电机、半直驱和直驱同步发电机的基本原理和系统结构,并主要介绍了东方电机2.5 MW双馈绕线型三相异步风力发电机工程样机的研制及主要结构特点,为我国大型双馈绕线型异步风力发电机全面国产化做出了贡献.     

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.     

计及阻容式撬棒动作时间的双馈风机短路电流分析

首先从机理和磁链角度出发,分析机端电压跌落时双馈式感应发电机短路电流特性.在此基础上,研究电阻串联电容的阻容式撬棒电路对短路电流的影响,并综合考虑撬棒动作时间,将故障过程分为两个阶段.以转子暂态磁链作为连接两个阶段的纽带,对计及阻容式撬棒投入时间的定转子短路电流解析式进行推导,结合解析式并从消除转子短路电流暂态直流分量角度考虑推出电容的表达式.最后,在Matlab/Simulink平台上搭建1.5MW双馈风机动态模型,对短路电流解析式的正确性以及阻容式撬棒在抑制转子浪涌电流、改善无功功率吸收、滤除转子侧故障电流直流分量等方面的有效性进行验证.     

Short-circuit Current Characteristics of Wind Generators

To study the effects of wind generators on distribution system protection,the short-circuit current(SCC) characteristics of wind generators is important.Although there are many researches on the issue,a clear agreement has not been reached so far.The SCC characteristics for different wind generators are studied.PSCAD simulation is performed in the same system integrated with different kinds of wind generators,and their results are compared with those reported in IEEE papers.The detection possibility by overcurrent relay(OCR)is discussed based on the simulation results.     

基于三相对称的光伏逆变器输出短路电流研究

采用光伏并网逆变器输出对称三相正弦交流电流为控制目标的电压电流控制策略.并与恒功率控制策略进行对比分析,论证了电网故障时采用对称三相电流输出控制策略的优越性。在该控制策略基础上基于瞬时功率理论推导得出光伏并网逆变器输出有功无功与d,q轴电流分量的关系解析式,根据坐标变换理论,推导确定了光伏并网逆变器输出短路电流的峰值与光伏并网逆变器输出有功无功及电网电压正序分量间的函数关系式。通过软件仿真验证了所提基于三相电流对称的光伏逆变器输出短路电流计算方法的可行性,并搭建了实验电路进一步验证了推导的光伏并网逆变器输出短路电流峰值表达式的正确性。