Fault Ride-through Strategy for Doubly-fed Wind Farms Considering Coordination of Protection Operation Time

LI Bin; ZHANG Xinyu; HE Jiawei; XIE Zhongrun; ZHOU Bohao; SHENG Yaru

doi:10.7500/AEPS20230322004

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Fault Ride-through Strategy for Doubly-fed Wind Farms Considering Coordination of Protection Operation Time

Invited Paper | 更新时间：2025-06-16

- Fault Ride-through Strategy for Doubly-fed Wind Farms Considering Coordination of Protection Operation Time
- Automation of Electric Power Systems Vol. 47, Issue 24, Pages: 1-10(2023)
- 作者机构：
  
  智能电网教育部重点实验室（天津大学），天津市 300072
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Natural Science Foundation of China(52207129);Natural Science Foundation of Tianjin of China(22JCQNJC01030)
- DOI：10.7500/AEPS20230322004
  CLC：
- Received：22 March 2023，
  
  Revised：2023-08-13，
  
  Published Online：17 November 2023，
  
  Published：25 December 2023
- 稿件说明：
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李斌,张新雨,何佳伟等.计及保护动作时间协调配合的双馈风电场故障穿越策略[J].电力系统自动化,2023,47(24):1-10.

LI Bin,ZHANG Xinyu,HE Jiawei,et al.Fault Ride-through Strategy for Doubly-fed Wind Farms Considering Coordination of Protection Operation Time[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(24):1-10.
李斌,张新雨,何佳伟等.计及保护动作时间协调配合的双馈风电场故障穿越策略[J].电力系统自动化,2023,47(24):1-10. DOI： 10.7500/AEPS20230322004.

LI Bin,ZHANG Xinyu,HE Jiawei,et al.Fault Ride-through Strategy for Doubly-fed Wind Farms Considering Coordination of Protection Operation Time[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(24):1-10. DOI： 10.7500/AEPS20230322004.

摘要

风电场并网系统在故障清除后产生的暂态过电压使得风电机组脱网的事故频发。其主要原因在于双馈风力发电机(DFIG)及无功补偿装置在故障清除后的无功补偿退出过程中存在响应延时。为此，基于DFIG转子侧换流器、网侧换流器及无功补偿装置的无功补偿极限分析，明确了上述不同设备间的无功补偿分配策略。接着，分析了不同设备在无功补偿期间的动态响应速度，据此提出了计及主后备保护动作时间的无功参考曲线优化设计方法。与现有无功补偿策略相比，该方法能够在保证故障穿越能力的前提下，大幅减小故障恢复期间并网点的暂态过电压。最后，基于实时数字仿真系统搭建仿真模型，通过大量仿真算例充分验证了所提方法的可行性与优越性。

Abstract

The transient overvoltage in the grid-connected system of wind farms after fault clearing causes frequent wind turbine off-grid accidents. The main reason for this is the response delay of doubly-fed induction generator (DFIG) and reactive power compensation device during the withdrawal process of reactive power compensation after fault clearing. Therefore

based on the analysis on the rotor-side converter and grid-side converter of DFIG and the reactive power compensation limit of reactive power compensation device

this paper determines the reactive power compensation allocation strategy among different devices mentioned above. Furthermore

the dynamic response speed of different devices during reactive power compensation is analyzed

and based on this

an optimal design method for reactive power reference curve considering the operation time of main and backup protection is proposed. Compared with the existing reactive power compensation strategies

this method can significantly reduce the transient overvoltage problem at the point of common coupling during fault recovery while ensuring the fault ride-through capability. Finally

a simulation model is built based on a real-time digital simulation system

and the feasibility and superiority of the proposed method are fully verified through a large number of simulation cases

关键词

Keywords

references

国家能源局 . “十四五”现代能源体系规划［EB/OL］.（ 2022-01-29 ）［ 2022-03-28 ］. https：//www.ndrc.gov.cn/xwdt/tzgg/202203/P020220322583239614565.pdf https://www.ndrc.gov.cn/xwdt/tzgg/202203/P020220322583239614565.pdf .

National Energy Administration . Modern energy system planning for the 14th Five-Year Plan ［EB/OL］. （ 2022-01-29 ）［ 2022-03-28 ］. https：//www.ndrc.gov.cn/xwdt/tzgg/202203/P020220322 https://www.ndrc.gov.cn/xwdt/tzgg/202203/P020220322

583239614565. pdf .

中国可再生能源学会风能专业委员会 . 2021年中国风电吊装容量统计简报［J］. 风能， 2022 （ 5 ）： 38 - 52 .

Wind Energy Professional Committee of China Renewable Energy Society . Statistical brief report of wind power hoisting capacity in China in 2021 ［J］. Wind Energy ， 2022 （ 5 ）： 38 - 52 .

LI W X ， ZHU M ， CHAO P P ， et al . Enhanced FRT and postfault recovery control for MMC-HVDC connected offshore wind farms ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2020 ， 35 （ 2 ）： 1606 - 1617 .

张钦智，王宾，李琰，等 . 风电场经柔性直流输电系统故障穿越协调控制研究［J］. 电力系统保护与控制， 2020 ， 48 （ 10 ）： 131 - 138 .

ZHANG Qinzhi ， WANG Bin ， LI Yan ， et al . Research on fault crossing coordination control of a wind farm via a flexible direct current transmission system ［J］. Power System Protection and Control ， 2020 ， 48 （ 10 ）： 131 - 138 .

MULLANE A ， LIGHTBODY G ， YACAMINI R . Wind-turbine fault ride-through enhancement ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2005 ， 20 （ 4 ）： 1929 - 1937 .

风电场接入电力系统技术规定： GB/T 19963—2011 ［S］. 北京：中国标准出版社， 2012 .

Technical rule for connecting wind farm to power system ： GB/T 19963—2011 ［S］. Beijing ： Standards Press of China ， 2012 .

BLAABJERG F ， YANG Y H ， YANG D S ， et al . Distributed power-generation systems and protection ［J］. Proceedings of the IEEE ， 2017 ， 105 （ 7 ）： 1311 - 1331 .

曹军，张榕林，林国庆，等 . 变速恒频双馈电机风电场电压控制策略［J］. 电力系统自动化， 2009 ， 33 （ 4 ）： 87 - 91 .

CAO Jun ， ZHANG Ronglin ， LIN Guoqing ， et al . A voltage control strategy for wind farms using doubly fed induction generator wind turbines ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2009 ， 33 （ 4 ）： 87 - 91 .

TAPIA A ， TAPIA G ， OSTOLAZA J X ， et al . Modeling and control of a wind turbine driven doubly fed induction generator ［J］. IEEE Transactions on Energy Conversion ， 2003 ， 18 （ 2 ）： 194 - 204 .

XU D G ， LI R ， LIU Y C ， et al . Reactive power analysis and control of doubly fed induction generator wind farm ［C］// 2009 13th European Conference on Power Electronics and Applications ， September 8-10 ， 2009 ， Barcelona， Spain ： 1 - 10 .

AGHATEHRANI R ， FAN L L ， KAVASSERI R . Coordinated reactive power control of DFIG rotor and grid sides converters ［C］// 2009 IEEE Power & Energy Society General Meeting ， July 26-30 ， 2009 ， Calgary， Canada ： 1 - 6 .

王松，李庚银，周明 . 双馈风力发电机组无功调节机理及无功控制策略［J］. 中国电机工程学报， 2014 ， 34 （ 16 ）： 2714 - 2720 .

WANG Song ， LI Gengyin ， ZHOU Ming . The reactive power adjusting mechanism & control strategy of doubly fed induction generator ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2014 ， 34 （ 16 ）： 2714 - 2720 .

王成福，梁军，张利，等 . 基于静止同步补偿器的风电场无功电压控制策略［J］. 中国电机工程学报， 2010 ， 30 （ 25 ）： 23 - 28 .

WANG Chengfu ， LIANG Jun ， ZHANG Li ， et al . Reactive power and voltage control strategy for wind farm based on STATCOM ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2010 ， 30 （ 25 ）： 23 - 28 .

杜维柱，罗亚洲，李蕴红，等 . 风电汇集系统无功盈余导致暂态过电压问题的研究综述［J］. 中国电机工程学报， 2022 ， 42 （ 9 ）： 3224 - 3239 .

DU Weizhu ， LUO Yazhou ， LI Yunhong ， et al . Reviews of transient overvoltage problem cause by extra reactive power in large scale wind power systems ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2022 ， 42 （ 9 ）： 3224 - 3239 .

谢欢，吴涛，赵亚清，等 . 计及动态无功控制影响的风电汇集地区高电压脱网原因分析［J］. 电力系统自动化， 2015 ， 39 （ 4 ）： 19 - 25 .

XIE Huan ， WU Tao ， ZHAO Yaqing ， et al . Analysis on high-voltage trip-off causation of dense wind power areas considering impact of dynamic reactive power control ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2015 ， 39 （ 4 ）： 19 - 25 .

孙华东，张振宇，林伟芳，等 . 2011年西北电网风机脱网事故分析及启示［J］. 电网技术， 2012 ， 36 （ 10 ）： 76 - 80 .

SUN Huadong ， ZHANG Zhenyu ， LIN Weifang ， et al . Analysis on serious wind turbine generators tripping accident in northwest China power grid in 2011 and its lessons ［J］. Power System Technology ， 2012 ， 36 （ 10 ）： 76 - 80 .

谢震，张兴，宋海华，等 . 电网电压骤升故障下双馈风力发电机变阻尼控制策略［J］. 电力系统自动化， 2012 ， 36 （ 3 ）： 39 - 46 .

XIE Zhen ， ZHANG Xing ， SONG Haihua ， et al . Variable damping based control strategy of doubly fed induction generator based wind turbines under grid voltage swell ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2012 ， 36 （ 3 ）： 39 - 46 .

ZHOU C P ， WANG Z ， XIN H H ， et al . A P - Q coordination based model predictive control for DFIG high-voltage ride through ［J］. IEEE Transactions on Energy Conversion ， 2022 ， 37 （ 1 ）： 254 - 263 .

邹乐，吴学光，寇龙泽，等 . 电网电压对称骤升下双馈风力发电系统的改进控制策略研究［J］. 电网技术， 2020 ， 44 （ 4 ）： 1360 - 1367 .

ZOU Le ， WU Xueguang ， KOU Longze ， et al . Improved control strategy for a double-fed generation system under grid voltage symmetric swell ［J］. Power System Technology ， 2020 ， 44 （ 4 ）： 1360 - 1367 .

张旭，王怡，刘伯文，等 . 基于转子无功电流动态调整的DFIG全过程高电压穿越策略［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 22 ）： 142 - 150 .

ZHANG Xu ， WANG Yi ， LIU Bowen ， et al . Full-process high voltage ride-through strategy for doubly-fed induction generator based on dynamic adjustment of reactive current for rotor ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 22 ）： 142 - 150 .

徐海亮，章玮，陈建生，等 . 考虑动态无功支持的双馈风电机组高电压穿越控制策略［J］. 中国电机工程学报， 2013 ， 33 （ 36 ）： 112 - 119 .

XU Hailiang ， ZHANG Wei ， CHEN Jiansheng ， et al . A high-voltage ride-through control strategy for DFIG based wind turbines considering dynamic reactive power support ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2013 ， 33 （ 36 ）： 112 - 119 .

姜惠兰，王绍辉，李希钰，等 . 考虑动态电压区间无功支撑的双馈风机连锁故障穿越控制策略［J］. 高电压技术， 2022 ， 48 （ 1 ）： 147 - 155 .

JIANG Huilan ， WANG Shaohui ， LI Xiyu ， et al . Cascading fault ride-through control strategy for doubly-fed wind turbines considering reactive power support in dynamic voltage range ［J］. High Voltage Engineering ， 2022 ， 48 （ 1 ）： 147 - 155 .

NADERI S B ， NEGNEVITSKY M ， MUTTAQI K M . A modified DC chopper for limiting the fault current and controlling the DC-link voltage to enhance fault ride-through capability of doubly-fed induction-generator-based wind turbine ［J］. IEEE Transactions on Industry Applications ， 2019 ， 55 （ 2 ）： 2021 - 2032 .

李少林，王伟胜，王瑞明，等 . 双馈风电机组高电压穿越控制策略与试验［J］. 电力系统自动化， 2016 ， 40 （ 16 ）： 76 - 82 .

LI Shaolin ， WANG Weisheng ， WANG Ruiming ， et al . Control strategy and experiment of high voltage ride through for DFIG-based wind turbines ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2016 ， 40 （ 16 ）： 76 - 82 .

赵宏博，姚良忠，王伟胜，等 . 大规模风电高压脱网分析及协调预防控制策略［J］. 电力系统自动化， 2015 ， 39 （ 23 ）： 43 - 48 .

ZHAO Hongbo ， YAO Liangzhong ， WANG Weisheng ， et al . Outage analysis of large scale wind power under high voltage condition and coordinated prevention and control strategy ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2015 ， 39 （ 23 ）： 43 - 48 .

崔杨，徐蒙福，唐耀华，等 . 基于集电系统无功灵敏度的双馈风电场无功控制策略［J］. 电网技术， 2015 ， 39 （ 9 ）： 2418 - 2423 .

CUI Yang ， XU Mengfu ， TANG Yaohua ， et al . Reactive control strategy of DFIG wind farm based on reactive sensitivity of collection system ［J］. Power System Technology ， 2015 ， 39 （ 9 ）： 2418 - 2423 .

WANG K K ， GAO S F ， SHI Z P ， et al . Research on reactive power coordinated control strategy of doubly-fed wind farm considering STATCOM ［C］// 2020 IEEE 4th Conference on Energy Internet and Energy System Integration （EI2）， October 30-November 1 ， 2020 ， Wuhan， China ： 1275 - 1279 .

胡寿松 . 自动控制原理［M］. 4版 . 北京：科学出版社， 2001 .

HU Shousong . Principle of automatic control ［M］. 4th ed . Beijing ： Science Press ， 2001 .

杜宝星 . 基于双馈感应发电机的风电系统故障穿越能力研究［D］. 北京：华北电力大学， 2013 .

DU Baoxing . Research on fault ride through capability of DFIG based wind power system ［D］. Beijing ： North China Electric Power University ， 2013 .

王成福，梁军，冯江霞，等 . 故障时刻风电系统无功电压协调控制策略［J］. 电力自动化设备， 2011 ， 31 （ 9 ）： 14 - 17 .

WANG Chengfu ， LIANG Jun ， FENG Jiangxia ， et al . Coordinated var-voltage control during fault of wind power system ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2011 ， 31 （ 9 ）： 14 - 17 .

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