风电机组低电压穿越问题的研究
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《基于RTDS的永磁风力发电机场站级低电压穿越仿真分析》篇一一、引言随着可再生能源的快速发展,风力发电作为绿色能源的重要组成部分,在全球范围内得到了广泛的应用。
永磁风力发电机因其高效、可靠的特点,在风力发电领域占据重要地位。
然而,风力发电场的稳定运行面临诸多挑战,其中之一便是低电压穿越(LVRT)问题。
本文将针对基于RTDS(实时数字仿真系统)的永磁风力发电机场站级低电压穿越问题进行仿真分析,以深入理解其工作原理及性能表现。
二、RTDS系统概述RTDS是一种实时数字仿真系统,能够模拟电力系统各种复杂的动态过程。
在风力发电领域,RTDS系统可用于模拟风力发电场的运行状态,包括风速、发电机运行状态、电网电压等。
通过RTDS系统,我们可以对永磁风力发电机的低电压穿越能力进行仿真分析,以评估其在电网故障时的性能表现。
三、永磁风力发电机低电压穿越问题分析低电压穿越是指风力发电机在电网电压降低时,仍能保持并网运行并输出一定功率的能力。
对于永磁风力发电机而言,其低电压穿越能力的强弱直接影响到风电场的稳定运行。
当电网电压降低时,若永磁风力发电机无法及时响应并调整输出功率,可能导致风电场与电网解列,造成能源损失。
因此,对永磁风力发电机的低电压穿越能力进行仿真分析具有重要意义。
四、基于RTDS的仿真分析本文采用RTDS系统对永磁风力发电机的低电压穿越能力进行仿真分析。
首先,建立风电场的仿真模型,包括风速模型、永磁风力发电机模型、电网模型等。
然后,模拟电网电压降低的故障情况,观察永磁风力发电机的响应过程及输出功率的变化情况。
通过仿真分析,我们可以得到以下结论:1. 永磁风力发电机在电网电压降低时,能够迅速响应并调整输出功率,保持并网运行。
2. 不同风速下,永磁风力发电机的低电压穿越能力有所差异。
在较高风速下,发电机能够更好地保持并网运行及输出功率的稳定性。
3. 通过合理控制励磁电流和桨距角,可以进一步提高永磁风力发电机在低电压穿越时的性能表现。
风力发电低电压穿越技术分析【摘要】随着现代科学技术的不断发展,风力发电行业的发展也越来越快速,风力风电机的建设,也坐落于国家的大部分区域中。
低电压穿越技术是指,风力电网出现故障,或被干扰时,风力发电机能够在网运行,并仍能够提供与电网无功功率,从而帮助电网恢复正常的过程,而这个过程中,电网需要“穿越”这个低压时间,即低压穿越技术。
通过该技术的实施,可以一定程度上,保障电网的安全,保障电网运输电力安全。
【关键词】风力发电;低压穿越技术;电网随着我国经济的不断发展,风力发电技术也日趋完善。
风力发电机建设的规模也越来越大。
通过风力发电技术的完善,及风机的广泛建设,不仅促进了我国风力发电行业的快速发展,也使相关区域的电力资源更为充沛。
低压穿越技术,是风力机组电网中,常见的电力维稳技术,通过该技术的应用,也使风力发电运行,更为稳定。
随着我国将加大对风力发电行业的投入,进行风电机组的低压穿越技术研究,也十分必要。
本文对风力发电低电压穿越技术进行分析,希望为相关部门提供参考。
1.我国风电并网低电压穿越相关规定不同国家或地区根据电网状况不同,所提出的低电压穿越要求不尽相同。
我国根据实际电网结构及风电发展情况制定了风电场接入电网技术规定,其中,对风电机组低电压穿越能力也做出了详细的规定。
只有当电网电压跌落低于规定曲线以后才允许风力发电机脱网,当电压在凹陷部分时,发电机应提供无功功率。
2.不同类型风机电压跌落暂态现象当前市场上主要风机类型可分为三类,即直接并网的定速异步发电机、同步直驱式风力发电机和双馈异步式风力发电机。
1.定速异步发电机的暂态现象定速异步发电机的定子直接接电网,电网电压降落引起电机定子端电压下降,造成定子磁链出现直流成分,如果发生的是不对称故障,还会出现负序分量。
这样相对于高速旋转的电机转子会产生较大的转差,转差增大,转子电势也会增大,从而形成较大的转子电流。
2.1双馈异步式风力发电机的暂态现双馈异步式风力发电机的定子也是和电网相接相连,因此电网电压的降落造成的系统响应和定速异步机相同。
风电变流器的低电压穿越能力研究与改善概述风电变流器作为风力发电系统的核心组件之一,起着将风能转化为电能的重要作用。
然而,由于复杂的环境条件和电力供应不稳定性,风电系统需要具备良好的低电压穿越能力,以保证风力发电系统的安全和可靠运行。
低电压穿越能力低电压穿越能力是指当配电网供应电压下降时,风电变流器仍然能够稳定运行的能力。
由于供电不稳定、短时电压波动或突然断电等情况的存在,风电站常常面临低电压情况,而低电压穿越能力的强弱直接影响风电系统的可靠性和效益。
风电变流器低电压穿越能力的研究与改善1. 系统建模与模拟为了研究风电变流器的低电压穿越能力,首先需要建立系统模型,并进行仿真模拟。
通过分析系统的动态响应,可以评估风电变流器在低电压条件下的运行情况,并找到改进的方向。
模型的建立需要考虑变流器的控制策略、电路拓扑、电压变化等因素。
2. 控制策略优化控制策略是影响风电变流器低电压穿越能力的关键因素之一。
传统的控制策略往往采用比例积分调节器进行电压控制,但在低电压情况下,这种控制策略可能会导致系统失效。
因此,需要优化控制策略,使其适应低电压条件下的运行要求。
一种常见的优化方法是采用模糊控制策略。
模糊控制可以根据系统的实时输入输出关系进行推理,并根据一系列的规则进行决策。
通过模糊控制策略的优化,可以提高风电变流器的低电压穿越能力,并增强系统的稳定性。
3. 电路拓扑优化电路拓扑是风电变流器的关键设计要素之一,对低电压穿越能力有重要影响。
传统的拓扑结构如全桥、半桥等存在电流扭曲问题,容易在低电压穿越时产生瞬时过流,影响系统的稳定性。
为了改善低电压穿越能力,可以采用多电平逆变技术。
多电平逆变技术通过增加逆变器的电压级数,减小电流峰值,从而降低了低电压穿越时的瞬时过流。
此外,还可以采用新型的拓扑结构,如基于谐波注入的逆变器、混联变流器等,以提高系统的低电压穿越能力。
4. 电容器组件的改进电容器是风电变流器中重要的组件之一,对低电压穿越能力有重要作用。
风电机组低电压穿越能力影响因素摘要:伴随着中国发展战略的改变,中国电力企业在电力生产中增强了对风力发电资源开发运用。
伴随着风能发电体量的进一步扩大,怎样提高风电并网的稳定已经成为电力企业急需解决解决问题。
在这个基础上,对小型风力发电低电压穿越重生能力影响因素展开了深入分析和讨论。
关键词:风电机组;低电压;穿越能力;影响因素引言:伴随着中国现代化和城镇化水平的进一步提高,社会经济发展对电力能源的需要日益提升。
要实现电力能源高效供货,中国电力行业加强了风能发电的高速发展。
近些年,因为低电压穿越重生能力不够,中国的风力涡轮机已大规模与电网断开,这限制了电力行业寻找更高利润最大化和社会经济效益。
在这个基础上,文中分析与探讨了危害风能发电机穿越重生能力的影响因素,并阐述了有关问题解决方案。
一、低电压穿越能力的定义与技术类型1、低电压穿越能力的定义在风力发电行业基本建设初期,风力涡轮机在中国柴油发电机中比例比较小。
一旦发生风力涡轮机断开安全事故,对电网产生的影响非常有限。
但是,伴随着风力发电行业的高速发展,小型风力发电的容积不断增长,电网的占有率也随之提升,如果出现小型风力发电与电网的大量断开安全事故,将限定供电系统的修复,对稳定性造成不良影响,电力工程系统安全性和可靠性,以确保风力涡轮机不和电网断开,而且他在电网电压恢复之中具有一定的作用,这就要求风力涡轮机具备低电压穿越能力(LVRT)。
我们能归纳如下:当风能发电机的用户工作电压减少并处在一定值后,风能发电机将无法与电网断开并持续运作。
它还能为所有系统软件给予无功功率,并实现系统软件工作电压的修复。
当离心风机具备低电压穿越重生能力时,能够有效防止维护姿势时长,故障处理后能尽快恢复运作。
简单的一种能够界定为中小型发电系统在没有撤出运作的情形下在一定时间内承担一定程度的低电网工作电压的能力。
2、低电压穿越技术类型低电压穿越重生(LVRT)在风力涡轮机中起到很重要的作用。
浅谈风电场低电压穿越技术摘要:低电压穿越能力:是指在风机并网点电压跌落时,风机能够保持并网,对过电压、过电流进行抑制技术,甚至向电网提供一定的无功功率,支持电网恢复正常,从而“穿越”这个低电压时段。
关键词:浅谈;风电场;低电压;穿越技术一.规程与标准根据《国家能源局关于加强风电场并网运行管理的通知》(国能新能【2011】182号),风电机组应严格按照《风电机组并网检测管理暂行办法》的要求,具备低电压穿越的能力,并通过有关机构的检测认证;对于风电装机容量占其他电源总容量比例大于5%的省(区域)级电网,该电网区域内运行的风电场应具有低电压穿越能力。
《风电场接入电力系统技术规范》(GB/T 19963—2000)中对风电场低电压穿越能力的基本要求:(1)风电场内的风电机组具有并网点电压跌至20﹪额定电压时能够保证不脱网连续运行625ms的能力。
(2)风电场发生跌落后2s内能够恢复到额定电压的90﹪时,风电场内的风电机组能够保证不脱网连续运行。
二.发生低电压穿越的原因针对电网故障引起的故障,通常可以分为电网单相接地故障、电网两相接地故障、电网两相相间短路故障以及电网三相相间短路故障引起的电压跌落,根据电力系统运行经验表明,在各种类型的电网故障中,单相接地故障占大多数,容易引起不对称故障电路,而对于我们风力发电场,除了考虑电网电压的波动,还应该分析风电场集电线路和风机所对应的箱变等可以引起风电机组网侧电压波动的因素。
三.永磁同步风力发电机组实现低电压穿越的原理1. 永磁直驱同步风力发电系统永磁直驱同步风力发电系统是一种新型发电系统,采用风轮直接驱动多极低速永磁同步发电机发电,然后通过全功率变流器变换电路,将电能转换后并入电网。
2.全功率变流器全功率变流器是由发电机侧变流器和网侧变流器两个三相PWM电压型变流器构成,发电机侧变流器实现对永磁同步发电机的控制,网侧变流器实现输出并网,输出有功、无功功率的解耦和直流侧电压控制,永磁直驱同步风力发电系统依靠全功率变流器实现高性能控制。
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。
风力发电机低电压穿越原理
风力发电机低电压穿越(LVRT)的原理主要是在电网发生故障或电压跌落时,风力发电机组能够保持并网状态,并向电网提供无功功率,从而支持电网恢复正常运行。
具体来说,当电网发生故障或电压跌落时,风力发电机组通过控制策略,能够快速检测到电网的状态变化,并实时向电网提供无功功率支撑。
这样做的目的是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。
风力发电机组低电压穿越的实现依赖于先进的控制系统和算法,能够快速响应电网的故障或电压跌落,并进行相应的控制和调节。
同时,还需要保证风电机组的机械和电气系统在低电压穿越过程中的安全和稳定性。
以上内容仅供参考,如需更多信息,建议查阅相关文献或咨询风力发电领域专家。
永磁风力发电系统低电压穿越技术的研究【摘要】近年来我国的经济高速发展,国家对风力发电系统的要求也越来越高。
本文对低压穿越技术的概念和技术、电压跌落对系统的影响,低压穿越技术的应用进行了探讨,希望能够对以后的研究有所助益。
【关键字】永磁风力发电、低压穿越技术一、前言风能在发电中有广泛应用,并且有很大的开发潜能,对风能的开发和利用在未来必将有广泛的前景。
低电压穿越会对电力系统带来损害,所以说对低电压穿越技术对电力系统的影响的研究十分必要,下面和笔者一起来进行探讨。
二、低压穿越技术概述1.低压穿越结束简介低电压穿越技术是指在风力发电系统并网过程中发生电压跌落现象时,风力发电系统能够继续实现并网,并且发电系统会向电网提供无功功率,支持电网实现恢复的工作,整个系统维持一个比较低的电压穿越这个故障发生的时间段。
电网发生故障引起的电压跌落时,风力发电系统会出现电机转速转速升高、电机直流侧电压过高等现象。
当风力发电系统在整个电网中起到重要作用时,电机机组会出现解列现象,这种现象会增加电网发生故障时,发电系统恢复能力,甚至会令发电机组出现故障。
电网的电压发生电压跌落的瞬间,会导致电网输出功率瞬时减少,此时发电系统的输出功率保持不变。
这种现象导致电网和电机的输出功率不匹配和电机主电路的直流母线电压瞬间增大,导致主电路中的电力电子器件和控制器的故障。
此时如果采取强制措施令直流母线电压处于稳定状态时,又会导致发电系统输出到电网端的电流增大,同样会导致整流器的损坏。
如果能够在整流端采用控制器,整流器能够在电压发生额定波动范围内可以实现电磁控制。
就能够避免电压跌落现象所产生的影响,令永磁同步发电机组的低电压穿越达到比较好的效果。
2.低压穿越技术的相关标准随着风力发电电网渗透率的不断增加,风电机组能否安全稳定运行对风电行业的发展提出了新的挑战。
低电压穿越受到了越来越多的关注,各国相继对风电机组的低电压穿越能力制定了相关标准,其中我国的《风电场接入电力系统技术规定》对并网风电机组低电压穿越能力的要求作出了评细的说明。
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开题报告一、选题背景及意义双馈风力发电机组是目前风电发电系统常用的一种类型,其特点是具有良好的低电压穿越性能。
然而,在实际的运行过程中,双馈风电机组面临着一些不对称故障的影响,当发生不对称故障时,机组的低电压穿越性能会受到一定程度的影响,甚至可能会导致机组的故障。
因此,研究针对不对称故障下双馈风电机组低电压穿越性能的提升方法,对于提高风力发电机组的可靠性和稳定性具有重要的意义。
二、研究目标及内容本次研究的目标是提出一种针对不对称故障下双馈风电机组低电压穿越性能的提升方法,通过对不对称故障场景进行分析,并结合机组的特点和运行模式,分别从机械系统、电气系统和控制系统三个方面入手,探索出适合不同场景下的低电压穿越性能提升方案。
具体的研究内容包括:1. 不对称故障分析:通过对不对称故障的原因和形式进行分析,确定不同故障模式下机组可能出现的问题和对策;2. 机械系统方案:研究机械系统对低电压穿越性能的影响,并提出调整转速控制策略、增加制动辅助、优化转矩传递系统等方案;3. 电气系统方案:分析电气系统对低电压穿越性能的影响,并提出控制转子电流及感应电动机对电网功率的控制等方案;4. 控制系统方案:分析控制系统对低电压穿越性能的影响,并提出适合于不对称故障场景下的控制策略。
三、研究方法和技术路线本次研究采用理论分析和实验研究相结合的方法,通过对典型场景的模拟以及各种方法的实际应用,验证低电压穿越性能的提升效果。
技术路线如下:1. 不对称故障场景模拟,确定不同故障模式下机组可能出现的问题和对策;2. 基于电气机械模型,采用PSCAD等计算软件,对不对称故障场景下的机组低电压穿越性能进行数值模拟;3. 基于模拟结果,设计控制及机械环节的方案;4. 在实验平台上对不对称故障下的低电压穿越性能进行实际测试;5. 对实验结果进行分析和总结,得出提升方法的总结和结论。
四、研究预期成果本次研究预期可实现以下成果:1. 针对不对称故障下双馈风电机组低电压穿越性能的提升方法,实现理论分析和模拟仿真,以及实验测试;2. 研究不同场景下低电压穿越性能提升方法,为风力发电机组的可靠性和稳定性提供新的思路和方法;3. 发表相关论文,提高学术研究水平和学术声誉;4. 为电力生产实际应用提供技术支持,提高电力生产的可靠性和稳定性。
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。
浅谈影响风电机组低电压穿越的原因分析摘要:目前,随着我国发展理念的不断深化,我国电力部门在电力生产过程中加强了对风电资源的开发和利用。
随着风力发电规模的扩大,如何提高风力发电并网运行的稳定性,成为了风力发电单位急需解决的问题。
本文就对影响风电机组低电压穿越能力的影响因素进行深入探讨。
关键词:风电机组;低电压;穿越;稳定运行随着我国工业化、城市化水平的不断提升,社会发展对于电力资源的需求量日渐提升,而我国的电力企业为实现电力资源的高效供应,加大了风力发电工作的开展。
近年来,我国的风电机组在运行时出现了因低电压穿越能力不足而导致的风机大面积脱网事件,阻碍了电力企业谋求更高的经济利润以及社会效益。
本文基于此,分析探讨影响风电机组穿越能力的因素,并就相关问题的解决措施进行分析。
1、风电机组低电压穿越能力的概念解读风电机组的低电压穿越能力指的就是当风电机组所连接的电网在发生故障、因为扰动而造成的并网点出现电压急剧下降现象的时候,当电压的跌落值处于一定范围的时候,变速风电机组能够持续运行一段时间而不脱网,直到电网电压恢复正常。
当风电机组所接电网出现短路故障的时候,机组的定转子会产生暂态过电流并经过变流器,我们从能量守恒定量去考虑,当系统发生短路故障的时候会导致风电机组机端的电压出现骤降的现象,这时候风电机组会自动断开与电网的连接,造成大面积的风机脱网现象,此时能量就会出现不平衡的情况,会给风电机组的直流系统进行充电或者流过内部的电气设备及元件,从而造成设备的损坏。
因此保证风电机组在遇到电网电压出现低电压故障时能够顺利的穿越同时还能够确保电子器件不受损害,这对于风电机组的安全稳定运行是非常重要的,这也是保证风电机组能够保持并网发电而不发生脱网故障的前提。
2、低电压穿越技术类型低电压穿越对于风电机组来说作用是非常重要的,低电压穿越技术实现的类型主要分为三种,第一是比较常用的短路保护技术,第二种是我国引入的新型拓扑结构,第三种技术是采用合理的控制算法的技术类型。
背景近几年来我国的风力发电机组装机容量始终在快速增加,并呈现逐年递增的趋势,其安装的类别大致可分为以下两种:恒速恒频风电机组和变速恒频风电机组[5]。
VSCF(Variable Speed Constant Frequency,变速恒频)风电机组能够使风力机随着因风速变化引起的捕捉风能的变化而改变发电机的转速,这样的柔性控制策略的优点是:使风机能够吸收阵风的能量;减少传动杆的机械应力;同时可以让风力机最大程度的捕获风能,从而提高风力机风能利用率。
正是因为这些优点是CSCF(Constant Speed Constant Frequency,恒速恒频)风电机组无法与VSCF风电机组相比的,所以VSCF技术是目前国内外风电研究领域的热点。
在VSCF机组之中,还有两大分支,分别是双馈感应异步发电机风电机组和直驱永磁同步发电机风电机组。
DFIG(Doubly Fed Induction Generator,双馈感应异步发电机)是早期大量建设的机组,至今仍占据风电市场的大半份额,是现在VSCF机组中的主流机组。
DFIG 要满足并网发电的要求,其发电机转速必须要高,但风力机的转速达不到要求的高速,故风力机与发电机之间通过升速齿轮箱连接,使其可以在低风速条件下提高转速,满足发电要求。
但是升速齿轮箱以及发电机中碳刷和滑环的存在会使系统结构复杂,不便维护与维修。
D-PMSG(Direct-Driven Permanent Magnet Synchronous Generator,直驱永磁同步发电机)是近几年才发展起来了的机组,以永久磁铁励磁代替电励磁,同时用增加磁极对数的方法解决低风速下发电问题,抛弃了升速齿轮箱,减少了中间环节的传动部件,简化了系统结构,缩减了维修费用,从而使系统的可靠性得以增加。
并且机组采用了全功率PWM变流器,提高了机组发生电网故障时的抵抗能力,由此可知D-PMSG将会成为VSCF机组未来的发展趋势[6]。
由于电力电子变流器拓扑结构的多样性,直驱型变速恒频发电系统中间的交流到交流变流器环节的构造可以不同,其中D-PMSG采用的变流器环节可以根据风电机装机容量的不同,分为低压变流环节和中压变流环节两种。
低压变流环节的D-PMSG机组工作的电网电压等级基本在690V以下,多选用双电平结构;中压变流环节的D-PMSG机组工作的电网电压等级基本在690V以上,基本都选用多电平结构。
如今风电机组的工作电压等级通常在690V左右,多是低压变流环节的D-PMSG机组,其中较普遍的拓扑结构主要有以下两种[16],分别如图2.1和图2.2所示。
如图2.1所示的系统中采用了back-back型双PWM变流器拓扑结构,也即“机侧整流器+电压源型网侧逆变器”的拓扑结构。
dC 永磁同步发电机风力机电网back-back 变流器机侧整流器网侧逆变器图2.1 采用back-back 式双PWM 变流器的D-PMSG 机组拓扑结构从图2.1中可知,机侧整流器可以通过对永磁同步发电机的功率、转速、转矩和效率的控制以实现最大转矩、最大效率、最小损耗控制的目标,并通过控制电机的转速从而实现最大功率点跟踪,可以有针对性地提高系统运行特性。
网侧逆变器可以稳定直流母线电压,还可以解耦控制,是通过分别控制系统的有功功率和无功功率,从而灵活调节发电机及电网的功率因数。
虽然这样的拓扑结构控制复杂,同时机组的成本也偏高,但因为该系统控制方法灵活,可以有效提高机组性能,所以具有较好的应用前景。
研究目的及意义虽然中国2012年总装机容量成为全球第一,但是还远远不能证明中国的风电产业全球第一。
风电产业是一个整体,不仅仅是包括装机总量这样的硬实力,还有软实力,即电网相关基础设施的建设和相关技术问题的解决。
中国现阶段的电网接纳能力不够,由于风电项目的快速上马,而风机安装周期很短,故电网基础建设难以跟上。
风电场建设的最终目的就是把风电机发出的电并入电网,但是与电网公司并网艰难,存在“弃风窝电”的问题。
外送瓶颈的制约,已使北方部分地区快速发展的风电限于停滞,装机容量再大成为摆设。
同时部分风电机组性能不达标,风电场建设、运行管理水平相对落后。
风电产业面临的不仅仅是建设和管理的问题,同时还有技术上的难题,其中低电压穿越技术就是的主要技术难题之一。
随着风电能源在整个电力能源中的比例不断增大,风电机组并网对电网的影响已经到了不能忽视的地步。
在早期,风电机组正常运行时,只要电网电压骤降到某一值,风电机组就可以自动脱网,这在风电能源在电网中所占比例不高的情况下是可以被接受的。
但是现在风电能源在电网中所占比例不断增加,风电机组的大范围脱网就会发生电网崩溃的后果,这会对工业生产等方面造成巨大影响,给大规模应用风电能源并网蒙上一片阴影,使这种最易应用的可再生能源的发展受到制约[7]。
所以在风力发电量和风电容量都不断增加的今天,风电机组用自动脱网来应对电网电压骤降的方法已经不再符合如今的电网规则。
因此,世界各国对电力系统的安全运行准则都实施了进一步的规范,也对风电机组的故障运行提出更加严格的要求,尤其在电网侧或风电接入点发生严重故障导致电网电压严重跌落时,风电机组要继续保持并网运行,有一定的故障穿越能力。
低电压穿越,就是指在风力发电机并网点电压跌落的时候,风机能够保持并网,甚至向电网提供一定的无功功率,支持电网恢复,直到电网恢复正常,从而“穿越”这个低电压时间(区域)[8]。
在2011年发生了密集的风电大规模脱网事故:2月24日,甘肃酒泉发生598台风电机组脱网事故,损失出力840.43兆瓦;4月17日,甘肃瓜州发生702台风电机组脱网事故,损失出力1006.223兆瓦;同日,河北张家口发生644台风电机组脱网事故,损失风电出力854兆瓦;5月甘肃酒泉又发生一起规模更大的1278台风机组脱网事故,不仅创造了多项风电机组集中脱网纪录,而且对电网安全稳定运行造成巨大的冲击[9]。
以D-PMSG机组的LVRT(Low Voltage Ride Through,低电压穿越)问题为切入点,分析其运行的原理和LVRT问题发生的原因。
D-PMSG机组的LVRT能否到达很好的效果,关键在于并网变流器的控制策略。
就目前研究可知,D-PMSG机组的低压保护方法有很多,例如Crowbar电阻方法、Vestas公司采用的制动电阻方法、添加储能电路法、外置无功装置补偿法等[10-12],但是这些方法的运用都必须要考虑实际的情况进行最优选择。
因此论文的目的在于合理运用D-PMSG的优势,找出可以在发生电压跌落时迅速反应,并能适当的应对,保护系统的稳定性和可靠性,确保电网的稳定性的LVRT方案。
未来,风电的发展趋势是机组由小变大,并网容量由少变多,风电在很多地方可能成为第二或第三大电能来源,在这方面D-PMSG的设计和限制等问题相对与DFIG要小得多,并且D-PMSG和电网之间的接口是柔性友好的,更加有利于电力系统的稳定,因此对D-PMSG低压穿越的研究对风电技术的发展有着重要的意义。
国内外研究现状国外LVRT技术动态近年来很多欧美国家的电力运营商对电网稳定性问题进行了深入的研究,纷纷制定了不同的针对各自国情的风力发电系统LVRT技术标准[13]。
其中的部分国家还提出当电网电压出现骤降时,维持风力发电机组不脱网,同时还要向电网提供一定的无功支持。
还有一些国家对当电网电压恢复时向电网输出有功的恢复速度提出了目标,也是对当前风电技术提出的挑战[14],以下是几个国家对LVRT的具体标准:(1) 美国LVRT标准美国的LVRT标准如图1.1所示,要求风电场节点电压跌落至额定电压的15%时,能够维持并网运行625ms的LVRT能力,当风电场电压在发生跌落后3s内能够恢复到额定电压的90%时,风电场必须保持并网运行。
并网点电压(p u )故障时间t /s图1.1 美国LVRT 标准示意图(2) 加拿大LVRT 标准加拿大的LVRT 标准如图1.2所示,要求风电场节点电压跌落至0时,能够维持150ms 的LVRT 能力,3s 内恢复到节点额定电压的85%时,风电场必须保持并网运行;对风电场的LVRT 规定,各省各地区可以根据实际情况进行相应的修正,允许LVRT 的要求根据实际需要调整,电力系统运营商也应该接受这些调整。
并网点电压(p u )故障时间t /s图1.2 加拿大LVRT 标准示意图(3) 德国LVRT 标准德国的LVRT 标准如图1.3所示。
在图1.3(a)中当高短路电流导致风电场并网点电压跌至0时风电机组应能够保证不脱网连续运行150ms ;在图1.3(b)中当低短路电流故障发生时,封闭区域中的有功功率每秒钟可以增加额定功率的5%;在系统低电压跌落时机组必须能够提供电压支持;若电压降落幅度大于电机端电压均方根值的10%,机组必须切换至支持电压;机组必须在通过提供电机端无功功率进行的故障识别后20ms 内提供电压支持,无功功率的提供必须保证电压每降落1%的同时无功电流增加2%。
t /s并网点电压(p u )故障时间t /s并网点电压(p u )故障时间(a) 高短路电流故障的LVRT 标准 (b) 低短路电流故障的LVRT 标准图1.3 德国LVRT 标准示意图(4) 丹麦LVRT 标准丹麦的LVRT 标准示意图如图1.4所示,双重电压降落特性是丹麦并网要求的一部分,它要求两相短路l00ms 后间隔300ms 再发生一次新的100ms 短路时不发生切机;单相短路100ms 后间隔1s 再发生一次新的100ms 电压降落时也要求不发生切机。
并网点电压(p u )并网点电压(p u )并网点电压(p u )并网点电压(p u )并网点电压(p u )t /s并网点电压(p u )图1.4 丹麦LVRT 标准示意图国内LVRT 技术动态随着我国政府对可再生能源,尤其是风能的大力支持,风电机装机容量正逐年增加,电力相关部门也颁布了LVRT 标准。
我国的LVRT 标准要求节点电压跌落到额定值的20%时持续625ms ,风电机组能够维持运行;在2s 内恢复到额定电压的90%时保证风力发电机组不脱网[15],其示意图如图1.5所示。
将其与各国标准对比可以发现我国的风电LVRT 标准基本上与美国的类似。
但是也可以发现我国的标准明显不如美国标准严格,并且在我国的LVRT 标准中,既没有对电网电压跌落时风电机组向电网提供无功支持提出要求,也没有对有功恢复速度制定相应的标准。
这是因为我国风力发电起步晚,如果初始就推行严格的标准势必对我国风电产业的发展产生负面影响,所以对LVRT 标准进行了适当的放宽。
并网点电压(p u )故障时间t /s图1.5 我国LVRT 标准示意图。