故障电网下双馈风电系统运行技术研究综述_年珩

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不对称故障下双馈风电机组低电压穿越性能提升方法研究中期报告

不对称故障下双馈风电机组低电压穿越性能提升方
法研究中期报告
中期报告：
本文对于不对称故障下双馈风电机组的低电压穿越性能提升方法开
展了研究。

在前期的工作基础上，本研究采用了以下方法：
1. 改进模型：在前期的研究中，本文建立了基于双馈风电机组机械
模型、电磁模型和控制模型的系统仿真模型。

而在本期研究中，为了更
好地模拟不对称故障对风电机组低电压穿越性能的影响，本文对仿真模
型进行了改进。

2. 研究思路：本期研究的思路是，通过控制转子电流，在不损害风
电机组质量的前提下，提高其低电压穿越能力。

具体来说，本文研究了
采用相关控制策略，通过调节电容器电压使得转子电流保持稳定以保障
发电机正常运行，从而提高低电压穿越能力的实现方法。

3. 初步结果：本期研究进行了一定的模拟实验，并取得了一定的初
步成果。

实验结果表明，本文提出的低电压穿越性能提升方法可以有效
提高双馈风电机组的抗低电压穿越能力。

同时，本文对不对称故障下的
风能系统的稳定性、控制以及应急控制等方面进行了一定的研究。

未来展望：
在未来的研究中，本文将重点研究不对称故障对于风能系统的影响，并探索更加有效的低电压穿越性能提升方法。

同时，可以考虑实验验证，进一步验证本文研究的有效性，并结合实际应用情况，对针对于国内外
风电行业而言有一定实际应用的技术进行集成创新和优化。

双馈风力发电机故障穿越关键技术综述

双馈风力发电机故障穿越关键技术综述摘要：在我国进入21世纪快速发展的新时期，人们的生活质量在不断提高，对于电力的需求在不断加大，随着风力发电机并网运行容量的增加，其故障穿越关键技术的研究越显紧迫。

而双馈风力发电机是风电市场主流机型之一。

因此，科研人员对双馈风力发电机故障穿越关键技术进行了大量的研究。

文中综述了上述穿越技术研究的现状。

首先从简单介绍双馈风力发电机的基本理论入手，先后介绍了双馈风力发电机故障穿越机理分析现状以及双馈风力发电机故障穿越不同方法的优缺点并进行了总结和分类，最后对双馈风力发电机故障穿越分析和技术进行了展望和总结。

关键词：风力发电；双馈感应电机；故障穿越；保护引言双馈风力发电机（DFIG）系统的功率变换器通过集电环和电刷接在发电机的转子回路，仅对发电机的转差功率进行变换，因此变流器额定功率仅为发电机额定容量的三分之一左右，这是双馈风力发电机的优势；另外，双馈风力发电系统还可以通过矢量控制对发电机输出的有功功率和无功功率进行解耦控制，使系统运行在单位功率因数下，以降低系统的损耗.然而，正因为双馈风力发电系统变流器容量小的缘故，使它对电网故障相当敏感，也使得它对电网故障的抵御能力比全功率直驱风力发电系统差.研究表明，当电网电压跌落到一定数值时，如果不采取任何措施，DFIG风力发电系统将会从电网中解列开来.这对风力发电所占比例不高的电力系统来说是可以接受的.然而，对风电渗透较高的电力系统来说，就会造成电网电压和频率的控制难题，更严重的情况是使系统崩溃.1双馈风电机组的基本结构和工作原理随着双馈风电系统在风电场的实际选择中较为受欢迎，因为场合的不同，对其需求也就不同，所以，双馈风电系统的并网拓扑结构就变得多样化。

市面上的主要形式包括交流直接并网和采用额外全控变流器并网。

本节主要介绍了双馈风力发电机组的典型拓扑结构框图。

主要包含的电气部件有双馈电机、变流器、变压器、Choppe：保护电路和并网主接触器等。

电网故障下双馈感应式风力发电系统的无功功率控制策略分析

电网故障下双馈感应式风力发电系统的无功功率控制策略分析作者：朱黎来源：《智富时代》2019年第02期【摘要】双馈感应式风力发电机已逐步成为风力发电的主流机型，通常情况下双馈感应式发电机组采用单位功率因数运行的无功功率控制策略。

电网发生故障后会导致发电机端电压下降，此时传统的单位功率因数运行方式可能无法保持系统稳定运行，需要风力发电场向系统提供无功功率以帮助系统恢复稳定运行。

文中以一座由双馈感应式风力发电机组成的9MW风电场为例，在电网电压下降为正常水平15%的情况下，分别对保持单位功率因数运行和利用网侧变换器进行无功补偿的控制策略进行了仿真分析，仿真结果表明，故障清除后通过双馈感应式风力发电机的网侧变换器对电网进行无功支撑可以明显增强系统恢复稳定运行的能力。

【关键词】电网故障；双馈感应式；风力发电系统；无功功率控制风力发电以其无污染和可再生性，日益受到世界各国的广泛重视，近年来得到迅速发展采用双馈电机的变速恒频风力发电系统与传统的恒速恒频，风力发电系统相比具有显著的优势如风能利用系数高能吸收由风速突变所产生的能量波动以避免主轴及传动机构承受过大的扭矩和应力以及可以改善系统的功率因数等变速恒频双馈风力发电系统的核心技术是基于电力电子和计算机控制的交流励磁控制技术。

尽管可采用理论分析和计算机仿真对变速恒频风力发电系统控制技术进行研究，然而由于仿真模型及其参数的非真实性和控制算法的非实时性仿真研究，往往难以代替模拟系统的试验研究。

本文在分析双馈电机运行原理和励磁控制方法的基础上设计和构建了基于 80C196MC 单片机的 VSCF 双馈风力发电机的励磁控制试验系统并对其控制技术进行了系统的试验研究。

一、风力发电仿真环境本文针对图1所示的风力发电系统进行仿真，系统中存在3个电压等级：575 V、25kV、120kv，分别对应发电机输出电压、配电网电压，远距离输电网电压。

风力发电场由6台1.5 Mw，的双馈感应式变速恒频发电机组成。

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：为保证双馈风力发电机组安全稳定的运行，本文在概述双馈风力发电机组工作原理及结构的基础上，分析了双馈风力发电机组故障及相应的处理措施，并提出了故障的预防措施，以供参阅。

关键词：双馈风力发电机组；故障；处理；防范措施1双馈风力发电机组工作原理及结构1.1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。

1.2双馈风力发电机组结构双馈风力发电机是一种新型的设备，其主要是应用在变速恒频风力发电系统中，其结构与绕线式异步发电机有着较大的相似性。

双馈风力发电机的定子与转子两侧都可以馈送电能，其定子绕组直接与电网连接，而转子绕组是利用双向变流器与电网连接，根据系统运行的要求，对电压幅值、相位以及频率进行调节，从而实现变速恒频运行。

双向变流器是由网测变流器以及机侧变流器构成的，二者具有独立控制的特点，结合双PWM可逆整流控制系统，可以将直流测电容两端的电压保持恒定。

双馈风力发电机组的结构满足了电网自动化并网和运行的要求，但是为了保证电能供给的质量，技术人员还需要对双馈风力发电机组进行不断的优化。

2双馈风力发电机组故障分析及处理措施本文以某省份2135台2MW双馈风力发电机组为例，简要说明双馈风力发电机组常见故障与处理措施。

2.1双馈发电机振动故障分析与处理发电机是风力发电系统中进行能量转换的主要器件，但在长时间运行下，过大的振动会导致发电机零件损坏，轴承断裂，电机飞车，甚至导致滑环与碳刷之间打火放电等故障，不仅影响风力发电系统的稳定性，而且还会危及人身的安全。

双馈风力发电控制技术的分析与研究

双馈风力发电控制技术的分析与研究【摘要】我国是世界上风能资源储量最高的国家，同时也是世界上较早开发利用风能资源的国家，但是风电控制技术与国外先进水平间还存在较大的差异，大部分核心控制器件仍然是从国外进口，这极大地制约了我国风电事业的发展。

基于此，本文笔者在对双馈风力发电原理进行阐述的基础上，深入探讨了双馈风力发电的控制技术。

【关键词】双馈风力发电控制技术矢量控制空载牵入电网发电机运行统计显示，如果风能资源开发利用率达到60%，仅风力发电一项就能满足我国目前全部的电力需求。

但我国风力发电仍然处于初级阶段，核心技术多是从国外买进，风机控制技术远远落后于世界发达水平，因此这就要求我们从风力发电的基础理论出发，对双馈风力发电控制技术进行研究，从而研发出适合我国环境的具有自主知识产权的产品。

1 双馈风力发电机的原理双馈风力发电机的定子绕组直接和电网连接，转子绕组通过双PWM变流器和电网相连接，其定子和转子都能够输入或输出能量。

双馈风力发电机的定子电压和频率为固定值，而转子电压频率则由双PWM变流器控制。

双馈风力发电机的功率是可以双向流动的，其运行方式主要包括如下三种：（1）当发电机转差率0时，发电机处于亚同步速状态，此时转轴上的机械功率小于定子侧的电磁功率，电网必须通过变流器给转子侧提供能量，使其与转轴上的机械功率的和等于定子侧的电磁功率，能量通过定子侧馈送给电网。

2 双馈风力发电机牵入电网的方式相较于直流励磁同步发电机和异步发电机，双馈风力发电机的并网过程存在特殊之处。

当采用交流励磁之后，能够根据电网电压和发电机的转速调节励磁电流，还能把输出的电压运行调整使其达到并网要求，这样就实现了变速条件下的牵入电网。

双馈风力发电机牵入电网的方式主要有以下几种：（1）空载牵入电网方式。

并网前，双馈风力发电机空载，即在定子侧不带负载，调节双馈风力发电机定子电压，使其与电网电压在幅值、频率和相位上保持一致。

此种控制策略实现简单且原理清晰，是一种理想的控制方案。

双馈风力发电系统控制技术研究

双馈风力发电系统控制技术研究摘要：近年来，伴随社会各界对可再生能源重视程度的不断加深，并以此为契机，大力发展以风力发电为代表的新能源发电技术，风电场规模不断扩大，国家对风电机组的并网运行也提出了更高的要求。

双馈型风力发电系统以其独有的的优越性成为了新时期发电领域研究的热点，虽然在技术上双馈型风力发电系统是具有较大优势的，但在实际应用过程中依然存在故障问题，易造成双馈型风电机组短路。

基于此，本文将首先分析双馈型风力发电系统的特点，再对双馈型风电机组短路电流的特性进行分析，旨在探讨双馈风力发电系统控制技术，以有效推动风力发电产业发展。

关键词：双馈发电机；风力发电；控制技术在能源资源短缺以及环境污染严峻的双重压力下，使人类认识到开发可再生新能源是实现可持续发展的必由之路。

目前，人们认识到的除水电以外的可再生新能源中，风力发电技术是当前新能源发电中最具潜力、技术最成熟和最具备开发规模的发电方式之一，风力发电技术越来越得到社会各界的广泛重视。

双馈型风力发电机作为风力发电系统的翘楚，具有灵活的的有功和无功功率调节能力，此文章主要针对双馈型风力发电系统控制技术进行深入研究。

1.双馈型风力发电系统的特点常规的同步发电机一般采用直流励磁方式，二异步发电机无励磁绕组，其激磁一般是通过定子取自电网，普通异步风电机组的转子绕组主要通过外接电阻闭合或直接短接，一般为三相对称绕组。

与同步发电机相比，没有单独的励磁绕组，当机端三相短路后机端电压降低至接近于零，电机由于无外加励磁，定子电流将逐渐衰弱，稳态路电流最终将衰竭至零。

伴随信息技术的不断发展，人们在不断找新途径解决电力系统稳定的方法的时候，提出了采用交流励磁发电代替常规同步发电机的设想，并且很快将该设想付诸实践，也就是后来的双馈型风力发电机。

双馈型发电机是在同步发电机和异步发电机的基础上发展而来的，是一种新型的发电机，该发电机从定子侧角度看，交流励磁发电与同步发电机的直流励磁在电机气隙中形成的同步磁场的旋转方式是一致的；但是从能量流动的角度来看，交流励磁发电机与直流励磁发电机相比，其可调量有三个：（1）励磁电流幅值（2）频率（3）相位。

双馈风电系统并网问题研究

双馈风电系统并网问题研究发布时间：2022-09-12T02:14:11.971Z 来源：《中国电业与能源》2022年9期作者：姜坤[导读] 随着新能源发电产业的快速发展，风电在能源供给的地位日渐重要，其中基于双馈感应电机的风电系统凭借其变流器容量小、运行控制灵活的优点成为了风电系统的重要机型。

姜坤中节能风力发电（河南）有限公司 475500【摘要】随着新能源发电产业的快速发展，风电在能源供给的地位日渐重要，其中基于双馈感应电机的风电系统凭借其变流器容量小、运行控制灵活的优点成为了风电系统的重要机型。

风电机组并网运行时的稳定性，是确保机组性能发挥的关键。

本文针对双馈风电系统并网开展研究，力求为提高系统稳定性提供参考和借鉴，为风电机组持续发展提供重要的技术保障。

【关键词】双馈风电系统；并网；稳定性当前包括风电在内的可再生能源发电系统已经成为了电力网络中的重要组成，我国未来风电产业的进一步扩大发展，将导致风电机组并网容量不断增大，电力系统风电占比进一步提高。

因此，保证风电机组可在实际复杂的电网环境下实现稳定、高效的并网运行是大规模风电并网电网消纳的关键基础。

一、双馈风电系统双馈风电机组采用绕线式感应发电机，定子绕组直接连接电网，转子绕组通过双馈变流器与电网实现柔性连接，两个端口均可对电网进行能量馈送，因此这种感应电机通常称为双馈感应发电机(Doubly-Fed Inducution Generator，DFIG)，双馈机组则被称为DFIG机组。

双馈变流器负责提供电机励磁、调节电磁转矩，通过向电网馈送滑差功率实现发电机变速运行，其中转子侧变流器负责电机励磁及发电机有功、无功的柔性控制，网侧变流器一方面维持直流母线电压的恒定，从而将滑差功率馈送至电网，另一方面可根据自身运行状态调节网侧功率因数。

由于双馈风电机组中变流器只负责调控滑差功率，而DFIG电机转差通常在额定转速的±1/3范围内运行，因此变流器容量只需为发电机额定容量的1/3。

双馈异步风力发电系统穿越电网故障运行研究

双馈异步风力发电系统穿越电网故障运行研究一、本文概述随着全球对可再生能源需求的持续增长，风力发电作为其中的一种主要形式，正在全球范围内得到广泛的应用和深入研究。

双馈异步风力发电系统（Doubly Fed Induction Generator, DFIG）作为风力发电技术中的一种重要形式，因其高效率、高可靠性以及良好的电网适应性等特点，在风力发电领域占有重要地位。

然而，随着电网规模的扩大和电力电子设备的广泛应用，电网故障的发生概率也在不断增加，这对双馈异步风力发电系统的稳定运行提出了更高的挑战。

本文旨在深入研究双馈异步风力发电系统在电网故障下的穿越运行能力，分析其在电网故障过程中的动态行为，探讨其故障穿越策略，以提高双馈异步风力发电系统在电网故障下的稳定性和可靠性。

本文首先对双馈异步风力发电系统的基本原理和特性进行概述，然后详细分析电网故障对双馈异步风力发电系统的影响，接着探讨双馈异步风力发电系统在电网故障下的穿越运行策略，最后通过仿真和实验验证所提策略的有效性。

本文的研究不仅有助于深入理解双馈异步风力发电系统在电网故障下的运行特性，而且可以为双馈异步风力发电系统的设计和优化提供理论支持和实践指导，对于提高风力发电系统的整体性能和稳定性，促进可再生能源的发展具有重要的理论和现实意义。

二、双馈异步风力发电系统基本原理双馈异步风力发电系统（Doubly Fed Induction Generator，DFIG）是一种在风力发电领域广泛应用的技术。

其基本原理基于异步发电机和电力电子转换器的结合，使得风力发电机能够在风速变化的条件下，保持稳定的输出功率，并且有效地与电网进行能量交换。

DFIG主要由风力机、异步发电机和背靠背变换器（Back-to-Back Converter）三部分组成。

风力机负责将风能转换为机械能，驱动异步发电机旋转，进而产生电能。

而背靠背变换器则负责将发电机产生的电能进行转换和控制，使其适应电网的需求。

双馈风力发电系统运行控制技术研究及其监控系统设计的开题报告

双馈风力发电系统运行控制技术研究及其监控系统设计的开题报告一、研究背景和意义：双馈风力发电系统是目前应用最广泛的大型风力发电技术之一，具有转速调节范围广、启动性能好、稳定性高等特点，已成为海上风电和陆上风电开发的主要选择。

随着风力发电装机容量的不断增加和运行环境的复杂化，如何保证双馈风电系统的安全、稳定运行，成为当前发电领域需要研究解决的问题之一。

另外，能够有效地对双馈风电系统进行实时监控与远程管理，将能够提高其运行效率、延长风机的使用寿命，降低维护成本，具有重要的现实意义。

二、研究目的和内容：本研究旨在探究双馈风力发电系统运行控制技术，并设计一套相应的监控系统。

其中，研究内容主要包括以下几个方面：1. 针对双馈风力发电系统的特点，设计最优的运行控制策略，在保证发电机的输出功率和稳定性的基础上，还需要考虑发电机系统的安全性和可靠性。

2. 利用传感器，采集风机的运行数据，包括风速、温度、湿度、湍流强度等运行参数，实现对风机运行状态的实时监测。

3. 构建基于物联网技术的风力发电数据云平台，实现远程控制、管理及故障诊断等功能，提高风力发电系统的性能和可靠性。

三、研究过程和方法：1. 获取双馈风力发电系统的技术参数和运行规律，了解其运行特点和存在的问题。

2. 分析不同的双馈风力发电系统控制方法，选择适用于该系统的最优方案，设计控制逻辑和算法。

3. 根据所采集的数据建立改进的风机运行状态检测模型，构建监控系统。

4. 利用物联网技术实现整个系统的远程通信和管理，监测风力发电系统的运行状态，并实现数据云端存储和分析。

四、研究预期结果和意义：1. 设计出一套能够高效、智能地对双馈风力发电系统进行运行控制的方案和监控系统，具有可靠性高、维护成本低等优点。

2. 通过数据管理和云端存储，在提高风力发电系统运行效率的同时，能够对其运行状态进行全面、可视化的监测，为后续的管理和优化提供基础数据和指导建议。

3. 该研究在实践中探索并应用了先进的物联网技术，在风力发电系统的智能化建设方面具有一定的参考价值和借鉴意义。

电网故障下风力发电双馈机组系统运行技术研究综述

电网故障下风力发电双馈机组系统运行技术研究综述陈佳伟国家电投东北新能源发展有限公司辽宁省沈阳市 110000摘要：本文基于笔者多年研究经验，重点阐释了电网故障下风力发电双馈机组系统运行技术研究综述。

为同行提供建设性意见。

关键词：故障；电网；双馈风电；系统运行0引言风电作为我国清洁能源主要载体和国民经济发展能源动力主体因素之一，已经得到党和国家的高度重视。

其中如何促进风电行业在工程运用与科学研究上的协调发展。

在能源布局上形成合理配比成为当今的时代命题。

根据行业通报，甘肃玉门风电场、宁夏贺兰山风电场等大规模风电场都发生过不同程度的脱网事故。

所以如何运用电网故障下风力发电双馈机组系统运行技术克服风电场的集中接入带来的运行不稳定与局部冲击是本文重点探讨对象。

1双馈风电变流器运行技术导向1.1不脱网运行技术风电机组故障穿越式运行是行业发展由来已久的研究对象。

在该方面的早期研究中主要探讨了低电压穿越方面。

美国是要求在任何外部环境影响下的并网点电压跌落至15%额定值后相应风电机组能够持续并网运行625 ms之久不脱网。

澳大利亚更是提出120ms不脱网全面实现零电压穿越的技术极限。

我国因为国情所限，相对来说技术较为保守，以稳定和安全为前提的风电机组运行要求在20%的机端电压前提下实现至少625ms的不脱网连续运行。

其次在电压骤降和骤升的常见电网故障分析研究方面，根据某年甘肃酒泉风机脱网事故记录可以看出，局部无功过剩以及相关元器件保护装置失效诱发的电压骤升故障最终促使了54%的风机不同程度响应了电压保护的脱网。

所以欧美等先进国家已经开始将高电压穿越(high voltageride through，HVRT)要求纳入相关行业的并网规范准则中，全面确保安全。

真实环境下的电网运行当中，常见的大功率设备启动运行和局部电网短路等故障都会伴随响应的频次进行发生的。

多重因素诱导下的电压短时骤降在真实电网运行过程中较为突出，相关文献指出，多重因素诱导下的双馈风力发电机转子过电压峰值情况的出现一般会在电压骤变后第一个周期内进行出现。

电网不对称故障下双馈风力发电机组穿越控制的研究

电网不对称故障下双馈风力发电机组穿越控制的研究苏平;付纪华;赵新志;翟来;刘军;党琦【摘要】Based on the effect of the asymmetric grid voltage on DFIG and the positive and negative sequence mathematical model of DFIG, this paper analyses the composition of output active and reactive power of the DFIG stator and the generator electromagnetic torque under asymmetrical grid-voltage condition. Considering the effect on stator side active and reactive power, electromagnetic torque, and DC side voltage caused by the negative sequence current, a current positive sequence component tracking control strategy is proposed, and the positive and negative sequence components of grid voltage are processed separately both in the rotor side converter control and the grid side converter control. Hysteretic positive sequence current tracking control technology is applied to the rotor side converter, which achieves a current non-poor tracking. Current feedforward control technology is introduced into the inner ring of grid side inverter control, which ensures that negative sequence current is zero, while the outer ring adopts voltage ring to stabilize DC link voltage. Finally, the control strategy is simulated, and the simulation results demonstrate that the control strategy can eliminate the effect of the negative sequence current and realizes the asymmetrical faults ride-through.%在研究电网电压不对称对双馈感应发电机( DFIG)影响以及DFIG正、负序数学模型的基础上,分析了电网电压不对称条件下DFIG定子输出有功、无功功率和发电机电磁转矩的组成.针对电网电压不对称时负序电流对定子侧有功功率、无功功率、电磁转矩和直流侧电压的影响,提出电流正序分量跟踪控制策略,并在转子侧和网侧变换器的控制中对电网电压的正、负序分量分别处理.转子侧变流器采用正序电流跟踪的滞环控制,实现了电流的无差跟踪.网侧逆变器控制内环采用电流前馈控制,并控制负序电流为零,外环采用电压环稳定直流电压,仿真结果表明,在电网不对称故障时,这种控制策略可以消除负序电流对定子侧有功功率、无功功率、电磁转矩和直流侧电压的影响,实现不对称故障穿越.【期刊名称】《电力系统保护与控制》【年(卷),期】2011(039)016【总页数】6页(P101-106)【关键词】双馈感应电机;不对称故障;风力发电;对称分量法;故障穿越【作者】苏平;付纪华;赵新志;翟来;刘军;党琦【作者单位】陕西省电力公司西安输变电运行公司,陕西西安710075;陕西省电力公司西安输变电运行公司,陕西西安710075;陕西省电力公司西安输变电运行公司,陕西西安710075;陕西省电力公司西安输变电运行公司,陕西西安710075;陕西省电力公司西安输变电运行公司,陕西西安710075;陕西省电力公司西安输变电运行公司,陕西西安710075【正文语种】中文【中图分类】TM6140 引言目前大型变速恒频风力发电系统中双馈电机占了很大比重，随着双馈感应风力发电机组单机容量和装机容量的不断增大，发电机与电网的相互影响变得越来越重要[1]。

双馈风电变流器运行原理与电网故障仿真

双馈风电变流器运行原理与电网故障仿真发布时间：2022-09-14T04:54:22.785Z 来源：《福光技术》2022年19期作者：梁信信[导读] 双馈风力发电系统在风电等新能源领域应用广泛，双馈机组仅有电机转差功率通过变流器并网，相对于机组实际功率，变流器功率等级较小，因而双馈变流器应用广泛。

阳光电源股份有限公司 230088摘要：双馈风力发电系统在风电等新能源领域应用广泛，双馈机组仅有电机转差功率通过变流器并网，相对于机组实际功率，变流器功率等级较小，因而双馈变流器应用广泛。

本文介绍了双馈风电变流器运行原理，分析了在电网故障下的双馈变流器运行状态，基于MATLAB/Simulink 仿真模型进行了验证，仿真结果证明了原理分析和控制的正确性。

关键词：双馈机组风电变流器电网故障穿越1 引言双馈风力发电机组实现风能到电能的转换。

双馈风力发电机组主要有风力机、齿轮箱传动系统、发电机、变流器与主控制系统等组成。

风速推动风机叶片的旋转实现风能到机械能的转换，机组传动系统带动发电机的旋转实现机械能到电能的转换，最终由变流器完成电能变换实现电能的并网传输。

双馈风力发电系统是一种双端口的发电系统，双馈发电机转子与风电变流器转子相连，定子并网时与电网相连，通过变流器对发电机转子的励磁控制，实现在不同转速下双馈发电机电网能量的输出。

2 双馈变流器原理与电网故障(1)双馈变流器运行原理双馈风力发电机组变流器系统拓扑结构如图 1 所示。

图 1 双馈变流器发电系统拓扑为了保证双馈发电机(DGIG) 向电网输送频率恒定的电能， DFIG 转子侧通过一个由机侧变流器和网侧变流器组成的背靠背整流器与电网相连。

网侧变流器的主要作用一是保证输入电流为正弦电流，输出谐波含量小，二是为机侧变流器提供稳定的直流电压以使网侧变流器能够正常工作。

机侧变流器为 DFIG 转子提供励磁电流，保证定子端电压与电网电压的幅值、频率、相位同步，同时通过接受风机主控系统下发的给定量来控制 DFIG 有功功率、无功功率，从而实现机组的并网能量的输出与调节。

双馈型风电系统电网故障不间断运行的研究

０引言
风力发电在整个电力生产中所占的比重越来越大，因此风电系统对电网的影响已经不能忽略，高双馈型感应发电机提（ＦＧ在外部电网故障下的不间断运行能力变得更加重要。在ＤＩ）电网故障中，电网电压跌落是最常见的一种，究双馈型感应发研电机（ＦＧ在这种故障下的行为特性，高其对这种故障的适ＤＩ）提
ｏｒｔｏｅｉｂｉｉｆＤＦＩｓｔａｅｅｆｃｉｅｙｉｒｖｄ．ｐｅａｉｎｒｌａｌｔｏｙＧｅｓｃｎｂｆｅｔｖｌｍｐｏｅ
ｄｖｌｇｉｓｈｒｂｈｏｔｅｄｐ；ｔｅｅｙｔｅａ
ｔｅｏｅｏａｅｆｈＣｂｓｈｖｒｈｇｅＤｕ．Ｍｏｅｖｒａａｉｖｕｅｔｓｉｅｔｎｏｔｅｇｄｔａｓｔｈｅｏｅｆｔｅｇｉｖｌｇ．ｖｏｔｒｏｅ，ａｃｐｃｔｅｃｒｎｎｃｄｉｔｈｒｏｓｉｅｒｃｖｒｏｈｒｏｔｅｉｉｊｅｉｓｔｙｄａ
ＳｍｕａｉｎｒｓｌｒｖｈｔｗｔｈｓｃｎｒｌｓａｅｙｔｅＤＦＧｉｂｅｔｄｈｏｇｅｍｏｅｓｖｒｉｌｔｅｕｔｐｏｅｔａｉｔｉｏｔｏｔｔｇｈＩｓａｌｏｒｅｔｒｕｈｔｒｅｅｅｏｓｈｒｉｈ
２ｅａｏａｏｙｏｄａｃｄＣｎｏｆｒｎｕｔａｒｅｅｉａｓｒｖｃ，ａｚｏａｓ３００，ｈｎ）．ＫｙＬｂｒｔＡｖｎｅｏｔｌｏｄｓｉｌ０ｓｓｎＧｎｕＰｏｉｅＬｎｈｕＧｎｕ７０５ＣｉａｒｆｒＩｒＰｃｓｎ

双馈异步风电机组故障穿越控制技术研究综述

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双馈异步风电机组故障穿越控制技术研究综述
徐东茂（华电福新能源发展有限公司黑龙江分公司，黑龙江牡丹江１５７０１５）摘要：以双馈异步风电机组为主的大型风力发电机组在电网中所占比例逐年增大，这就使得风电机组在外部电网发生故障时应具备相应的故障穿越能力。分析了电网故障对双馈异步风电机组的影响，并对目前双馈机组高压胀压故障穿越的相关研究进展进行了系统分析总结，以期展示该技术的研究进展和未来发展趋势。关键词：双馈机组；故障穿越；变速恒频；控制策略穿越容易受到变流器容量的限制而无法实现，需要增加硬件才能实现。目前在风电场中广泛采用变速匣频风力发电机组，主要包括双馈ＬＶＲＴ的关键是限制定、转子电流的冲击，简单的做法是在定子侧接入异步风电机组（Ｄｏｕｂｌｅ — ＦｅｄＩｎｄｕｃｔｉｏｎＧｅｎｅｒａｔｏｒ，ＤＦＩＧ）和永磁直驱风限流电阻。电机组（ＰｅｒｍａｎｅｎｔＭａｇｎｅｔｉｃＳｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓＧｅｎｅｒａｔｏｒ，ＰＭＳＧ），其中双馈电网电压跌落会造成ＤＦＩＧ定、转子绕组中感应出大故障电流，该异步风电机组的应用最为广泛。电网发生故障时，电网电压的跌落或升电流会对直流母线电容充电引起母线电压的波动；而电网电压的降低高会对风电场的安全稳定运行造成不利影响，当风电在电网中的渗透又减弱了ＧＳＣ对直流母线电压的控制能力，导致母线电雁陕速泵升，危率较低时，风电场可通过脱网的方式保护风机。但随着风电在电网中的害直流电容的安全。因此，应采取措施限制直流电容电压的升高。可选比例越来越高，为了避免电网电压的进一步恶化，风电机组应具备故障的措施包括采用ｃｈｏｐｐｅｒ吸收直流母线上多余的能量，使直流母线电压穿越能力，以使得风电机组能够在故障期间避免脱网。各国电网运行部在故障期间维持在一个合理的范围内或者在直流母线上并联各种储能门根据本国实际睛况，对风电场接人电力系统提出了相关技术要求。在系统，利用储能系统向直流母线充放电来控制母线电压的稳定，但后者风电场低压穿越（ＬｏｗＶｏｌｔａｇｅＲｉｄｅＴｈｒｏｕｇｈ，ＬＶＲＴ）方面，国内外已有由于会大大增加风机的成本和占地面积，因此应用前景有限。相关技术标准对低压穿越的要求进行了规定。但在风电场的高压穿越２．２ＤＦＩＧ的高压穿越技术（ＨｉｇｈＶｏｌｔａｇｅＲｉｄｅＴｈｒｏｕ，ＨＶＲＴ）方面，美国、澳大利亚等国家并网目前，在风电机组实现高电压穿越方面研究文献较少。实现风电机准则中已有明确的技术要求，我国目前还缺乏相关的技术标准。组高电压穿越大致可分为通过增加硬件设备实现和通过改进风机控制２ＤＦＩＧ的故障穿越技术策略实现。２．１ＤＦＩＧ的低压穿越技术。由于转子励磁变频器容量有限，当电网在通过增加硬件设备实现风机高压穿越方面，可以采用静止同步电压跌落时主要通过限制转子过电流和直流母线过电压来实现对补偿￣（ｓｔａｔｉｃｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｃｏｍｐｅｎｓａｔｏｒ，ＳＴＡＴＣＯＭ）和动态电压．恢复器ＤＦＩＧ的控制与保护。电网电压跌落程度不同可采取不同的保护措施：ａ（ｄｙｎａｍｉｃｖｏｌｔａｇｅｒｅｓｔｏｒｅｒ，ＤｖＲ寸电压骤升进行补偿。其中，ＳＴＡＴＣＯＭ当电网电压跌落程度较轻（包括对称和不对称跌落）时，在充分利用电通过控制注入到电网中的无功电流来迫使电网电压下降，而ＤＶＲ通过网侧变换器（，通过改进控制补偿正常和故障情况下的电压差来维持发电机电网入线端电压的恒策略来确保ＤＦＩＧ的不脱网运行能力当电网发生对称、不对称故障定。但这些硬件没备的使用增加了风机的运行成本，特别在电网阻抗较电压跌落较重时，可通过增加辅助硬件保护措施，保证ＧＳＣ、ＲＳＣ安全低时，采用ＳＴＡＴＣＯＭ方案需要发出的电流远高于风电机组的额定电以实现ＤＦＩＧ风电机组的不脱网运行。流，会降低系统的经济陛。此外，也可以考虑在风机的转子侧变换器上当电网电压跌落故障较轻时，可采用通过改进风机控制策略的方串联电阻来抑制过电流，避免了变流器的失控，并可连续提供无功功率ｉ￣／ｌ，了故障期间的转矩波动。但动态电阻的引入增加了系统的损法实现故障穿越。当电网电压不对称跌落时，定子磁链中一般会包含支撑，正、负序交流和直流分量，通过适当控制ＤＦＩＧ转子励磁电压，使之产生耗并降低了系统的效率，从而进一步使电阻设计变得更加复杂，需要重出与定子磁链暂态直流和负序分量有反相位关系的转子电流空间矢量点给予关注。及相应的漏磁场分量，通过该转子漏磁场来抵消定子磁链中的暂态直在改进风机控制策略方面，针对风机的高电压穿越提出，基于谐振流和负序分量。但由于ＲＳＣ的全部容量都用来产生与定子磁链暂态分控制器具备优良动态性能的特点，将其作为ＰＩ调节器的补充，弥补了Ｉ调节器在动态响应上的不足，可以有效减小故障期问转子电流虽相反的转子电流，控制效果受变频器容量的限制，且会造成暂态过程传统Ｐ中电磁转矩的振荡。为此，提出了一种基于定子磁链跟踪的ＬＶＲＴ控制的暂态冲击。另外一种可行的方案是采用切换控制器的方法，即正常运Ｉ控制器，当电网发生故障后切换到改进的矢量滞环控策略，通过控制转子磁链实时地跟踪补偿定子磁链以抑制转子的故障行情况下采用Ｐ电流，同时能使故障过程中ＤＦＩＧ的电磁转矩保持为零，有效减小了机制器上，此电流调节器具有快速瞬态响应，可以增强风机的高电压穿越组传动轴系的机械耗损，此法的酰在于控制效果对于补偿系数的选能力。但该控制策略较复杂，不利于工程实际应用。３结论取很敏感，不利于工程实现。有研究在此基础上进行了改进，当电压跌落被检测到后，转子磁链立即跟踪定子磁链减少的部分，该方法可有效随着以大容量ＤＦＩＧ为代表的变速叵频风电机组在电网中的广泛应用，ＤＦＩＧ在电网故障下的穿越技术越来越凸显其重要性。本文针对减小转子电流，显著降低转矩振荡。ＦＩＧ在故障下的高压和低压穿越技术，总结了目前国内外研究人员在制约电网故障下ＤＦＩＧ不脱网运行能力的关键因素是ＲＳＣ的最大Ｄ输出电流以及直流母线电压限制，因而对这２个参数的有效控制尤为ＤＨＧ风电机组故障运行控制和保护方面的研究成果。为后续研究和工重要。文献［３】针对传统矢量控制方式的不足，建立了计及定子绕组动态程应用提供了参考和借鉴。过程的精确暂态模型。通过在转子电压控制方程中加入补偿项实时修参考文献正模型中的动态量，提高了电压波动时ＤＦＩＧ的动态响应，减小了转子［１１贺益康，徐海亮．双馈风电机组电网适应性问题及其谐振控制解决方暂态过电流。但该方法对转子电流的有效控制是以增大转子输入电压案Ⅲ．中国电机工程学报＿＇２０１４（２９）：５１８８－５２０３．２１全宇，年珩＿不平衡及谐波电压下双馈感应电机谐振滑模控制技术叽为代价，且直流母线电压的波动也没有得到明显的改善。文献通过采用ｆ基于矢量的快速暂态电流滞环控制器来改进ＤＦＩＧ的ＬＶＲＴ能力，克服中国电机工程学报＇２０１５２５（２）．４６５＿４７６．３］胡家兵，孙丹，贺益康，等．电网电压骤降故障下双馈风力发电机建模与了传统的滞后控制输出电流振荡较大以及较高的平均开关频率等缺『

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）。

谐波电网下双馈风力发电系统的独立控制技术_程晨闻

Ps =
3 ˆ+ ] = Re[U s+dq × I sdq 2 Ps0 + ∑ [ Ps c 6 n cos(6nωs t ) + Pss 6 n sin(6nωs t )] (3)
n =1 ∞
Qs =
3 ˆ+ ] = Im[U s+dq × I sdq 2 Qs0 + ∑ [Qs c 6 n cos(6nωs t ) + Qss 6 n sin(6nωs t )] (4)
j6 nθs − j6 nθs n −1) − n +1) + U s+dq = U s+dq + + ∑ (U s(6 + U s(6 ) (1) dq (6 n −1) − e dq (6 n +1) + e n =1
此时，DFIG 定子电流可表示为
j6 nθs − j6 nθs n −1) − n +1) + Is+dq = Is+dq + + ∑ ( Is(6 + Is(6 ) (2) dq (6 n −1) − e dq (6 n +1) + e n =1 ∞
DFIG，否则从 DFIG 流向电网。 “ˆ”表示共轭。
由式(1)和式(2)可知，谐波电网电压下 DFIG 定子电压和电流在静止坐标系中存在 5−、7+、11−、
1 谐波电网下 DFIG 发电机组的数学模型
为研究 DFIG 风电机组在谐波电网下的控制策略，需要建立其在谐波电网下的数学模型。文献[5-6,12]建立了包含 5、 7 次谐波电压电网下 DFIG 系统 RSC 和 GSC 的数学模型，含有 6n ± 1 次电压谐波分量电网下的数学模型可类似推导，简述如下。 1.1 DFIG(RSC)的数学模型谐波电网的 6n ± 1 次电压谐波分量可表示为

故障电网下双馈风电系统运行技术研究综述

故障电网下双馈风电系统运行技术研究综述摘要：为提升电网对风电的接纳能力、规范风电机组并网运行方式，世界各国纷纷制定出台了相应的风电并网接入导则，对风电机组运行的安全性、稳定性提出了严格要求，本文对故障电网下双馈风电系统运行技术进行了分析探讨。

关键词：双馈感应风力发电机；故障电网；技术一、双馈发电机模型双馈发电机的三相坐标系下，磁路及功率都会存在耦合，因此需要利用dq坐标系下的矢量控制进行解耦。

对双馈发电机dq坐标下的数学模型研究对变流器控制有重要意义，经过Park变换直接给出电机模型：式中Rs、Rr分别为定子电阻和转子电阻，ωe为同步转速，ωs为同步转速与转子转速差，Ψ为磁通量，U为电压，i为电流，下标rd，rq，sd，sq分别表示转子d，q轴和定子d，q 轴，pn为极对数。

二、双馈风电变流器运行技术关注焦点1、不脱网运行技术早期的风电并网规范对风电机组故障穿越运行能力的考察集中在低电压穿越（low voltage ridethrough，LVRT）方面。

从电压骤降幅度、并网运行时间两方面来看，英国、美国分别要求风电机组能够在并网点电压跌落至15%额定值时持续并网运行140 ms和625 ms不脱网，而澳大利亚要求在电压跌落为零的条件下持续运行120 ms不脱网，即实现零电压穿越（zero voltage ride through，ZVRT）[7]。

我国要求风电机组在20%的机端电压条件下不脱网连续运行至少625 ms，可见我国的风电并网规范要求相对保守。

与电压骤降相对应，电压骤升也是一种常见的电网故障。

在2011年2月甘肃酒泉风机脱网事故中，由于局部无功过剩致使电压骤升，进而导致54%的风机出现过电压保护而脱网[8-10]。

目前，澳大利亚、丹麦等国已将高电压穿越（high voltageride through，HVRT）要求写入并网规范。

表1给出了不同国家低电压与高电压故障穿越规范要求的技术指标，这也是风电并网规范对并网风力发电机组的最基本要求。

双馈风机故障运行特性及继电保护问题研究

双馈风机故障运行特性及继电保护问题研究发表时间：2019-04-22T17:11:50.427Z 来源：《电力设备》2018年第31期作者：郭杰[导读] 摘要：双馈风力机通常使用发电机和变速箱进行导管插入运行的，所以在这样的结构下，零件既是整体的，也是每个个体都独立存在。

（中国华电集团有限公司甘肃公司甘肃省兰州市 730000）摘要：双馈风力机通常使用发电机和变速箱进行导管插入运行的，所以在这样的结构下，零件既是整体的，也是每个个体都独立存在。

因此，一旦风机的运行出现问题，各个部分要进行独立检查或维护。

本文就双馈风机故障运行特性及继电保护进行了探讨。

关键词：双馈风机；故障运行特性；继电保护前言现阶段我国用于发电的设备主要有两种，一种是双馈式风机还有一种就是直驱式风机。

根据实际发展需求的不同，对于发电设备的应用也将有所差别，这两种方式都有自己的优势和不足，但是都具备十分广泛的发展前景和进步空间。

在此环节中，双馈式风机在风电场中的应用也就具备十分积极的作用，可以实现对风电场的有效控制和协调。

为此本文就将进一步研究和分析双馈式风机的重要发电原理和应用前景，希望本文的研究对于我国经济建设和发展能起到一定的帮助作用。

1双馈式风机概况双馈式发电机通常也是一种绕线式的转子电机，因为转子和定子都可以为电网进行反馈，所以也被我们称作双馈电机。

双馈式风力发电机主要组成部分为发电机、变流器、叶轮和相关的传动装置组成，机组中的叶轮借助齿轮的作用实现发电。

在某种意义而言，此种发电机也是在异步感应电机的作用下进行改装的一种设备，所以，也被叫做异步化同步电机。

此种风机自身的可维护性还比较强，操作起来也更为便利，双馈式风机机组通常采用的都是发电机、齿轮箱导管进行运行，所以在此种结构下，各个部位既是整体，也是一个个独立存在的个体。

所以一旦风机组的运行工作中出现问题，也可以将每个部位的整体进行拆分，对有问题的地方进行独立检查或是维修，只有这样才能更有效的节约时间，同时这项工作的开展对于场地的要求也不高，可以在工作现场对设备进行直接维修，有着较强的便利性。

不平衡电网下基于降阶谐振器的双馈风电系统网侧变换器辅助控制策略

不平衡电网下基于降阶谐振器的双馈风电系统网侧变换器辅助控制策略王建良;张奕黄;程鹏;年珩【摘要】电网电压不平衡条件下,为了最大限度提升双馈发电系统综合运行能力,需考虑网侧变换器的辅助控制功能.本文提出一种采用降阶谐振器的电流控制方案,可实现以消除整个双馈发电系统输出有功、无功功率脉动为目标的辅助控制功能.该控制方案以整个系统输出的有功、无功功率直接作为被控对象,在正转同步旋转坐标系中通过2倍频降阶谐振器对其进行直接调节,可消除以正、负序电压分量为基础的网侧变换器负序电流指令计算环节,并完全无需对电压、电流进行相序分离,即可实现所设定的网侧变换器辅助控制目标.仿真和实验结果表明:所提出采用降阶谐振器的电流控制方案,在电网电压不平衡条件下,既实现消除整个发电系统输出有功、无功功率的脉动的网侧变换器既定控制目标,又可提高双馈系统在不平衡故障下的动态控制性能.【期刊名称】《电工技术学报》【年(卷),期】2015(030)004【总页数】9页(P35-43)【关键词】电压不平衡;双馈发电系统;降阶谐振调节器;网侧变换器;辅助控制【作者】王建良;张奕黄;程鹏;年珩【作者单位】北京交通大学电气工程学院北京 100044;中国南车株洲电机有限公司株洲 412001;北京交通大学电气工程学院北京 100044;浙江大学电气工程学院杭州 310027;浙江大学电气工程学院杭州 310027【正文语种】中文【中图分类】TM3101 引言随着电力电子技术的不断成熟与发展，可再生能源发电技术，特别是风力发电技术得到了长足的发展，其中基于双馈感应电机（Doubly Fed Induction Generator,DFIG）的风力发电系统由于其变速恒频运行、变换器容量小及功率调节灵活等优势，而得到了大量而广泛的应用[1-3]。

现阶段，很多风电场处于电网末端，并通过长距离传输线与主干电网相连接，因而在并网点（Point of the Common Coupling,PCC）产生负序电压扰动，影响双馈发电系统的运行特性，甚至会恶化并网点电能质量[4]。

电网故障下双馈风力发电机动态响应分析及LVRT控制

电网故障下双馈风力发电机动态响应分析及LVRT控制陈银;吴义纯;于传;徐华;贺丹丹【摘要】Since the stator windings of doubly fed induction generator( DFIG ) are usually coupled with power grid directly , the surge can be seen in rotor-side currents and voltages upon grid fault , which have seriously affected the stable operation of the wind farms .Firstly, this paper discusses the dynamic re-sponse process of DFIG during the moment of grid fault occurrence and recovery .Then on the basis , the low-voltageride-through ( LVRT) strategy based on Crowbar circuit is researched on simulations .The fea-sibility and correctness of the strategy is verified by comparing with the traditional vector control on the severe fault of DFIG .%馈电机由于其定子与电网直接耦合相连，故而在电网发生故障时，电机转子侧会产生相应的电压和电流冲击，严重影响到风电场的稳定运行。

文章首先讨论了故障发生时刻以及切除时刻的动态响应过程，并在此基础上对一种基于Crowbar电路的低电压穿越控制方法进行了在电网故障发生时刻以及故障切除时刻的仿真研究，通过与传统矢量控制在双馈风电系统发生严重电网故障下的对比分析验证了其可行性与正确性。

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第35卷第16期中国电机工程学报V ol.35 No.16 Aug. 20, 2015 4184 2015年8月20日Proceedings of the CSEE ©2015 Chin.Soc.for Elec.Eng. DOI：10.13334/j.0258-8013.pcsee.2015.16.022 文章编号：0258-8013 (2015) 16-4184-14 中图分类号：TM 315故障电网下双馈风电系统运行技术研究综述年珩，程鹏，贺益康(浙江大学电气工程学院，浙江省杭州市 310027)Review on Operation Techniques for DFIG-based Wind EnergyConversion Systems Under Network FaultsNIAN Heng, CHENG Peng, HE Yikang(College of Electrical Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310027, Zhejiang Province, China)ABSTRACT: Recently, grid-connected operations of doubly fed induction generators (DFIG) based wind energy conversion systems (WECS) under fault grids, especially the conditions of voltage dips and swells, negative sequence disturbances and harmonic distortions, have been the hot spot issues. From the viewpoint of grid codes and reliable operations, focused on the uninterrupted operation, the network support and the friendly connection, the key operation techniques of DFIG system were discussed under severe faults for a short time and light ones for a long time. Besides, the current investigation situation on the DFIG system was introduced, and then, the research tendency of DFIG system control considering the grid faults and disturbances was presented.KEY WORDS: doubly fed induction generator (DFIG); fault grid; abrupt voltage changes; negative sequence voltage disturbance; harmonic distortion; grid code摘要：近年来，双馈感应风力发电系统在故障电网特别是电压骤变、负序扰动、谐波畸变下的运行控制技术，已成为风力发电系统中的研究热点。

该文从各国风电并网规范、风机高效并网运行角度出发，列举了双馈风电机组在不脱网运行技术、电网支撑能力和友好并网技术等领域的关注焦点，探讨了电网短时严重故障和长期轻微故障中双馈风电机组运行的关键问题与核心技术，比较了现有双馈风电系统的控制方案，并预测了其发展趋势，给出了潜在的研究方向。

关键词：双馈感应风力发电机；故障电网；电压骤变；负序扰动；谐波畸变；并网规范0 引言随着风力发电技术及风电装备制造水平的快速发展，风能已经成为最具规模化应用前景和商业化开发潜力的可再生能源。

根据我国于2012年发基金项目：国家自然科学基金项目(51277159)。

Project Supported by National Natural Science Foundation of China (51277159).布的《可再生能源“十二五”规划》的总体目标，到2015年，各类可再生能源在能源消费中的比重要达到9.5%以上，其中累计并网运行风电容量达1亿kW，海上风电为500万kW[1]。

因此，促进风电产业科学发展、实现风电场的合理布局已成为我国保障能源安全和优化能源结构的重要抉择。

然而，受限于可再生能源开发密集区与用电负荷中心区域的逆向分布特点，导致了处于电网末端大型风电场的电能需通过高压远距离输电走廊才能送达负荷中心[2]，这种风电能量的大规模集中输送方式易造成风电机组并网运行安全故障。

近年来，甘肃玉门风电场、宁夏贺兰山风电场等大规模风电场脱网事故，暴露了大型风电场的集中接入方式给电力系统安全、稳定、高效运行带来的冲击与挑战[3-4]。

为提升电网对风电的接纳能力、规范风电机组并网运行方式，世界各国纷纷制定出台了相应的风电并网接入导则，对风电机组运行的安全性、稳定性提出了严格要求[5-8]，主要体现在以下方面：1）风电系统应能有效抵御电压骤变、负序扰动、谐波畸变等各类短时及长期电网故障；2）风电机组应为电网提供必要的电压、频率支持，增强电网稳定性。

我国立足于本国电网结构、可再生能源配比等实际情况，在广泛征求风电设备制造商、风电场运营商等各方面意见的基础上，于2012年颁布实施了《风电场接入电力系统技术规定》，要求风电机组在20%的机端电压条件下实现不脱网连续运行至少625ms，同时能承受长期2%的电压不平衡度、短时4%的电压不平衡度以及4%的并网电压谐波畸变率，并为故障电网提供无功电流支持[5]。

可以预见，在不久的将来，风电机组将由原来单纯自身保护的受端系统，逐渐转变为含有辅助服务功第16期年珩等：故障电网下双馈风电系统运行技术研究综述 4185能的有源系统，并具备对存在电压骤变、负序扰动、谐波畸变的典型电网环境的适应和主动抵御能力，以及友好并网运行能力。

双馈风力发电系统采用双馈感应电机(doubly fed induction generator，DFIG)作为发电机，由于其具有励磁变流器容量小、成本低、可变速恒频运行等优势而成为风电场中的主流发电系统，并占据70%~80%的装机比例。

考虑到双馈发电机定子与电网直接相连以及其励磁变流器控制能力有限等实际情况，双馈发电系统并不具有坚强的抗电网扰动能力。

然而，并网规范对风电机组在电网故障下的运行提出了具体的要求与约束，要求风电机组不仅要有效抵御外部电压扰动，还应主动支撑故障电网的恢复[5-8]。

因此，本文以双馈风电系统为研究对象，以电压骤变、负序扰动、谐波畸变等各类短时严重及长期轻微电网故障为研究背景，以风电场并网规范技术指标为具体要求，列举电网故障下双馈风电系统运行技术的关注焦点，综述电网故障下双馈风电系统的有效控制方案，并对双馈风电系统研究的发展趋势作出预测。

1 双馈风电变流器运行技术关注焦点1.1 概要目前，随着风电机组装机容量的日增以及制造技术的不断成熟，各国的风电并网规范也在做相应的改进性、完善性和预防性更新，其中高电压穿越准则、动态无功电流支持已被写入丹麦、澳大利亚等国风电并网技术规范[6-7]。

因此，本节结合不同国家的风电并网规范，阐述电网故障下双馈风电变流器运行的典型技术要求与关注焦点。

1.2 不脱网运行技术早期的风电并网规范对风电机组故障穿越运行能力的考察集中在低电压穿越(low voltage ride through，LVRT)方面。

从电压骤降幅度、并网运行时间两方面来看，英国、美国分别要求风电机组能够在并网点电压跌落至15%额定值时持续并网运行140ms和625ms不脱网，而澳大利亚要求在电压跌落为零的条件下持续运行120ms不脱网，即实现零电压穿越(zero voltage ride through，ZVRT)[7]。

我国要求风电机组在20%的机端电压条件下不脱网连续运行至少625ms，可见我国的风电并网规范要求相对保守。

与电压骤降相对应，电压骤升也是一种常见的电网故障。

在2011年2月甘肃酒泉风机脱网事故中，由于局部无功过剩致使电压骤升，进而导致54%的风机出现过电压保护而脱网[8-10]。

目前，澳大利亚、丹麦等国已将高电压穿越(high voltage ride through，HVRT)要求写入并网规范。

表1给出了不同国家低电压与高电压故障穿越规范要求的技术指标，这也是风电并网规范对并网风力发电机组的最基本要求。

表1世界各国风电并网技术规范Tab. I Modern grid codes of different countries国家电压骤降电压骤升骤降幅度/%并网时间/s 骤升幅度/% 并网时间/s 澳大利亚100 0.12 30 0.06 丹麦 80 0.5 20 0.1 英国 85 0.14 — — 美国 85 0.625 — — 中国 80 0.625 — —在实际电网中，常有大功率设备启动、电网短路故障等发生，这些因素造成了电压短时骤降这类最常见的电网故障。

文献[11-12]指出，双馈风力发电机转子过电压峰值常在电压骤变后第一个周期内出现，其峰值大小由转子电压稳态分量和直流暂态分量之间的相位决定，当二者相叠加时最大，而相抵消时最小；短路电流则由与电压骤变幅度成正比的暂态分量和与其成反比的稳态分量构成，与故障类型、故障点位置以及控制系统等因素密切相关。

此外，电压骤升作为另一种常见的电网故障，时常发生在电网故障切除、局部无功过剩的情况下。

文献[13]指出，在电压骤升条件下也会出现直流侧过压现象，但与电压骤降时因发电机电流冲击而产生的机理不同，电压骤升时的直流侧过压主要是由于这种故障下网侧变换器的Boost升压电路工作条件难以满足所引起的。

文献[14-15]指出，电网电压骤升也会引起剧烈的转子电流过渡过程；同时，由于工作点实际电压的抬升，电机磁路会出现饱和、励磁电感下降等负面效应，进而加剧电流冲击。

这些双馈变流器不脱网运行能力的研究为深入探讨双馈发电机暂态特性提供了重要信息，并为分析和确定双馈变流器安全运行区域提供了参考依据，进而为设计科学合理的LVRT与HVRT相互衔接、相互配合的有效控制方案奠定基础。

1.3 电网支撑能力在风电装机比例较高的德国、澳大利亚等国，并网规范除了要求风电机组能主动抵御外部电网扰动外，还要求风电机组能为电网稳定提供支持，4186 中国电机工程学报第35卷特别是为电压恢复提供必要的有功、无功支持[8-9]。