基于定子磁链控制的双馈风力发电机低电压穿越研究
双馈感应式风力发电系统低压穿越能力仿真研究
更 高要求 , 要求 无功 电流能 够 作 贡献 用 以控 制 电 压 , 且要求 风 电场 具 备无 功支 撑 能 力 , 并 利于 故 障后恢 复 , 到支撑 电压 的 目的。 达
Ke wo d :Do bl — e n u to n r t r Lo y r s u y f d i d c i n ge e a o w
3 ・ 0 1 第 2 《乜机技 术》 3 2 1年 期 .
研 究与 交流 率 输 出 在 故 障 切 除 后 能 立 即恢 复 并且每 秒 钟 至 少 增加 额 定 功 率 的 2 %, 阴影 区域 中, 功 功 0 在 有 率 每 秒 钟可 以增 加 到 额 定 功 率 的5 在 网 络 发 %。 生 故 障 时 , 组 必 须 能 够 提 供 电压 支 撑 , 果 电 机 如 压 跌 落 幅 度 大于 机 端 电压 均 方 根 的1%, 组 必 0 机
u d r S AD s o s r ce . i u min u d r h o d n e C P wa n tu t d S m l o n e ec n b c t
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须 切 换 至支 持 电压 。 组 须 在 故 障 后 的2 m 内 机 0 S
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双馈风力发电机低电压穿越研究
关 键 词 : 力 发 电机 ;低 电 压 穿越 ;能 量 存 储 风 中 图分 类 号 :M6 4 T 1 文 献标 识 码 : A 文章 编 号 :0 0 lO 2 1 )6 0 2 — 3 10 一 O X(0 I0 — 0 0 0
Re e c o he Lo Vo t e Ri e Thr ug f DFI f r W i d n r tn s ar h n t w lag d o h o G o n Ge e a i g
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该 电流 也 会 涌 入 转 子 回 路 和 交 流 变 频 器 .致 使 电 流 侧 母 线 电压 升 高 . 侧 变 流 器 的 电流 及 有 功 、 机 无 功 功 率 都 会 发 生 振 荡 .同 时 引 起 转 子 回 路 产 生 过
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双 馈 变 速 发 电 机 组 可 依 靠 机 组 本 身 实 现
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基于风力发电系统低电压穿越技术研究
/2023 09基于风力发电系统低电压穿越技术研究李仲阳(国电电力湖南新能源开发有限公司)摘 要:当电网因故障导致电压跌落时,会导致与该电网相连的风力发电机组大面积脱网,不利于电网的稳定运行,因此需要保证风电机组在电网电压跌落时不脱网,对低电压穿越能力提出了更高的要求。
本文根据国家电网低电压穿越标准,对双馈风力发电机在电压跌落时的动态特性进行了分析,通过在直流母线和转子出线端增加转子电流续流二极管,并结合软件控制算法实现了低电压穿越功能。
仿真结果表明,本文提出的低电压穿越技术在电网故障时能实现风力发电机组不脱网运行,为电网的稳定运行提供了重要保证。
关键词:风力发电;低电压穿越;双馈感应发电机;续流二极管0 引言双馈感应发电机(doubly fedinductiongenerator,DFIG)因其变流器容量小,具有有功功率和无功功率可以实现解耦控制的优点,已成为主流机型,双馈风力发电机定子与电网连接,转子通过机侧变流器提供励磁,在电网电压跌落时定子电压也跌落,导致定子电流瞬间增大。
由于定转子的强耦合关系,转子电流也会突增,机组因过流停机,系统剩余能量经过机侧变流器流向直流母线,会引起母线电压激增,IGBT击穿。
为了实现剩余能量的有效泄放,目前常见的解决方法是将转子并联Crowbar电路、直流母线并联斩波电路等[1 2]。
1 低电压穿越要求及控制流程1 1 网压跌落要求风电场并网点电压在电压轮廓线及以上的区域内时,要求风电机组不间断并网运行;并网点电压在电压轮廓线以下时,风电机组可以从电网切出[3]。
在并网点电压跌至20%额定电压时,风电场内的风电机组具有并网运行625ms的能力。
在发生跌落后2s内,风电场并网点电压能够恢复到额定电压的90%,风电场内的风电机组需一直并网运行,同时向电网发无功以帮助其恢复正常。
1 2 机组控制流程实现机组低电压穿越(lowvoltageridethrough,LVRT)主要包括以下模块:网侧变流器(line sideconverter,LSC)模块、机侧变流器(generator sideconverter,GSC)模块、网压测量模块和主控模块。
双馈风力发电机组及其低电压穿越技术
∞0 0s o = 9±6r () 1
目 风 力发电机主要有双馈发电机和永磁 前, 同步发电机两种。 双馈异步风力发 电机在结构上 和绕线异步 电机 类似 , 因其定、 子都可 以馈 入 转 或馈 出能量 , 双馈 的定义 由此而来 。 着风 电机 随
组单机容量 的不断增 加和风 电厂规模 的不断扩
Abs r c : tr i g fo t eb scwo k n rn i l f t a t S a t r m a i n h r i g p i cp e o t e d u l — d g n r t r ma h ma i o e ft e d u l — h o b e f e e a o , t e t m d l h o b e e c o f d g n r t r wa s a ls e ,a d t e ,smu a i n wa e e e a o s e t b ih d n h n i l to s c n u t dwh n t ewi d s e d c a g n . es au ft e o d c e e n p e h n i g Th t t so h h d u l・e e e a o e p r t g u d rt e c n i o h t o b e f d g n r t r s t e a i n e h o d t n t a o n i p we rd f i r c u r d wa t d e , h to g ra ii o rg i a l eo c re ssu id t esr n e b lt u y o e lw・ ot g i e t r u h wa an d b a so e f h o - l erd h o g sg i e y me n ft t v a ・ h h r wa e me h d h ti , h o b e f d g n r t ri h a d r t o .T a s t e d u l— e e ao n t e e wi dt r i ewa b et i t i s a a ll p r to t n b n s l man an i r l e a i n wi u a o tp eo h t e n t r n t e c s ft mp r r al r ft e p we h e wo k i h a e o e o a y fi eo o r u h g i. rd Ke wo d :Do b y・ e n r t r S a o l x Or・ y rs u l ・ d Ge e a o t t r F u i F ・ e t t n Ve t rCo to Lo v l g i e t r u h nai o co nr l w o t e r —h o g a d
基于PSCAD的2MW双馈风力发电机组低电压穿越能力研究
45 0 ) 50 0
要: 随着 以变速 恒频双馈 异步发 电机为主体 的大型风力发 电机组在 电网中所 占比例 的迅速提 高 。 电力 系统
对 并网风机在外部 电网故障 , 特别是 电网电压跌落下 的不 间断运行能力提 出了更高 的要求。首先介绍 了德国E .
O 风力发 电系统低 电压穿越标 准,在定 子磁链定 向的基 础上推导 了双馈风力发 电系统的有功无功解耦控 制策 N 略, 最后在P C D中 立 了具有Cobr 电路 的2M SA 建 r a w 保护 W双馈风力发 电系统模型。仿真结果表 明双馈风力发电 系统具有很好 的电压风穿越能力, 正常运行状态下能够实现单位功 率因素运行。
关键词 : 双馈风 力发 电机 : 矢量控制模 型: 电压穿越 低 中图分类号 :M6 4 T 1 文献标志码 : A 文章编号 :6 3 7 9 (0 1 1 - 0 5 0 17 — 5 82 1 ) 10 0 — 5
Re e r h o w la e Ri e t r u h Ca a i t f2 M W u l s a c n Lo Vo t g d - h o g p b l y o i Do b y Fe i d Tu b n s d o CAD d W n r i e Ba e n PS
LI Da - a g , U i g n LUO n -h o,YUN i,L U -c e Yo g a Le I Di h n
(. co l f l tcl n ier g Wu a nvr t, h n4 0 7 , hn ; 1 S h o o e r a E g ei , h nU i sy Wu a 3 0 2 C ia E ci n n ei
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风力发电机组低电压穿越技术研究
浅论风力发电机组低电压穿越技术研究[摘要]风力发电技术作为可再生型的新型能源,是各个国家都重点探索的领域。
本文笔者着重论述了风力发电机组低电压的穿越技术。
[关键词]风力发电;低电压穿越中图分类号:tm315文献标识码:a文章编号:1009-914x(2013)21-0000-00风力发电机组穿越功率随着科技的进步而不断扩大,目前我国风力发电产业已经确定了基本的功率穿越能力的标准范围,双馈式风力感应发电机组的应用,以高效的功率穿越能力和较小的变流器容量,在当前我国风力发电建设中是一项新的技术性突破。
由于变流器在恒定发电容量中具有调节控制的特点,因而以此为技术的新型双馈风力发电机成为主流的风力发电机。
双馈风力大电机组具有电网波动的抗敏性,这个特点使其在低压功率穿越实验中成为重要课题。
一、风力发电机组低电压穿越概念当今风力发电在电力能源生产的比例中不断扩大,风电能源已经成为一种发展成熟的新型环保动力能源。
近年来,国家对于风电建设的投入不断加大,风电装机容量不断增加,在以常规能源发电为基础,风力发电为补充的电能作用互补中,风力发电能够对电力供应故障做到有效的补充,但风力发电机组在电网发生故障时,向电网输出的电压频率会对电网系统造成一部分影响。
因此在风力发电的过程中,需要注意对低压穿越技术进行规范性研究,对电网功率作用、电网供电频率控制输出、低压电网穿越技术进行进一步探讨,尤其是在lvrt方面进行深刻研究。
在目前各国风力发电机组的运行要求中,对低压穿越的条件要求都有自成体系的规定。
如美国风力发电技术中对由于电压增值导致的电网故障必须将影响深度降至15%的规范电压恒定区间内,如果在风力发电机并网发电运行过程中,以625ms不切机低压电网穿越,对电网故障可以做到无间断恢复。
国内风力发电低压穿越技术的保障恒定值控制在电压增值3s区间段内,当电压额定值域达到9o%的电压区间时,风力发电机组能够在并网不断线的基础上持续运行。
关于风力发电机组实现低电压穿越策略分析
关于风力发电机组实现低电压穿越策略分析内容摘要:根据电网公司要求,为了保障电网稳定,需要并入电网的风力发电机组必须具备低电压穿越功能。
由于现在风机厂家繁多,采用的设备杂乱,所以为已并网的不具备低电压穿越功能的风机改造工作带来了很多不便。
所以主要就我公司采用的上海电气sec-1250机型针对低电压穿越改造工作进行分析,从而得到风力发电机组实现低电压穿越功能策略思路。
关键词:风力发电机低电压穿越双频异步发电机 crowbar1、低电压穿越问题的提出(仅针对类似上海电气sec-1250变速恒频双馈异步发电机讨论、其他类型风机原理相似)对于双馈风力发电机,在电网电压跌落的情况下,由于与其配套的变流设备属于ac/dc/ac型(如上图),容易在其转子侧产生峰值涌流,损坏变流设备,导致风力发电机组与电网解列。
在以前风力发电机容量较小的时候,为了保护转子侧的励磁装置,就采取与电网解列的方式,但目前风力发电的容量都很大,与电网解列后会影响整个电网的稳定性,甚至会产生连锁故障最终导致电网崩溃。
于是,根据这种情况,国外的专家就提出了风力发电低电压穿越(lvrt)的问题,其含义为:1)风电场必须具有在电压跌至20%额定电压时能够维持并网运行625ms的低电压穿越能力;2)风电场电压在发生跌落后2s内能够恢复到额定电压的90%时,风电场必须保持并网运行;3)风电场升压变高压侧电压不低于额定电压的90%时,风电场必须不间断并网运行。
2、lvrt概念的解释及其参考标准当电网发生故障时,风电场需维持一段时间与电网连接而不解列,甚至要求风电场在这一过程中能够提供无功以支持电网电压的恢复即低电压穿越(lvrt)。
目前对于风力发电低电压运行标准,主要以德国e.onnetz公司提出的为参考。
双馈风力发电机由于其自身机构特点,实现lvrt 存在以下几方面的难点:1)确保故障期间转子侧冲击电流与直流母线过电压都在系统可承受范围之内;2)所采取的对策应具备各种故障类型下的有效性;3)控制策略须满足对不同机组、不同参数的适应性;4)工程应用中须在实现目标的前提下尽量少地增加成本。
双馈风机低电压穿越研究
华 电技 术
Hu a d i a n Te c hn o l o g y
V0 1 . 37 No . 6
J u n . 2 0 1 5
双 馈 风 机 低 电 压 穿 越 研 究
陈达
( 台州电业局 输 电运检工 区 , 浙江 临海 3 1 7 0 0 0 ) 摘 要: 低 电压穿越 已经成为双馈风 机大规模 并网 的一个瓶颈 。建立 了双馈风机 的数学模 型 , 分析 了电网电压骤 降对双
稳 态 运行条 件下 , 忽 略定 子 电阻 , 由式 ( 1 ) 可 得
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华 电技 术
第3 7卷
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即短路故障发生瞬间 , 定子电枢反应磁通和转子励
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双馈风力发电系统转子侧低电压穿越控制策略研究
[4 第3卷 41 4 第3 期 21- ( ) 02 3下
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图 2 电 网电 压 跌 落 时 的 及分析
图 3是 电网 电压 跌落 时传统 控制 策略 下的仿 真
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j 1 j。 C O 图 1 双 馈 风 力 发 电 机 T 等值 电路 图 型
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保 护 电路 的 方 式 来 实现 双 馈 风 力发 电机 组 的低 电
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浅析双馈式风力发电机低电压穿越技术
浅析双馈式风力发电机低电压穿越技术一、双馈式风力发电机简介双馈式风力发电机是一种能有效调节转子速度的风力发电机,其主要特点是在转子绕组中引入了一个次级电流,较大地提高了发电机的转矩与功率因数,从而提高了风力发电机的整体性能。
与传统的固定式风力发电机相比,双馈式风力发电机有着更高的风能利用效率和更好的低电压穿越能力。
其工作原理主要是通过定子绕组的多级变压器和双馈路,使得风力发电机能够在较低的电网电压下继续运行,从而提高了风电的可靠性和稳定性。
1. 低电压穿越现象在一些特殊情况下,比如电网故障或者风速急剧下降等情况下,风力发电系统所接入的电网电压可能急剧下降,甚至出现短暂的停电情况。
针对这种情况,传统的固定式风力发电机可能因为电网电压下降而无法继续正常运行,甚至发生机组停机。
而双馈式风力发电机则能够通过其特有的双馈路和多级变压器的设计,使得发电机能够在较低的电网电压下继续运行,从而避免了由于电网电压下降而引起的停机现象,提高了风力发电系统的可靠性。
双馈式风力发电机低电压穿越技术的主要原理是通过其次级电流的调节,使得风力发电机能够在电网电压下降的情况下,自动地调节转子速度和输出功率,以保证发电机的安全稳定运行。
具体来说,当电网电压下降时,通过次级电流的调节,可以在一定程度上提高转子的磁场励磁,从而提高发电机的输出功率,使得风力发电系统在低电压情况下仍能够继续正常运行。
双馈式风力发电机低电压穿越技术具有以下几点优势:(1)提高了风力发电系统的可靠性和稳定性。
在电网电压下降的情况下,双馈式风力发电机可以通过调节次级电流和转矩,使得发电机能够在较低的电网电压下继续运行,避免了由于电网电压下降而引起的停机现象,提高了风力发电系统的可靠性。
(2)提高了风能的利用效率。
通过低电压穿越技术,双馈式风力发电机可以在较低的电网电压下继续正常运行,保证了风能的稳定利用,提高了风力发电系统的整体性能。
(3)降低了对电网的影响。
双馈式风力发电机低电压穿越技术探讨
双馈式风力发电机低电压穿越技术探讨作为一种重要控制技术,低电压穿越技术对于保证双馈式风力发电机运行的安全性和可靠性具有重要作用。
本文首先介绍了双馈式发电机的结构组成和低电压特性,然后具体探讨了风机的低电压穿越技术,以期为相关技术与研究人员提供参考。
标签:双馈式;风力发电机;低电压穿越技术在风力发电机机组内,当系统电压出现微小跌落式,原有控制方法会使机组自动同电网解裂,以避免设备发生事故。
然而因风电穿透功率的不断增加,电网在出现电压跌落时,原有的控制方式会造成系统失去一些电源,继而引发更为剧烈的电压跌落,更多机组会退出工作系统,最终造成电网状态的破坏。
低电压穿越就是指在系统电压出现跌落后,机组在保证设备无损坏的同时,不再通过与电网解裂,而是向系统提供定量的无功支持以促进系统电压恢复的过程。
因此,加强有关机组低压穿越技术的探讨,对于改善机组的运行质量具有重要的现实意义。
一、双馈式发电机的结构组成及低电压特性1、结构组成双馈式异步发电机的定子侧同电网直接连接,转子侧采用三相堆成绕组,通过交-直-交变频器连接到电网上,以向发电机提供交流励磁。
转子励磁的电流频率、相位及幅值等都可以进行调整。
风力发电机组利用变桨系统使风能转换为机械能,再通过发电机及齿轮箱等转化为电能,利用变频器对转子励磁进行控制以完成风机变速恒频的发电过程。
[1]2、低电压特性低电压穿越不仅能保证机组设备的安全,且能在系统故障期间大量提供无功支持,以促进系统电压恢复。
通过分析双馈式风力发电机在系统电压跌落后的暂态反应可研究设备安全保护过程。
(1)在系统发生对称故障时,电网电压会出现不同幅度的跌落,因双馈发电机的定子绕组直接连接到电网上,发电机的电动势保持稳定的同时则必然会造成定子电流的增加,因定子磁链需缓慢变化,进而会形成一个暂态直流分量以保证磁链的连续性,在时间推移过程中直流分量会按照指数形式不断衰减。
根据系统电压跌落后转子的侧短路状态,通过定量分析转子暂态电流和仿真研究发现在电网电压跌落程度不同时,转子暂态电流中的交流分量和定子暂态电流中的直流分量大小主要取决于电压跌落的幅度。
风力发电机组低电压穿越技术探析
风力发电机组低电压穿越技术探析摘要:近年来,随着科技水平的不断提高,风力发电技术体系日益成熟,风电产业规模呈现出爆发式增长态势。
但在接入电网出现运行故障、电压异常波动时,将会对风电系统与风力发电机组的运行状态造成影响,可能出现风电机组脱网解列问题,对发电企业造成严重的损失。
因此,本文围绕风力发电机组低电压穿越技术的应用问题进行探讨,希望通过改善风电机组低电压穿越性能,解决这一问题。
关键词:风力发电机组;低电压穿越技术;应用一、风力发电机组低电压穿越技术概述1.技术原理风电机组低电压穿越技术是当风力发电系统所接入电网出现各类运行故障、电压跌落现象时,将会实时向所接入电网提供无功功率支撑,以此做到对电网正常运行状态的快速恢复,在短时间内将跌落的电压值调整至安全范围,避免风电机组出现局部或是大规模脱网现象。
根据低电压穿越技术要求可知,在电网电压异常波动时,如若实时电压值、故障发生时间处于风机跳闸区域时,将会对风电机组采取必要的脱网解列措施,避免风电机组受到外部因素影响出现损坏问题。
而在实时电压值、故障发生时间保持在曲线上方区域时,会持续向所接入电网提供无功功率,风电机组将保持并网运行状态。
2.技术标准现阶段,在应用低电压穿越技术时,为取得应有的技术作用,保障风电机组运行安全稳定,必须满足不脱网运行、具备无功支持以及有功恢复使用功能的技术应用标准,具体如下。
(1)不脱网运行。
在风电场运行过程中,如若实时并网点电压值稳定保持在相应电压轮廓线上方区域中,要求风电机组稳定保持为并网运行状态,禁止风电机组出现脱网解列现象。
在电网电压脱落后,风电机组将在一定时间内仍旧保持并网运行状态,提供无功功率补偿,将电网电压值快速提升至额定值。
如若电网电压值在一定时间没有得到有效恢复、处于电压轮廓线下方区域时,将风电机组从电网中切出。
(2)无功支持。
根据技术实际应用情况来看,在出现电网三相电压对称跌落、并网点电压小于额定值90%现象时,都将对所接入电网提供无功电流,起到控制电网稳定运行、快速恢复正常电压值的作用。
风力发电低电压穿越技术探究
风力发电低电压穿越技术探究摘要:风力发电机组在运行过程中,对于自然因素的依赖性较大,风力的不确定性使得其很容易出现电压跌落的情况,要求技术人员能够借助低电压穿越技术来对电压跌落带来的问题进行解决。
基于此,电力企业应该从电网发展的实际情况出发,对管理策略进行规范,以低电压穿越技术来推动风电事业的发展。
关键词:风力发电;低电压穿越技术;引言风力发电机在正常运行中,极易出现的问题就是电压跌落,如何更好地通过低电压穿越技术去除电压跌落方面的问题,是目前风力发电领域所研究的重点。
结合目前我国所存在的电网并网问题制定有效的管理标准,全面提升低电压穿越测试技术水平,从而更好地促进我国风力发电事业的发展。
1低电压穿越能力概述随着风电接入规模及其对系统的影响日益加剧,世界各国针对风电系统并入电网相继制定了相应的并网导则或规范,其中对风电系统低电压穿越能力的要求一般包括几个方面:需承受的电压跌落范围和不间断运行时间、低电压下需提供的无功支撑能力和响应速度,以及电网电压恢复后风电机组恢复正常功率输出的时间等。
我国国家标准GB/T19963—2011《风电场接入电力系统技术规定》对风电场的低电压穿越也做出了相关要求,即并网点电压跌至20%标称电压、持续时间不超过625ms,或并网点电压跌落后2s内能够恢复到标称电压的90%时,风电机组能够保证不脱网运行。
此外,要求风电场在低电压穿越过程中具有无功支撑能力,即当风电场并网点电压处于标称电压的20%~90%时,自并网点电压跌落时刻开始,风电场提供无功电流的响应时间应不大于75ms、并至少持续550ms的时间,且所提供的无功电流与并网点电压跌落幅度成正比。
另外,在低电压穿越结束后,要求风电机组有功功率自故障清除时刻开始,以至少每秒10%额定功率的变化率快速恢复至故障前的水平。
2低电压穿越中的故障分析及措施2.1变频器过电流的原因及处理2.1.1变频器进入低电压穿越前过电流变频器在电压跌落过程中的产生的过电流,原因有以下2个方面:1)网侧电压开始跌落时,无控整流后的直流母线电压同时开始下降,由于变频器还未闭锁输出,将保持输出功率不变,输出电压降低,引起输出电流增大[15]。
双馈式风力发电机低电压穿越技术分析
双馈式风力发电机低电压穿越技术分析摘要:随着一些地区风电供应比例的急剧增加大规模风电场对地区电网稳定性造成的影响愈发显著。
风力发电机的低电压穿越(LVRT)技术越来越受关注。
文中首先介绍了低电压穿越技术的概念、国外的相应标准继而分析比较了有关此技术的双馈感应发电机建模问题、各种常见的实现低电压穿越的技术手段及改进控制策略。
最后描述了具备此技术的风电场对电力系统的影响。
关键词:双馈感应发电机;风力发电;低电压穿越双馈风力发电机(DFIG)因其变流器容量小、有功和无功可独立可调的优点成为目前世界风电行业的主流机型,由于DFIG定子侧直接并网的方式,导致其对电网的扰动十分的敏感,当电网故障引起风电场并网点电压降低时可能会导致风机脱网,而且近几年风电行业发展迅速,风机装机容量不断增大,若出现大量风力发电机脱网,会严重影响大电网系统的稳定性,因此要求风力机拥有一定的低电压穿越能力。
1.实现LVRT的要求概括地说双馈风力发电系统实现LVRT的基本要求为:(1)电网故障时避免过电流、过电压对变流器造成损坏;(2)尽可能减少故障时机械转矩跃变给齿轮箱和风机带来的冲击防止齿轮箱和风机产生机械损坏;(3)满足电网的LVRT标准。
在德国风电占能源供应比例很高为保证风电的发展不给电网稳定性造成威胁德国意昂集团下属电网公司E.ONNetz已经提出适用于德国电网的低电压穿越标准。
在电网电压跌落到某一幅值时此标准对于风力发电机能否跳机以及与电网维持连接多长时间方可跳机提出了明确要求。
2.双馈感应发电机建模2.1.传统分析模型双馈感应发电机最常用的数学模型是在dq坐标系下的5阶模型。
其数学模型如下所示:uiψ分别为电压、电流、磁链;np为电机极对数;RL分别为电阻、电感;ω2=ω1—ωrω1ωr分别为定子同步电角速度、转子电角速度;下标sr分别表示定子、转子分量;Lss=Ls+LmLrr=Lr+LmLsLr分别为定子、转子漏感;下标dq分别表示dq轴分量;TeTm分别为电磁转矩和机械转矩;p为微分算子。
26421126_基于定子侧新型Crowbar的双馈发电机低电压穿越研究
电气传动2016年第46卷第7期基于定子侧新型Crowbar 的双馈发电机低电压穿越研究张建华,丁磊,戴春蕾,沈浩然,于东霞(扬州大学水利与能源动力工程学院,江苏扬州225127)摘要:针对电网电压跌落时投入现有被动式转子Crowbar 保护,只能实现对双馈风电机组的系统保护,而无法实现低电压穿越的不足,提出故障时在定子中串接由电感组成的新型Crowbar 。
首先从理论上对双馈发电机电压跌落极限下激起的电磁过渡过程进行分析计算,揭示影响电磁过渡过程的本质规律。
在此基础上,给出双馈发电机在电压跌落极限下新型Crowbar 电感值整定方法及励磁控制策略。
理论分析和仿真结果表明,新型Crowbar 与控制策略相结合即使在电压跌落极限下,也能够对双馈发电机转子侧变流器提供保护,并向电网提供无功支撑,实现电压跌落极限下低电压穿越。
关键词:双馈发电机;电压跌落;新型Crowbar ;低电压穿越中图分类号:TM614文献标识码:AResearch of Doubly -fed Induction Generator LVRT Based on Stator Side New CrowbarZHANG Jianhua ,DING Lei ,DAI Chunlei ,SHEN Haoran ,YU Dongxia(College of Water Conservancy and Energy Power Engineering ,Yangzhou University ,Yangzhou 225127,Jiangsu ,China )Abstract:Aiming at the deficiency which the existing passive rotor Crowbar can only achieve the doubly -fedwind turbine protection ,but can ′t achieve LVRT during grid voltage drop ,proposed a new type of Crowbar which was composed of stator concatenated inductance.Firstly ,analysed and calculated the electromagnetic transient process of the doubly -fed induction generator under voltage drop limit in theory ,revealed the essential discipline which influenced the electromagnetic transient process.On this basis ,proposed the new Crowbar inductance tuning method and excitation control strategy of the doubly -fed induction generator under voltage drop limit.Theoretical analysis and simulation results show that ,the new Crowbar combined with the control strategy can protect the doubly -fed inductiongenerator rotor side converter ,and provide reactive power support ,realize LVRT under voltage drop limit.Key words:doubly -fed induction generator ;voltage drop ;new Crowbar ;low voltage ride through.基金项目:国家高技术研究发展计划(863)(2012AA050214);住房和城乡建设部研究开发项目(2016-K6-015)作者简介:张建华(1960-),男,博士,副教授,Email :*************************ELECTRIC DRIVE 2016Vol.46No.7为了提高电网的安全稳定运行能力,国内外的电网公司都制定了风电场接入电网新的技术标准。
浅析双馈式风力发电机低电压穿越技术
浅析双馈式风力发电机低电压穿越技术发表时间:2020-08-12T09:54:49.967Z 来源:《电力设备》2020年第10期作者:高洋姜国军冷晓辉刘艳梅[导读] 摘要:目前,随着双馈式风力发电机应用逐渐增多,应用逐渐广泛,为了保障供电的稳定性,发电厂技术人员必须要研究低电压穿越技术来保障发电机的稳定性。
(黑龙江辰能风力发电有限公司黑龙江哈尔滨 150090;中国能源建设集团投资有限公司黑龙江分公司黑龙江哈尔滨 150010;中国广核新能源控股有限公司吉林分公司吉林长春 130033;黑龙江辰能风力发电有限公司黑龙江哈尔滨 150090)摘要:目前,随着双馈式风力发电机应用逐渐增多,应用逐渐广泛,为了保障供电的稳定性,发电厂技术人员必须要研究低电压穿越技术来保障发电机的稳定性。
本文将对双馈感应发电机模型进行分析,提出技术应用策略。
关键词:双馈感应发电机;风力发电;低电压穿越技术前言近年来,风能作为清洁能源得到了广泛的重视,风能逐渐被应用在了众多的领域。
目前,利用风能发电成为了我国供电的主要方式,而双馈式风力发电机由于变速运行、变流器容量小等优点被广泛地应用。
但是,在长期的运行过程中,双馈式风力发电机在电网故障处理方面仍然有一些缺陷,例如忽略了定子磁链的暂态过程,导致定子磁链定向不准确,这会降低控制效果。
为此,为了避免故障的发生,在风力发电机运行过程中,其必须要借助低电压穿越技术,以保证供电稳定性和风力发电机的良好运行。
1、双馈式风力发电机的应用理论在现阶段所有的风力发电机中双馈风力发电机拥有最为独特的特征,不过仍有一些特征与异步风力发电机较为相似,但却与异步发电机有很大方面的不同。
若要谈论两种发电机的不同,首当其冲的就是转子电流双馈式胜利法电机转子电流的提供方法是励磁,并且能够根据需要随时改变电流大小,控制较为简单;但我们常见的异步发电机,没有双馈式发电机那种简单高效的调节性。
再将双馈式发电机的功率大小与目前世界上功率较大的发电机进行比较时,双馈式电机完美地展现出了经济效益,而这样的原因是。
双馈感应风力发电系统低电压穿越控制策略研究及其分析
第43卷第16期电力系统保护与控制Vol.43No.16 2015年8月16日Power System Protection and Control Aug.16,2015双馈感应风力发电系统低电压穿越控制策略研究及其分析赵霞,王倩,邵彬,何美华(西南交通大学电气工程学院,四川成都610031)摘要:基于双馈感应发电机(DFIG)风力发电系统模型,通过分析电网电压跌落情况下的各种运行状况,提出在电网严重故障期间,采用Active Crowbar电路和直流侧卸荷电路保护变流器和避免直流侧电压过压。
在电网故障恢复期间,Crowbar电路的再次投入使得系统无功需求增大。
并在网侧变流器的功率容量范围内,提出一种网侧变流器无功功率的控制策略来实现对电网无功支持,以助于电网故障恢复以及加快机端电压恢复。
基于PSCAD/EMTDC 平台建立了仿真系统模型并验证了该控制策略的有效性。
该控制策略满足了风电机组并网的低电压穿越,有效提高了DFIG风电机组运行的可靠性。
关键词:双馈电机;电压跌落;Active Crowbar;直流侧卸荷电路;无功支持Low voltage ride through control strategy and its analysis of doubly fed induction generatorZHAO Xia,WANG Qian,SHAO Bin,HE Meihua(School of Electrical Engineering,Southwest Jiaotong University,Chengdu610031,China)Abstract:Based on double fed induction generator(DFIG)wind power system model,by analyzing the grid voltage drop under various operational performance,this paper proposes the use of Active Crowbar Circuit and DC-chopper in order to protect the converter and avoid DC-link over-voltages during grid serious faults.Crowbar circuit being into again makes the demand of the reactive power increase during the recovery of the grid voltage;grid-side converter(GSC)in the range of power capacity,a new control strategy for GSC reactive power is proposed to achieve the reactive power support to help the recovery of the grid faults and the stator voltage.Simulation system model is built by using PSCAD/EMTDC and the validity of the proposed control strategy is proved.The control strategy meets low voltage ride through(LVRT)of DFIG,and effectively improves the reliability of the DFIG operation.Key words:DFIG;voltage dips;Active Crowbar;DC-chopper circuit;reactive support中图分类号:TM614文献标识码:A文章编号:1674-3415(2015)16-0057-080引言随着风电容量不断增加,在电网电压跌落严重的情况下,风电机组会因自保而脱网,严重时导致电网崩溃,风力发电机的低电压穿越(Low Voltage Ride Through,LVRT)能力是一个需要解决的问题。
双馈风力发电机低电压过渡的相角补偿控制策略
第29卷第21期中国电机工程学报 V ol.29 No.21 Jul. 25, 200962 2009年7月25日 Proceedings of the CSEE ©2009 Chin.Soc.for Elec.Eng.文章编号:0258-8013 (2009) 21-0062-07 中图分类号:TM 614 文献标志码:A 学科分类号:470⋅40双馈风力发电机低电压过渡的相角补偿控制策略王伟1,陈宁2,朱凌志2,徐殿国1(1.哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院,黑龙江省哈尔滨市 150001;2.国网电力科学研究院,江苏省南京市 210003)Phase Angle Compensation Control Strategy for Low-voltage Ride Through ofDoubly-fed Induction GeneratorWANG Wei1, CHEN Ning2, ZHU Ling-zhi2, XU Dian-guo1(1. School of Electrical Engineering and Automation, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, Heilongjiang Province, China;2. State Grid Electric Power Research Institute, Nanjing 210003, Jiangsu Province, China)ABSTRACT: The crowbar-based control is one of the main low-voltage ride through (LVRT) control methods for doubly-fed induction generators (DFIG), but the converter is still at risk of being damaged by the over-current on the rotor side after the crowbar exits during the fault recovery period. To solve such issues, a model for the fault process analysis based on the equivalent dynamic model of DFIG is established. The mechanism of the phase angle jumping when a fault occurs and the grid voltage recovers and its impact on the vector orientated precision are analyzed. Based on this, the jumping phase angle compensation principle is proposed to improve the existing LVRT control strategy. Then the process of control is divided into four periods, i.e., the normal operation period, the crowbar switching period, the crowbar exiting period and the grid voltage recovering period. In the normal operation and the crowbar exiting period, the stator flux orientation control of DFIG is applied. In the crowbar switching period, IGBT pulses of the rotor side converter are locked, but the grid-side converter maintains the normal operation. In the grid voltage recovering period, phase angle compensation control is used. Simulation results show that the over-current in the grid voltage recovering period can be effectively limited by the proposed control strategy.KEY WORDS: crowbar; doubly-fed induction generator; low voltage ride through; phase angle jumping; phase angle compensation摘要:基于撬棒保护(crowbar)的控制方法是双馈风电机组基金项目:“十一五”国家科技支撑计划重大项目(2008 BAA14B04);国家863高技术基金项目(2007AA05Z422);国家电网公司重点项目(SG0827)。
双馈感应风力发电机低电压穿越控制策略
双馈感应风力发电机低电压穿越控制策略甄佳宁;陈益广;王颖【摘要】针对双感应馈风力发电机低电压穿越问题,提出了一种新型的转子侧变流器控制策略,该控制策略采用基于定子磁链定向的矢量控制方法,对转子稳态励磁电流添加补偿量,得到新的转子电流励磁给定值,抵消了定子磁链直流分量和负序分量对转子电流的部分影响,并能够有效地抑制双馈感应发电机转子过电流,增强了双馈感应风力发电机的低电压穿越能力.Matlab仿真结果验证了该控制策略的有效性和可行性.【期刊名称】《电力系统及其自动化学报》【年(卷),期】2013(025)005【总页数】4页(P88-91)【关键词】风力发电;双馈感应风力发电机;低电压穿越;电压骤降;转子变换器【作者】甄佳宁;陈益广;王颖【作者单位】天津大学智能电网教育部重点实验室,天津300072;天津大学智能电网教育部重点实验室,天津300072;天津经济技术开发区汉沽现代产业区总公司,天津300480【正文语种】中文【中图分类】TM614随着风力发电技术的不断发展,风力发电装机容量在不断扩大,并网风电机组对电网的影响越来越显著,诸多的风电并网问题突显出来。
电网电压跌落是电网故障中最为常见的问题之一,后果通常也最为严重。
当电网电压发生大幅度跌落故障后,如果风电机组不具备低电压穿越能力,将导致风电机组大规模解列,失去对电网电压的支撑,对电网稳定运行和电能质量产生严重影响。
为此世界上许多电网运营商均对风电机组低电压穿越能力提出了要求:当电网电压发生跌落后,风电机组必须在一定时间内与电网连接而不解列,甚至在过渡过程中为电网提供一定无功支撑以帮助电网电压快速恢复。
为了使风力发电能够实现大规模并网,风力发电机必须具备一定的低电压穿越能力[1]。
双馈感应风力发电机DFIG(doubly fed induction generator)具有变流器容量较小、有功和无功可独立解耦控制等特点,目前在兆瓦级风电机组中得到了广泛研究和应用[2~7]。
双馈风电系统低电压穿越的联合控制策略
-
电气传动 2017 年 第 47 卷 第 11 期
王归新,
等:
双馈风电系统低电压穿越的联合控制策略
的灭磁控制策略。文献[3]分析了电网电压故障
后的定子磁链的变化,给出了电网对称故障下的
LVRT capability of DFIG wind power system.
Key words: double⁃fed induction generator(DFIG);low⁃voltage ride⁃through(LVRT);de⁃excitation control;
crowbar circuit
approach for severe grid voltage sag failures is that a crowbar circuit is used to bypass the rotor side converter. But the
use of crowbar circuit can only ensure the safety of double⁃fed wind power system,
control obtains an appropriate rotor magnetic field to offset the transient component in the stator flux. Because of the
rotor side converter capacity limit,de ⁃ excitation control can only pass through slight voltage sags. A more common
进行了仿真实验,
仿真结果表明所提方案有助于提高双馈风电系统的 LVRT 能力。
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基于定子磁链控制的双馈风力发电机低电压穿越研究
白冲冲,张凤,卢业蕙
(沈阳建筑大学信息与控制工程学院,110168)
摘要:随着双馈风力发电机组装机容量在电力系统中的比例不断增大,当电网电压骤降时,要求机组具有一定的低电压穿越能力(LVRT),保证在故障跌落时风力发电机不脱网运行。
针对矢量定向控制策略,建立起完整的双馈感应发电机(DFIG)的数学模型,详细推导了改进定子磁链定向控制策略下DFIG的控制方程,运用Matlab/Simulink软件对机组的特性进行了仿真,结果验证了当电网电压跌落较小时采用改进矢量控制策略能有效的实现DFIG的低电压穿越,为进一步研究提供了依据。
关键词:双馈感应风力发电机;定子磁链定向;低电压穿越
1引言
随着DFIG风电机组装机容量在电力系统中的比例不断增大,当电网电压骤降时,若将其从电网中解列则会严重影响电力系统的稳定以及电网的恢复[1],因此要求DFIG机组具有一定的LVRT能力,保证在电压跌落时风电机不脱网运行,并能够向电网提供无功支持系统恢复稳定。
当电网电压跌落较小时DFIG通常采用矢量控制策略(Vector Control ,VC),传统的矢量控制其控制构造简单,能够实现DFIG有功和无功功率的解耦,且使用PI调节器具有一定的稳定性及鲁棒性,然而基于理想电网下的矢量控制当电网骤降故障时,很难实现完全解耦,其控制性也不能够保证,例如定子磁链控制[2]忽略了定子的暂态过程,当故障时不能达到预期控制效果。
此时矢量控制已不能满足机组安全运行的要求,因此必须对传统矢量控制策略进行改进。
本文建立了完整的DFIG数学模型,详细推导了改进定子磁链控制策略下的DFIG控制方程,以1.5MW发电机为例,在电网标准规范下选取典型电压跌落故障,通过Matlab/Simulink软件对电压跌落时DFIG的特性进行了仿真分析,结果验证了改进矢量控制策略的有效性。
2DFIG数学模型
(转子侧)
(网侧)
图1双馈感应发电机系统拓扑结构
如图1所示双馈风力发电机定子侧经变压器直接与电网连接,转子侧接到对转子电流频率、相位、幅值都可调的变频器上,通过双PWM变频器并入电网[3]。
变频器对转子交流励磁,
具有很大的调速范围,且额定容量很小,此外双馈发电机还具有对有功、无功实现独立解耦
调节的优点[4],因此双馈风力发电机得到了广泛的应用。
然而这种结构也导致DFIG 对电网
电压的扰动相当敏感,变频器容量小也使其对电网故障的应对能力较弱,所以当电压跌落较小时为克服DFIG 的缺点需要对其控制策略进行改进。
若要进一步研究DFIG 在电压跌落时的暂态特性,需要建立等效的DFIG 数学模型。
本
文采用电动机惯例进行建模,在理想状态下任意同步dq 旋转坐标下DFIG 磁链方程为[5]:
⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧+=+=+=+=rq r sq m rq rd r sd m rd
rq m sq s sq rd m sd s sd i L i L i L i L i L i L i L i L ψψψψ (1)
式中下标d 、q 分别为d 轴分量和q 轴分量;下标s 、r 分别为定子和转子分量;sd ψ、sq ψ分别为定子d 轴和q 轴磁链分量;rd ψ、rq ψ分别为转子磁链d 轴和q 轴分量; sd i 、sq i 、分别为定子d 轴和q 轴的电流分量;rd i 、rq i 分别为转子电流的d 轴和q 轴分量;s L 、r L 分别为定、转子在dq 坐标中两相绕组的自感;m L 为dq 轴中定、转子绕组间的互感。
同理可得DFIG 的dq 坐标下的电压方程:
1111--(-)(-)sd s sd sd sq sq s sq sq sd rd
r rd rd r rq rq r rq rq r rd u R i P u R i P u R i P u R i P ψωψψωψψωωψψωωψ=+⎧⎪=++⎪⎨=+⎪⎪=++⎩ (2)
式中sd u 、sq u 分别定子的d 轴和q 轴的电压分量;rd u 、rq u 分别为转子的d 轴和q 轴电压分量;1ω、r ω分别为发电机的定子和转子角转速;P 为微分算子。
3 DFIG 定子磁链定向(SFO)控制
双馈风力发电机转子侧一般采用定子磁链定向来实现功率的解耦控制,从而使DFIG 具备一定的LVRT 能力,此时s sd ψψ=,0sq ψ=。
当忽略定子侧电阻后可得到转子同步旋转d q 轴坐标下电压分量方程[6]
: 221221()()()()()()m m rd r rd r rd r r rq s s m m m rq r rq r rq r s r rd s s s L L u R i L Pi L i L L L L L u R i L Pi L i L L L ωωωωψ⎧=+----⎪⎪⎨⎡⎤⎪=+-+-+-⎢⎥⎪⎣⎦⎩
(3)
此时可得同步旋转dq 轴坐标下的转子电压耦合的补偿项rd u ∆和rq u ∆为:
2121()()()()m rd r r rq s m m rq r s r rd s s L u L i L L L u L i L L ωωωωψ⎧∆=--⎪⎪⎨⎡⎤⎪∆=--+-⎢⎥⎪⎣⎦⎩
(4)
则把式(4)代入式(5)可得转子侧电压解耦项rd u *和rq u *为:
22()()m rd rd rd r rd r rd s m rq rq rq r rq r rq s L u u u R i L Pi L L u u u R i L Pi L **⎧=+∆=+-⎪⎪⎨⎪=+∆=+-⎪⎩
(5) 加入解耦补偿项后定子侧的有功功率及无功功率可表示为: /()/s s rq m s s s m rd s s P u i L L Q u L i L ψ=-⎧⎪⎨=-⎪⎩ (6)
于是由式(5)可知转子的dq 轴电压分量可由转子dq 轴电流分别进行解耦控制,同理由
式(6)可得定子的有功及无功功率可通过转子dq 轴电流调节实现解耦。
4 双馈风力发电机仿真
双馈感应发电机模型参数:额定功率为1.5MW ,额定电压为575/60V Hz ,0.00706s pu R =,0.005r
pu R =,0.171s pu L =,0.156r pu L =, 2.9m pu L =,极对数3p n =。
(a)定子电压
/pu
(b)定子电流
/pu
(c)输
出功率
/pu
T/s (d)直流电压/V
图2 电压跌落值为20%时DFIG 的暂态特性
在稳定风速10m/s 下模拟双馈风力发电机的低电压穿越性能,当系统运行到0.6秒时发生电网故障跌落,跌落值为20%,故障持续时间是1秒。
本次仿真按电动机惯例,如图2为故障时双馈发电机特性仿真波形。
当0.6秒时电网发生故障跌落,由图2(a)(b)可知,此时定子电流突然增大,随后迅速减小并很快保持在一个较大值。
这是因为在电压骤降时,定子侧产生直流分量,而电流直流分量经定子侧电阻及电感的作用快速衰减,最终使电流趋近于一个稳定值。
定转子磁链之间存在耦合作用,定子侧过电流会引起转子过电流。
在故障时定子的过电流变化不明显,但在故障发生及恢复稳定时有很大波动,会对发电系统造成损害,应采用相应的控制策略来减小电流波动。
由图2(c)可知故障时有功功率迅速变小,用以保持输出相应的无功功率,经转子侧变流器的调节,在故障期间机组输出稳定少量的无功功率。
图2(d)中直流电压在故障时产生的波动较小(约为给定电压的1.7%左右),而后迅速保持稳定,故障消除时经较小电压波动后迅速恢复稳定状态,因此故障期间不会发生跳闸。
5结论
本文详细推导了改进定子磁链控制策略下的DFIG数学模型,当电网电压故障跌落时,仿真结果表明采用改进控制策略时DFIG具有一定的低电压穿越能力。
改进方案较传统控制方案大大提高了故障时对转子电流的控制,有了对有功及无功功率调节的能力,同时减弱了故障时直流电压的剧烈波动,进一步加强了系统的LVRT能力。
参考文献
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Orientation Control of Induction Motor Drive,”IEEE Transactions industrial electronics vol.53, no.1, February. 2006, pp: 41-49.
作者简介:白冲冲,男,沈阳建筑大学信息与控制工程学院,在读硕士研究生,风力发电,沈阳市浑南新区沈阳建筑大学,110168,763681163@。