计及撬棒电阻的双馈风力发电机暂态电势故障特征分析

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双馈风力发电机组故障分析及防范措施

双馈风力发电机组故障分析及防范措施摘要：随着全球化的推进，人们不仅需要充分利用可再生能源，还必须采取有效的措施，以确保其安全性、稳定性、可持续性。

其中，风能作为一种可再生、无污染、蕴藏量丰富的自然资源，正在被全球范围内的政府和企业所关注，并被作为重点开发的能源之一。

但是，由于技术的不断进步，对于大型风力发电机组的要求日益提升，其结构也变得更加复杂，而且故障率也在不断上升。

如果机组发生故障，这将不仅会造成停电，还可能导致严重的安全隐患，造成重大的损失。

关键词:双馈风力；发电机组；故障分析；防范措施引言随着全球经济的飞速增长，环境污染和能源短缺的问题日益突出，世界各国都开始关注如何实施可持续发展。

为此，绿色经济、零排放的理念正在逐步推广，并且通过开发新型的绿色能源。

比如说风能，就已经取得了显著的成效，本文说的双馈风力发电机组对于发电的效率和可靠性就起到了至关重要的作用。

然而，双馈风电机组的故障仍然是一个值得我们深入研究的课题。

如果双馈风力发电机组出现故障，将会严重影响发电效率，导致巨大的经济损失，甚至危及人们的生命安全。

因此，我们必须及时采取措施，制定有效的故障处理方案和运维模式，以确保风电机组的正常运行。

1双馈风力发电机组的故障分析1.1振动异响故障分析与处理风力发动机的常见故障之一就是在风轮转动时，异响较大，而且机舱罩松动、叶片开裂的情况也不可忽视。

这是由于风轮轴承的底座受损，从而导致齿轮箱轴承、增速器等部件受到外界冲击，使得叶片受到的冲击力度不断加大，从而影响桨叶的转速，最终导致主轮齿轮箱、发电机等部件出现故障。

为了解决此次故障，我们需要更换轴承，并对受损的部位进行加固。

此外，我们还需要通过安装螺栓来调节风轮轴和增速器，同时重新安装刹车片的间隙。

为确保增速器的正常运转，应当对其螺栓进行严格的拧紧，并且检查轴承是否受到破坏，若有必要，应当及时更换。

1.2检测回路故障处理任何一种加速度传感器的可靠性、传输线路的稳定性、接收信号模块的正确安装和维护，都有助于避免由于测量本体、接收信号模块和线路虚接等原因导致的故障。

应用于风力发电系统中的撬棒阻值整定新方法

第46卷第10期电力系统保护与控制Vol.46 No.10 2018年5月16日Power System Protection and Control May 16, 2018 DOI: 10.7667/PSPC170634应用于风力发电系统中的撬棒阻值整定新方法李圣清，明瑶, 张煜文，吴文凤，马定寰(湖南省重点实验室(湖南工业大学)，湖南株洲 412000)摘要：在电网发生电压跌落故障的情况下，双馈异步发电机(Doubly-Fed Induction Generator, DFIG)多采用撬棒保护电路以实现低电压穿越(Low V oltage Ride Though, LVRT)，而撬棒阻值的选择对机组的LVRT效果影响很大。

从DFIG在电压跌落故障下的暂态数学模型出发，运用空间矢量分析和拉普拉斯变换的方法，推导出风电机组在电压跌落故障下的暂态电流时域表达式、转子侧故障电流的计算式。

由此提出一种切合工程实际的撬棒阻值整定方法，解决了投入撬棒保护电路后转子侧出现过电流和直流母线过电压的问题。

算例及仿真实验数据均表明，采用该方法可有效抑制暂态故障分量，显著提高风力发电系统的LVRT水平。

关键词：双馈异步发电机；低电压穿越；撬棒阻值；电压跌落；暂态故障电流A new method of Crowbar resistance setting used in wind power generation systemLI Shengqing, MING Yao, ZHANG Yuwen, WU Wenfeng, MA Dinghuan(Key Laboratory of Hunan Province, Hunan University of Industry, Zhuzhou 412000, China)Abstract: Doubly-Fed Induction Generator (DFIG) often adopts Crowbar protective circuit to realize Low V oltage Ride Through (LVRT) under voltage drop fault of power grid. Crowbar resistance will affect LVRT effect of the unit significantly. Time domain expression of transient current of the wind turbine generator system under the voltage drop fault and the calculation formula of fault current at the rotor side are deduced through space vector analysis and Laplace transformation based on the transient mathematical model of DFIG system under voltage drop. A Crowbar resistance adjustment method conforming to engineering practices is proposed, which overcomes the overcurrent at the rotor side and overvoltage of DC bus after Crowbar protective circuit is applied. Both case study and the simulation test demonstrate that the proposed method can inhibit the transient fault component effectively and increase the LVRT level of DFIG system significantly.This work is supported by Natural Science Foundation of Hunan Province (No. 2017JJ4024).Key words: doubly-fed induction generator; low voltage ride though; Crowbar resistance; voltage drop; transient fault current0 引言鉴于风电发展规模的不断增加，为减少或消除机组脱网所造成的不利影响，各国在并网规范上达成了共识：要求联网运行的风电机组在一定幅度和持续时间的电压跌落故障下不得脱网运行，即要求风电机组具有LVRT的能力，必要时还需要向故障电网提供无功功率支持，帮助电网电压的恢复[1]。

撬棒投入对双馈风机电磁功率暂态特性影响

Ｉ：１０．３９６９￣．ｉｓｓｎ．１００３ — ８９３０．２０１６．１２．００２
ＩｍｐａｃｔｏｆＣｒｏｗｂａｒｏｎｔｈｅＴｒａｎｓｉｅｎｔＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｏｆＤＦＩＧＥｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃＰｏｗｅｒ
ｅｒａｔｏｒ（ＤＦＩＧ）ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｐｏｗｅｒｄｕｒｉｎｇｇｒｉｄｆａｕｌｔｓ．ＴｈｅｅｑｕａｔｉｏｎｏｆＤＦＩＧｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｐｏｗｅｒｉｓｄｅｒｉｖｅｄｂａｓｅｄ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎｏｆｗｉｎｄｅｎｅｒｇｙｉｓｉｎｃｒｅａｓｉｎｇａｎｄｔｈｅｓｙｓｔｅｍｓｔａｂｉｌｉｔｙｉｓｒｅｌａｔｅｄｔｏｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｐｏｗｅｒｏｆｗｉｎｄｇｅｎｅｒａｔｏｒｓ．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｓｔｕｄｉｅｓｔｈｅｉｍｐａｃｔｏｆｃｒｏｗｂａｒｏｎｔｈｅｔｒａｎｓｉｅｎｔｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｄｏｕｂｌｙｆｅｄｉｎｄｕｃｔｉｏｎｇｅｎ ‘

双馈式风力发电机故障特征分析与检测方法研究

Classified Index: TM315 U.D.C: 621Байду номын сангаас3
Thesis for the Master Degree
Analysis of the Characteristics of the Fault in Doubly-fed Induction Generators and Detection Scheme Research
North China Electric Power University
华北电力大学硕士学位论文原创性声明
本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文《双馈式风力发电机故障特征分析与检测方法研究》，是本人在导师指导下，在华北电力大学攻读硕士学位期间独立进行研究工作所取得的成果。据本人所知，论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研究成果。对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。作者签名：日期：年月日
国内图书分类号：TM315 国际图书分类号：621.3
学校代码：10079 密级：公开
工学硕士学位论文
双馈式风力发电机故障特征分析与检测方法研究
硕士研究生：王景婷导师：许伯强教授
申请学位：工学硕士学专科：电气工程业：电力电子与电力传动
所在学院：电气与电子工程学院答辩日期： 2015 年 3 月授予学位单位：华北电力大学
作者签名：导师签名：
日期：日期：
年年
月月
日日
华北电力大学硕士学位论文
摘
要
双馈式风力发电机的绕组匝间短路故障对整个风力发电系统安全、稳定运行有很大影响。如果在故障初期能够及时检测发现匝间短路故障，可以合理的安排检修时间，有效地降低维修运营成本。因此，分析双馈式风力发电机的内部故障机理并提出相应的检测方法有着极为重要的意义。本文以多回路理论为基础，计算了双馈式风力发电机发生定转子绕组匝间短路故障后的电感参数，在此基础上建立了定转子绕组匝间短路故障时的数学模型。并对数学模型进行坐标变换以提高计算机的计算速度和节约内存空间。应用 S 函数对故障数学模型封装，将封装后的电机模型与 matlab 中自带的电机模型进行仿真比较，验证了 S 函数模型的正确性。再将 S 函数电机模型替代 matlab 中关于 DFIG 的示例程序 power_wind_dfig_det.mdl 中的电机模块。对比替代后示例程序与原示例程序在风速变化时的响应，来验证 S 函数模型的兼容性和有效性。对定转子绕组匝间短路故障进行了电磁分析，总结了定转子绕组匝间短路故障后的特征信号的规律。分别在定转子匝间短路故障状态下对整个风电系统进行仿真，应用自适应滤波技术和连续细化傅里叶技术对风电系统仿真所得信号进行分析，提取出的特征信号与理论分析一致。通过 S 函数建模对双馈式风力发电机绕组故障仿真分析，并研究特征信号检测技术，可以为研究双馈式风力发电机绕组故障早期诊断与状态监测提供一个新的思路。关键词：双馈式风力发电机；多回路；匝间短路； S 函数；信号检测

双馈风力发电机组故障分析及防范措施

双馈风力发电机组故障分析及防范措施发表时间：2019-12-17T09:25:47.910Z 来源：《中国电业》2019年17期作者：王志亮[导读] 经济快速发展，环境污染和能源危机问题不断涌现摘要：经济快速发展，环境污染和能源危机问题不断涌现，各国都对如何利用可再生能源进行可持续发展予以重视。

随着绿色经济、零排放的模式不断演进，在绿色能源中加以利用和研发，例如将风能等作为绿色能源的重要来源，进行技术研发，已经取得了很多的成果。

双馈风力发电机组在发电运行的过程中发挥着重要作用，但其故障问题也是需要关注的重点问题。

一旦出现故障问题会降低风力发电效率，造成经济损失，甚至威胁人的安全，因此对于双馈风力发电机组故障要进行及时的防范，采用相应的故障处理办法和运维模式进行维护，保障发电机的正常运行。

关键词：双馈风力发电机组；故障；防范1双馈风力发电机组工作原理变速风电机组通过风轮输入的风能转化为机械能，然后通过齿轮轴，把机械能传递到双馈发电机，发电机将机械能转化成电能输出到电网中。

发电机与电网间通过两个变流器相连，一个是转子侧变换器AC/DC，转子侧变换器相当于在转子回路中串联一个电压向量，其作用是是对发电机进行励磁控制，可以实现对机组有功和无功功率解耦，使转子达到预期的转速。

而电网侧的变换器DC/AC可以实现直流环节的有功功率和与电网间交换的有功功率的平衡，可以控制直流侧电压的稳定和交流侧功率因数。

2双馈风力发电机组的故障分析2.1振动异响故障分析与处理风力发动机常见故障之一就是风轮转动时，异响较大。

在故障发生之后出现了机舱罩松动和叶片开裂的情况。

这是由于风轮轴承的底座出现了损坏。

在齿轮箱轴承损坏和增速器损坏状态下，风力发电机的受力情况出现了损伤，叶片受到冲击力度越来越大，桨叶转速受到影响，刚性链接的主轮齿轮箱、发电机等相继出现故障。

对于这一故障进行处理，应更换轴承，对轴承损坏部分进行加固处理，或者是直接予以更换。

双馈风电机组风电场并网故障特性

３．新疆伊犁供电局，新疆伊犁８３５０００）
摘要：利用ＰＳＣＡＤ软件构建了双馈风电机组风电场仿真模型，对可能造成双馈风电场并网故障电流幅值的主要
因素（投运机组数、Ｃｒｏｗｂａｒ电路及风速）进行研究分析，再对双馈风机故障电流频率特征进行分析。仿真模拟研究了在风电场联络线上距风电场３０％处单相／双相接地不对称故障，结果显示故障电流／电压对风电场联络线的保护影响很大，可能会造成元件的误选以及距离／纵联保护的误动作。对构建的单个风电场模型进行了仿真结果表明接地短路故障可能会造成相邻风电场的连锁脱网事故，危及电网安全。
ｆａｃｔｏｒｓ（ｎｕｍｂｅｒｏｆｕｎｉｔｓ，Ｃｒｏｗｂａｒｃｉｒｃｕｉｔａｎｄｗｉｎｄｓｐｅｅｄ）ｏｆａｕｆｌｔｃｕｒｒｅｎｔｍａｇｎｉｔｕｄｅａｒｅｓｔｕｄｉｅｄ，ａｎｄｔｈｅｆａｕｌｔｃｕｒｒｅｎｔ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｏｆｗｉｎｄｆａｒｍｗｉｔｈｄｏｕｂｌｅ — ｆｅｄｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｓｉｓｂｕｉｌｔｂｙｕｓｉｎｇＰＳＣＡＤｓｏｆｔｗａｒｅ．Ｔｈｅａｆｆｅｃｔ

考虑撬棒保护动作的双馈风机故障暂态特性分析

考虑撬棒保护动作的双馈风机故障暂态特性分析柳鑫;刘晓华;吕文芳;陆可【期刊名称】《电力科学与工程》【年(卷),期】2016(032)001【摘要】从电网的角度来看,风电场表现出来的故障特性不可忽视,尤其是在目前电网低电压穿越的要求下,风电机组表现出更加复杂的故障暂态特性,对电网自身的故障特性造成复杂的影响,给电网继电保护的研究带来挑战.针对目前广泛应用的双馈风力发电机组,对其电网故障下的短路过程进行了数学推导,得出了其短路电流计算表达式,并根据双馈风力发电机组近端严重故障下撬棒保护两种不同的投切控制策略,通过PSCAD/EMTDC仿真平台进行了仿真分析.仿真结果对比分析了撬棒保护两种投切方式对双馈风机故障暂态特性的影响,验证了推导表达式的正确性,对含风电场的电力系统故障分析诊断及继电保护问题的研究提供了一定依据.【总页数】4页(P49-52)【作者】柳鑫;刘晓华;吕文芳;陆可【作者单位】西南交通大学电气工程学院,四川成都610031;西南交通大学电气工程学院,四川成都610031;西南交通大学电气工程学院,四川成都610031;西南交通大学电气工程学院,四川成都610031【正文语种】中文【中图分类】TM76【相关文献】1.双馈风机磁链暂态特性分析及Crowbar电路的改进 [J], 焦彦军;谷昱君2.撬棒投入对双馈风机电磁功率暂态特性影响 [J], 姜惠兰;李天鹏;薛静玮;姜哲;钱广超3.考虑转子励磁控制的双馈风机故障特性分析 [J], 柳鑫;廖茜;邹景澍;王远波4.基于撬棒保护的双馈风机不对称故障下短路电流特性分析 [J], 曹鹏飞;陈璨;刘辉;黄家栋5.计及撬棒保护动作时间的双馈风机三相短路电流特性分析 [J], 范小红;安德超;孙士云;孙德娟;王杨因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

双馈感应发电机暂态特性分析及Crowbar阻值优化

双馈感应发电机暂态特性分析及Crowbar阻值优化徐玉琴;曹璐璐【摘要】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.%Transient characteristics analysis is the foundation and the key for low voltage ride through (LVRT) of doubly fed induction generator (DFIG). Conventional studies usually focus on the transient processes during gird faults and ignore the transient process of fault clearing. Thus, the transient process analyses are incomplete. It will result in the inaccurate calculation of the maximum rotor short-circuit current, further leading to Crowbar resistance selection unreasonable. In this paper, the expressions of the stator flux during the grid fault and fault clearing were proposed based on the mathematical model of DFIG. Then the expression of the rotor current was derived from the view point of the rotor equivalent circuit. Accordingly, the Crowbar resistance was amended. The results of simulations on a1.5MW DFIG in PSCAD/EMTDC verify the correctness of the derivation.What's more, different fault durations will lead to the different transient processes during fault clearing, where ignoring the process of fault clearing will lead to the excessive crowbar resistance. The resistance optimization of Crowbar needs to consider the processes of grid fault and fault clearing.【期刊名称】《电工技术学报》【年(卷),期】2017(032)004【总页数】8页(P93-100)【关键词】双馈感应发电机;暂态特性;低电压穿越;撬棒电路【作者】徐玉琴;曹璐璐【作者单位】华北电力大学电气与电子工程学院保定 071003;华北电力大学电气与电子工程学院保定 071003【正文语种】中文【中图分类】TM315双馈风力发电机组由于具有运行风速范围广以及有功和无功可独立解耦控制等优势，被风电场作为主要机型广泛使用[1]。

应用撬棒电路的双馈型风力发电机低电压穿越分析

Ｖｏ．Ｎｏ１１２８．
Ｊｎ２１ａ．０２
中图分类号：Ｍ６４Ｔ１
文献标志码：Ａ
应用撬棒电路的双馈型风力发电机低电压穿越分析
姜传，肖湘宁
（北电力大学电气与电子工程学院北京１２０）华０２６ＡｎａｙｓｓｏｌｉｎＬＶＲＴｆＤＦＩｔｏｏＧｗｉｈＣｒｗｂａｒｕｔｒＣｉｃｉ
ＡＢＳＴＲＡＣＴ：ｅａｇｓａｅｎｔｒｉｅｇｎｒｔｒａｅＡｆｒｌｒｅ－ｃｌｄｗｉｄｕｂｎｅｅａｏｓｒｃｎｅｔｄｉｈｒｄｌｓｆｔｅｅｗｉｄｇｎｒｔｒｌｅｅｔｏｎｃｅｎｔｅｇｉ，ｏｓｏｈｓｎｅｅａｏｓｗｉｘｒｌｓｒｏｓｉａｔｏｈｔｂｌｙｏｅｇｄｈｒｆｒｈｉｄｅｉｕｍｐｃｓｎｔｅｓａｉｔｆｔｒ，ｔｅｅｏｅｔｅｗｎｉｈｉｔｒｉｅｇｎｒｔｒｓｅｅｕｐｅｉＶｆｗｏｔｇｕｂｎｅｅａｏｓｍｕｔｂｑｉｐｄｗｔＬＲＴｌｖｌｅｈｏａ
继续保持并网运行，而低电压穿越能力对于风电机
组能否保持并网来说至关重要。低电压穿越（ｗ１ｏｖｈｇｉｅｔｒｕｈＬＲ：网电压跌落时，电ｏａｅｒ —ｈｏｇ，ＶＴ）电ｄ风场须维持一定时间与电网连接而不解列，至要求甚风电场在此过程中能提供无功以支持电网电压的恢复。双馈感应式风力发电机（ｏｂｙｆｄｉｄｃｉｄｕｌ—ｅｕｔｎｎｏ

计及Crowbar投入时间影响的双馈感应风力发电暂态全过程研究

Vna624 Nn66uln02020第24卷第6期2022年6月电机与控制学报Electri o Machinec and Control计及Crewbae 投入时间影响的双馈感应风力发电暂态全过程研究孙丽玲，尹思杰（华北电力大学电气与电子工程学院，河北保定071403）摘要：针对撬棒（Crowbar ）保护的双馈感应风力发电机（DFIG ）暂态特性分析，常规研究为简化求解过程，均认为故障发生时Crowbar 保护瞬间投入，忽略了不同程度的Crowbar 动作延时，对DFIG 暂态过程的精确分析造成一定影响。

为此，对计及撬棒保护投入时间影响的双馈感应风力发电机暂态全过程进行了详细分析，依据故障特征及Crowbar 保护动作情况将电网电压故障全过程分为三个阶段进行研究：第一阶段为故障发生，定子电压跌落，但Crowbar 保护尚未投入；第二阶段为经过短暂的延时，Crowbar 保护投入，同时转子侧换流器封锁；将电网电压恢复后的动态响应作为第三个阶段。

仿真结果表明，随着Crowbar 保护投入延时的增加，DFIG 的瞬态性能将恶化；在设置Crowbar 电阻时，应考虑故障全过程中转子电流的最大值并计及Crowbar 保护投入延时的影响。

关键词：双馈感应风力发电机;Crowbar 保护；暂态特性;动作延时；故障电流；动态过程DOI ：10.15938/j .emo. 2022. 06. 002中图分类号:TM 614 文献标志码:A 文章编号：1007-449X （2020）06-0009-07Reseerch on trensieef full precess of doubly-Ced induction generetoeconsitering Crewbae pretection insertionSUN Li-lina, YIA Si-jic（School of Electricoi and Electrobio,Norti China Electric Power University,Baodina 071403,China ）AbsUcc-： Aiming at Crowbar protection transieri charactebsticr analysiu of doublyWC indnction nererator （DFIG ） , in OTOer ta simplim tie solvina pmu tie convertionai reserrcO consineD tiat Cowbar pro tection is instantaneonc inpnt wher tie fanti occoo, ionoOna tie Cowbar action dCay witi dimerert de C dcs , whicO hac a ceOain e ffect on tie precisu analysiu of DFIG transieri pd —s /CoIveqnertly, tietransieri whote process of donnly-fer mnnction w —V turbine , which tdies inte account tie mpnt time of Crowbar protection , is analyzer in detail- The whote process of gbf voltaae faait wac divifer into threestaaes accorbina ta tie faait cOaractebstict and Crowbar protection action. Cn tie first sta-e , tie faait oo- correr and the stator volta-e doppS , bi the Crowbar protection was not pi into oneration ； in the seo-ond staee , after a short dCay, tie Crowbar protection was pi inte oneration and tie conveder at tie rotor siOe was blocOer ; tie dyaamio res/onse after tie power gOO voltaee recoveo was taner as tie third staae- The simulation results show that, with tie incodse of Crowbar protection mpnt dSay , tie transiertpeOomianco of DFIG deteOorates. Wher sethna tie Cowbar resistanco vo I uo , tie mdxirmim vo I uo of tie otor corrent in tie whole process of tie fanlt is consiOered and tie effect of tie Crowbar inpnt delaa is al so taner into consiOemtion.收稿日期：2215 -29 -20基金项目：国家自然科学基金（51277277）作者简介：孙丽玲（1972—），女，博士，副教授，研究方向为大型电机状态监测与故障诊断；尹思杰（1999—），男，硕士研究生，研究方向为双馈风力发电系统运行。

基于撬棒保护的双馈风电机组动态特性分析

行，这种故障期间保持不间断运行的能力，被称为低
电压穿越能力（low voltage ride through，LVRT）。当电
网发生严重故障时，多通过采用Crowbar保护电路（撬
棒电路）来保护转子侧变流器。在过流时触发开关，将
［1-2］
转子侧变流器旁路从而保护电力电子器件。
撬棒保护投退的时间对LVRT影响较大。投入
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第 51 卷第 2 期 2014 年 1 月 25 日
电测与仪表 Electrical Measurement & Instrumentation
Vol.51 No.2 Jan.25,2014
电设备的并网导则，要求电网电压跌落时，能保证在
一段时间内（625ms）风电场连续保持连续不脱网运
算例系统为如图2所示的系统，风电场总的装机容量为10MW，由5台2MW风电机组组成，机端含电容器组；机端电压为690V，经逐级升压至110kV后接入电网，其额定频率为50Hz。定子电阻为0.013pu，定子漏抗为 0.124pu；转子电阻为 0.011pu，相应的漏抗为
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为如下的矢量形式：
’us=r1is+Dψs+jωsψs
ur=r2ir+Dψr+（ j ωs－ωr）ψr
’ψs=Lsis+Lmir
ψr=Lmis+LrIr
（3）（4）
2 含Crowbar的变速恒频双馈发电系统
DFIG在结构上类似于绕线式异步电机，具有定子
和转子绕组，可从定、转子两侧反馈能量，兼有异步发
3.Xi’an Power Transmission Operation Company, Xi’an 710075, China.

双馈感应风力发电机在三相短路故障下暂态电流特性分析

（ＤＦＩＧ），ｔｏｅｖａｌｕａｔｅｄｉｒｅｃｔｌｙｔｈｅｔｒａｎｓｉｅｎｔｃｕｒｒｅｎｔｓｏｆａＤＦＩＧｗｉｎｄｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｕｎｄｅｒａｇｒｉｄｆａｕｌｔｗａｓ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｓｔｕｄｙｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｌｉｎｅｒｅｌａｙｏｆｔｈｅｗｉｎｄｆａｒｍｂａｓｅｄｏｎｄｏｕｂｌｙｆｅｄｉｎｄｕｃｔｉｏｎｇｅｎｅｒａｔｏｒ
２．江苏省电力公司检修分公司，江苏徐州２２１０００）
摘要：为了对并网双馈感应发电机风电场联络线保护进行研究，有必要对电网故障下双馈风电机组的
暂态电流特性进行推导分析。利用双馈发电机定、转子磁链的暂态变化机理，推导了双馈风电机组在远端和
ｖａｌｉｄａｔｅｄｂｙｔｈｅｔｉｍｅ — ｄｏｍａｉｎｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｆｒｏｍｔｈｅｔｒａｎｓｉｅｎｔｍｏｄｅｌｓ．Ｉｎｔｈｅｆａｒｔｅｒｍｉｎａｌｆａｕｌｔ，ｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｇｒｉｄｖｏｌｔａｇｅｄｒｏｐｗａｓｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄ．Ｉｎｔｈｅｎｅａｒｔｅｒｍｉｎａｌｆａｕｌｔ，ｂｙｐａｓｓｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｏｆｔｈｅａｃｔｉｖｅＣＲＯＷＢＡＲｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｗａｓ

双馈风力发电系统故障特性及保护策略研究的开题报告

双馈风力发电系统故障特性及保护策略研究的开题报告一、研究背景随着全球对清洁能源的需求不断增加，风力发电作为一种清洁、可再生、广泛分布的能源形式，受到了越来越多的关注。

而目前在风力发电领域中，双馈风力发电系统已经成为比较主流的技术路线之一。

它具有转子功率和风速之间的自适应特性，设备可靠性较高，并且价格较为实惠。

但是，双馈风力发电系统也存在一些缺陷，主要是系统的故障特性不够明确，这对于风力发电系统的运行和维护带来了很大的困难。

因此，对于双馈风力发电系统的故障特性及保护策略进行研究，具有非常重要的意义。

二、研究目的本研究的主要目的是探究双馈风力发电系统的故障特性及保护策略。

具体来说，本研究将分析双馈风力发电系统中常见的故障类型，对每种故障类型进行分类和描述，以便更好地理解双馈风力发电系统的故障特性。

此外，本研究还将分析现有的双馈风力发电系统保护方法和技术，比较各种保护策略的优缺点，并提出改进和完善的建议，以提高双馈风力发电系统的可靠性和稳定性。

三、研究内容和方法本研究将主要包括以下内容：1. 对双馈风力发电系统中的常见故障类型进行分类和描述，分析各种故障类型的成因和特性。

2. 对现有的双馈风力发电系统保护方法和技术进行系统研究和比较分析，评估各种保护策略的优缺点。

3. 提出改进和完善的双馈风力发电系统保护策略，包括硬件保护和软件保护，以提高系统的可靠性和稳定性。

本研究将采用实验和模拟相结合的方法进行，具体包括以下步骤：1. 收集和整理相关文献资料，了解双馈风力发电系统的基本原理、故障模式和保护方法。

2. 在实验室中搭建双馈风力发电系统的模拟平台，模拟各种故障情况，采集系统数据，分析故障特性。

3. 通过模拟软件对双馈风力发电系统进行仿真分析，比较和评估各种保护策略的性能优缺点。

4. 根据实验和仿真结果，提出改进和完善的双馈风力发电系统保护策略，包括硬件和软件两个方面的保护措施。

四、研究意义和预期结果本研究将有以下意义：1. 对双馈风力发电系统的故障特性进行深入研究，为系统的设计和运维提供参考和指导。

双馈式风力发电机的机电暂态建模_訾鹏_周孝信_田芳_安宁_侯俊贤_张石_陶向宇

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式中：Lss、Lrr 分别为定、转子绕组自感；Lm 为定转子间互感。在机电暂态仿真中，DFIG 轴系特性对电网特性影响可忽略[23]。因此，本文采用单质块等效模型。
Tj
dr Tm Te F r dt

(3)
式中：Tj 为轴系等效惯性时间常数； r 为轴系角速度；F 是为摩擦系数。
0 引言
截止 2012 年底，中国风电装机容量 75945.2MW，已跃居为世界首位[1]。大容量、集中式、远距离是中国风电并网的主要特点。这些特点决定了电网与大型风电场群联系较弱，一旦发生故障，可能造成大量风力机脱网，威胁电力系统的安全稳定[2-3]。如何准确分析风电场接入后，特别是弱电网条件下，风电机组对电网故障的穿越特性已成为电力系统规划、运行分析的关键问题。双馈式风力发电机(doubly-fed induction generator，DFIG)组因良好的经济性和运行特性，已成为主力机型之一。但是，DFIG 定子直接并网，导致机组对电网故障非常敏感，而且在电网故障情况下小功率变频器对机组的控制能力也受到限制[4]，因此，控制保护结构复杂，在不同的运行工况，尤其是电网故障时，DFIG 运行特性有很大不同。风电机组技术变化快，新型机组采用撬棒电阻(crowbar)和卸荷电路 (chopper)，与不采用的机组特性差别大。目前缺乏准确的机电暂态模型，使仿真结果有时偏保守，有时偏乐观，可信度低。因此需要运行中留出较大的安全裕度，成为风电场限电的因素之一。研究适用于大规模风电场接入电力系统的 DFIG 机电暂态模型具有重要实际意义。
(China Electric Power Research Institute, Haidian District, Beijing 100192, China) ABSTRACT: This paper proposed an electromechanical model of the doubly-fed induction generator (DFIG) suitable for bulk system transient stability studies. The suitable model was presented for rotor-side convertor and crowbar, based on the possible operating modes; according to the characteristic of electromechanical transient simulation and physical facilities, the model of grid-side convertor and controller was simplified; the DC-link and chopper were also taken into account; after statistical analysis of mass field data from type test, the low-voltage-ride-through (LVRT) control strategies of crowbar, chopper, and active/reactive power were proposed. Taking Sinovel 1.5MW DFIG as an example, several simulations were performed in power system analysis software package (PSASP). Simulation results show that dynamic response of the proposed model is consistent with field data, owing to the reasonability and accuracy of the model. So, it can be used to analyze the impact of grid-connected large-scale DFIG system on security and stability of power grid. KEY WORDS: doubly-fed induction generator (DFIG); electromechanical transient model; crowbar; chopper; low voltage ride-through (LVRT); power system stability 摘要：建立可用于大型电力系统暂态稳定分析的双馈式风力发电机(doubly-fed induction generator， DFIG)机电暂态模型。详细分析转子侧变流器和撬棒电阻(crowbar)可能的工作模式，提出计及 crowbar 的转子侧变流器和控制器机电暂态建模方法；根据机电暂态仿真和设备参数的特征，研究网侧变流器和控制器的简化建模方法；建立直流电压动态和卸荷电路(chopper)数学模型。基于大量型式实验数据，研究国产 DFIG 在低电压穿越过程中 crowbar、chopper 的控制逻辑和

考虑撬棒的双馈型风场集电线速断保护

电气传动2022年第52卷第7期摘要：汇流集电线故障是并网双馈型风电场最为常见的故障之一。

由于撬棒系统中卸流电阻的影响，双馈风机在汇流集电线发生不对称故障后，其正、负序阻抗将会根据转差率的不同产生不同的特性，从而影响传统自适应电流速断保护的选择性，造成风电机组的大规模误切除，降低双馈型风电场内部的可靠性与并网稳定性。

鉴于此，为了改善双馈型风电场的继电保护性能，基于考虑撬棒动作后的双馈风机阻抗特性，提出了一种适用于35kV 汇流集电线的自适应电流速断保护，并对其具体的整定计算进行了详细的分析。

基于PSCAD 的仿真模型验证了所提保护方法与整定计算的正确性与有效性。

关键词：汇流线路短路故障；双馈型风场；电流速断保护；整定计算；阻抗特性中图分类号：TM28文献标识码：ADOI ：10.19457/j.1001-2095.dqcd22194Instantaneous Protection for the Collector Lines of Doubly -fed Wind Farm Considering CrowbarLI Xuhui 1，XIE Baihuang 2，HUANG Xiaoyong 1，XU Yan 3（1.Shangluo Power Supply Bureau ，State Grid Shaanxi Electric Power Company ，Shangluo726000，Shaanxi ，China ；2.Control Center ，Shaanxi Power Supply Bureau ，Xi 'an 710048，Shaanxi ，China ；3.Department of Electric Power Engineering ，North ChinaElectric Power University ，Baoding 071003，Hebei ，China ）Abstract:The collector line short-circuit fault is one of the most common faults for the grid-connected doubly-fed wind farms.Because the introduction of the crowbar discharge resistor ，after the unsymmetrical faults of the collector line ，the positive and negative sequence impedances of DFIG will produce the different characteristics according to the different slip rate.Then the selectivity of the traditional adaptive instantaneous overcurret protection is affected and a good deal of DFIGs may be cutted off incorrectly ，the internal reliability and grid-connection stability of the doubly-fed wind farm are reduced.In view of the above situation ，an improved adaptive instantaneous overcurret protection （IAIOP ）based on the impedance characteristics of the crowbar circuit was proposed for the 35kV collector line to improve the protection performance of the doubly-fed wind farm.Meanwhile ，the setting calculation of the proposed IAIOP was also analyzed in detail.The correctness and effectiveness of the proposed protection method and setting calculation were validated by the simulation model in the PSCAD.Key words:short-circuit fault of the collector line ；doubly-fed wind farm ；instantaneous overcurret protection ；setting calculation ；impedance characteristics基金项目：国家自然科学基金项目（51307059）作者简介：李旭辉（1977—），女，本科，副高级工程师，Email ：通讯作者：徐岩（1976—），男，博士，副教授，Email ：考虑撬棒的双馈型风场集电线速断保护李旭辉1，谢百煌2，黄晓勇1，徐岩3（1.国网陕西省电力公司商洛供电公司，陕西商洛726000；2.国网陕西省电力公司调控中心，陕西西安710048；3.华北电力大学电力工程系，河北保定071003）作为目前技术最为成熟、经济效益最高的可再生能源[1-2]，风电系统的应用得到了能源可持续发展研究领域的广泛关注。

论双馈风电机组故障行为及对电力系统暂态稳定性的影响

论双馈风电机组故障行为及对电力系统暂态稳定性的影响摘要：双馈风机电阻的故障行为是指在故障穿越的过程中，风电机组自身通过有功功率、无功功率、有功恢复等方式进行的机组控制，以促使机组稳态运行。

本文将结合目前双馈风电机组的故障穿越来对其故障行为进行论述，并从中深刻分析其对电力系统暂态稳定性所产生的影响，同时结合技术手法，归纳出针对所造成影响的解决策略。

关键词：故障穿越；机组控制；发电机转子轨迹；系统惯性前言随着技术发展，双馈风电机组的故障穿越技术已经不能够选用传统的矢量控制方式来实现。

在非正常电压下，电网电压一旦出现跌落，矢量控制方式就无法对系统完全耦合做出保障，因此在充分考量了励磁电流的动态过程之后，现代技术选用前馈定子电压作为瞬态补偿从而使转子侧电流变换器得到控制的前馈瞬态电流控制技术，来满足现代双馈风电机组的故障穿越。

一、双馈风电机组的故障行为（一）双馈风电机组的故障有功控制在故障发生的过程中，双馈风电机组为了进行系统控制，会表现出有功控制的故障行为，这种有功控制的现象可以通过负电阻的等值电路图进行表示，并需要利用送电系统当中的发电机输出功率进行计算。

计算中，首先要将发电机自阻抗和互阻抗联立，从而借由自阻抗和互阻抗角度求得自阻抗虚部和双馈风电机组的有功功率。

通过计算本文发现，在故障行为中，双馈风电机组的自阻抗虚部与有功功率定值呈现平方负相关关系，实部绝对值则与有功功率呈正相关关系。

（二）双馈风电机组的故障无功控制在双馈风电机组发生故障时，故障行为中单端送电系统会对同步发电输出中的功率电阻产生一定影响，对单端送电系统的同步发电机输出功率进行计算后可以发现，单端送电系统的同步发电输出功率是双馈风电机组无功功率的单调增函数，且在故障期间会表现出无功功率定值不断增大且使得功率曲线出现明显的拉伸变化，并在一定程度上减小了加速面积。

（三）双馈风电机组故障清除的有功恢复在故障清除之后，双馈风电机组会形成有功恢复的故障行为，其计算方式与有功控制相似，结果中自阻抗虚部与双馈风电机组有功功率、自阻抗实部与双馈风电机组有功功率的定值相关关系与前者相同。

双馈风电机组故障电磁暂态响应特征提取研究

电气传动2023年第53卷第9期ELECTRIC DRIVE 2023Vol.53No.9摘要：双馈风电机组组成复杂，其检修运维难度较大。

由于故障电磁暂态特性相对较复杂，其提取质量直接影响双馈风电机组故障检测结果的可靠性。

针对单一故障提取的局限性，研究一种双馈风电机组故障电磁暂态响应特征提取方法。

利用暂态录波仪采集双馈风电机组故障电磁暂态响应信号并实施去噪和放大处理，采用经验模态分解法（EMD ）分解暂态响应信号，得到若干图像形成模型（IFM ）分量，从中提取能量熵、峭度以及中心频率3个特征并实施特征归一化处理。

结果表明，无故障的双馈风电机组电磁暂态响应信号样本测得的能量熵在0.9以内，峭度在0.1以内，中心频率在0.012～0.016之间，与其他4组样本特征值相比更小，说明故障信号与正常信号的特征存在明显差别，为该研究提供了可靠依据。

关键词：双馈风电机组；故障电磁；暂态响应信号；经验模态分解法；特征提取中图分类号：TP231.23文献标识码：ADOI ：10.19457/j.1001-2095.dqcd24471Research on Feature Extraction of Fault Electromagnetic Transient Response of DFIG YANG Xiaochu 1，WANG Guanwen 1，LUO Guogan 1，XU Shipeng 1，ZHANG Dingwang 2（1.Shanghai Energy Technology Development Co.，Ltd.，Shanghai 200233，China ；2.School of Mechanicaland Power Engineering ，Shanghai Jiao Tong University ，Shanghai 200240，China ）Abstract:The composition of the double-fed induction generator （DFIG ）is complex ，and its operation and maintenance are difficult.Due to the relatively complex electromagnetic transient characteristics of the fault ，the extraction quality directly affects the reliability of the fault detection results of the DFIG.Aiming at the limitations of single fault extraction ，a fault electromagnetic transient response feature extraction method for DFIG was studied.The transient wave recorder was used to collect the fault electromagnetic transient response signal of the DFIG and implemented noise elimination and amplification processing.The transient response signal was decomposed by the empirical mode decomposition （EMD ）method ，and several image formation model （IFM ）components were obtained ，from which energy entropy ，kurtosis and center frequency were extracted and normalized.The results show that the energy entropy measured by the electromagnetic transient response signal samples of the fault-free DFIG is within 0.9，the kurtosis is within 0.1，and the center frequency is between 0.012and 0.016，which is smaller than the eigenvalues of the other four groups of samples ，indicating that there are obvious differences in the characteristics of fault signals and normal signals ，which provides a reliable basis for this research.Key words:double-fed induction generator （DFIG ）；fault electromagnetic ；transient response signal ；empirical mode decomposition （EMD ）method ；feature extraction基金项目：上海能源科技发展有限公司2021年度科技项目（CPIPEC-KJXM-2021-050）作者简介：杨晓初（1985—），男，博士，主要研究方向为风力发电机组故障诊断，Email ：******************双馈风电机组故障电磁暂态响应特征提取研究杨晓初1，王冠文1，罗国甘1，许世朋1，张丁旺2（1.上海能源科技发展有限公司，上海200233；2.上海交通大学机械与动力工程学院，上海200240）面对逐渐增长的人口发展趋势，能源紧缺已经成为一种常态，传统的电力供应逐渐无法满足人们的需求。

电网故障下双馈感应风力发电机组的暂态运行性能研究的开题报告

电网故障下双馈感应风力发电机组的暂态运行性能研究的开题报告一、选题背景风力发电是清洁能源的重要来源之一。

在风力发电系统中，双馈感应风力发电机组是一种常见的类型。

在电网故障发生时，由于电力系统瞬间电压下降，风力发电系统的暂态运行性能将受到影响。

因此，研究双馈感应风力发电机组在电网故障下的暂态运行性能，对于提高风力发电系统的稳定性和可靠性具有重要的意义。

二、研究目的和意义本文的研究目的是通过建立双馈感应风力发电机组的数学模型，分析在电网故障发生时双馈感应风力发电机组的暂态响应过程，探究其暂态运行性能。

具体研究内容包括：1. 建立双馈感应风力发电机组的数学模型。

2. 分析不同类型电网故障对双馈感应风力发电机组的暂态响应过程的影响。

3. 探究双馈感应风力发电机组在电网故障下的功率响应、电压响应和转速响应。

4. 通过仿真分析，评估双馈感应风力发电机组在电网故障下的暂态运行性能。

本文的研究意义在于提高风力发电系统在电网故障下的稳定性和可靠性，为风力发电技术的进一步发展提供技术支持。

三、研究方法本文采用建模仿真的方法研究双馈感应风力发电机组的暂态运行性能。

具体方法包括以下几个步骤：1. 建立双馈感应风力发电机组的数学模型，包括机械系统模型、电磁系统模型和功率控制系统模型等。

2. 采用Matlab软件对双馈感应风力发电机组的数学模型进行仿真分析。

3. 分析不同类型电网故障对双馈感应风力发电机组的暂态响应过程的影响。

4. 探究双馈感应风力发电机组在电网故障下的功率响应、电压响应和转速响应。

5. 评估双馈感应风力发电机组在电网故障下的暂态运行性能。

四、研究计划1. 第一阶段：确定研究内容和研究方法（1个月）。

2. 第二阶段：建立双馈感应风力发电机组的数学模型（2个月）。

3. 第三阶段：分析不同类型电网故障对双馈感应风力发电机组的暂态响应过程的影响（2个月）。

4. 第四阶段：探究双馈感应风力发电机组在电网故障下的功率响应、电压响应和转速响应（2个月）。

双馈风力发电机组撬棒电路保护技术的研究

由于目前多数风机尚不具备 LVRT 能力，故障发生时，为保护机组安全和不影响电网电压恢复，一般选择切出风电机组。但由于风电有功出力较多，故障发生时切出风机将使系统损失大量有功出力，导致频率下降，甚至出现甩负荷的严重事故 [1] 。此处着重研究当电网电压出现大幅跌落时，双馈电机（ DFIG ）撬棒保护电路中电阻的取值范围和投切时机的整定，以及其他影响撬棒电路保护效果的因素，为撬棒电路在 LVRT 技术中更好的应用奠定理论基础。
随着rcrow升高转子故障电流分量衰减的也撬棒电路在08s电网电压恢复前切出时在变流器控制下dfig会向电网注入一定量的有功和无功功率以帮助电网电压快速下转50第45卷第8期2011年8月电力电子技术powerelectronicsvol45no8august2011拓扑结构对海上风电场并网vschvdc进行了仿真通过检测三相交流电流方向及直流侧上下两电容差值正负的方式保持电容电压平衡
Ψs= Ψsdc+ Ψsac≈Ψsdc ，
Ψr= Ψrdc+ Ψrac≈Ψrac
（1 ）
DFIG 定、转子磁链方程 [3] 为： Ψs=- （ Lm+ Lls ） is+ Lmir′， Ψr′=- （ Lm+ Llr ） ir′- Lmis （ 2 ）由式（2 ）可得定、转子电流为： ≈ is= -（Lm+ Lls ）Ψs+LmΨr′2 ≈ -Ψs+Ψr′ ≈ （Lm+ Lls ）（Lm+ Llr ）-Lm Lls+ Llr （3 ） ≈ （ L Ψ m+ Lls ）Ψr ′-LmΨs r ′ - Ψs ≈ i r ′= ≈ Lls+ Llr ≈ （Lm+ Lls ）（Lm+ Llr ）-Lm2