Equivalent Method of DFIG-based Wind Farm Considering Low Voltage Ride-through and Dynamics of Entire Fault Process

ZHOU Haiqiang; CUI Xiaodan; XU Jianbing; CAO Boyuan; GAO Chao; CHEN Zhihao

doi:10.7500/AEPS20230810002

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

Equivalent Method of DFIG-based Wind Farm Considering Low Voltage Ride-through and Dynamics of Entire Fault Process

Basic Research | 更新时间：2025-06-16

- Equivalent Method of DFIG-based Wind Farm Considering Low Voltage Ride-through and Dynamics of Entire Fault Process
- Automation of Electric Power Systems Vol. 48, Issue 6, Pages: 216-225(2024)
- 作者机构：
  
  1.河海大学电气与动力工程学院,江苏省南京市 210098
  2.南瑞集团有限公司(国网电力科学研究院有限公司),江苏省南京市 211106
  3.国网上海市电力公司,上海市 200437
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  This work is supported State Grid Corporation of China(5108-202218280A-2-67-XG)
- DOI：10.7500/AEPS20230810002
  CLC：
- Received：10 August 2023，
  
  Revised：2023-12-05，
  
  Published Online：23 January 2024，
  
  Published：25 March 2024
- 稿件说明：
移动端阅览
周海强,崔晓丹,许剑冰等.计及低电压穿越及故障全过程动态的双馈风电场等值方法[J].电力系统自动化,2024,48(6):216-225.

ZHOU Haiqiang,CUI Xiaodan,XU Jianbing,et al.Equivalent Method of DFIG-based Wind Farm Considering Low Voltage Ride-through and Dynamics of Entire Fault Process[J].Automation of Electric Power Systems,2024,48(6):216-225.
周海强,崔晓丹,许剑冰等.计及低电压穿越及故障全过程动态的双馈风电场等值方法[J].电力系统自动化,2024,48(6):216-225. DOI： 10.7500/AEPS20230810002.

ZHOU Haiqiang,CUI Xiaodan,XU Jianbing,et al.Equivalent Method of DFIG-based Wind Farm Considering Low Voltage Ride-through and Dynamics of Entire Fault Process[J].Automation of Electric Power Systems,2024,48(6):216-225. DOI： 10.7500/AEPS20230810002.

摘要

在分析双馈感应发电机（DFIG）故障各阶段动态的基础上，提出了一种计及低电压穿越控制的双馈风电场等值方法。首先，讨论了低电压穿越控制策略，给出了含双馈风电场的电力系统故障稳态潮流计算方法。在考虑电压暂态过程的条件下，分析了外部系统短路故障后DFIG转子电流的变化机理，指出电压跌落深度及风电功率是影响短路电流的主要因素，可根据动作分界线判断撬棒是否动作。然后，根据初始风速及撬棒状态将风电场中的DFIG分为3群，并对等值DFIG及集电网络进行聚合。为提高等值模型在恢复阶段的精度，根据故障稳态电压对双馈风电场功率恢复曲线进行预估，并在此基础上对等值DFIG恢复速率进行分段修正。最后，对含双馈风电场的算例系统进行了等值计算。仿真结果表明，等值模型较好地保持了原系统在故障各阶段的动态，在保持较高精度的前提下有效简化了系统，提高了计算速度。

Abstract

Based on the analysis of the dynamics of the doubly-fed induction generator (DFIG) in each stage of the fault

an equivalent method of DFIG-based wind farm considering the low voltage ride-through (LVRT) control is proposed. First

the LVRT control strategy is discussed

and a method for calculating the fault steady-state power flow of the power system with a DFIG-based wind farm is proposed. Under the consideration of the voltage transient process

the mechanism of changes in the rotor current of the DFIG after the short-circuit fault in the external system is analyzed. It is pointed out that the depth of voltage dip and wind power are the dominant factors affecting the short-circuit current

and the state of the Crowbar can be determined by the operation division line. Then

DFIGs in the wind farm are clustered into 3 groups according to the initial wind speed and the Crowbar state

and the equivalent DFIGs and the collection grid are aggregated. To improve the accuracy of the equivalent model in the recovery stage

the power recovery curve of the DFIG-based wind farm is estimated according to the steady-state voltage of the fault. On this basis

the recovery rate of the equivalent DFIGs is piecewise modified. Finally

equivalent calculations are performed on a case system with a DFIG-based wind farm. The simulation results show that the equivalent model effectively maintains the dynamics of the original system in each stage of the fault

simplifies the system

and improves the calculation speed while maintaining high accuracy.

关键词

Keywords

references

廖睿灵 . 中国风电光伏发电总装机达 8 . 2 亿千瓦［N］. 人民日报海外版， 2023-05-26 （3）.

LIAO Ruiling . China’s total installed capacity of wind power and photovoltaic power generation reached 820 million kilowatts ［N］. People’s Daily Overseas Edition ， 2023-05-26 （3）.

国家市场监督管理总局，国家标准化管理委员会 . 风电场接入电力系统技术规定第1部分：陆上风电： GB/T 19963.1—2021 ［S］. 北京：中国标准出版社， 2021 .

State Administration for Market Regulation ， Standardization Administration of the People’s Republic of China . Technical specification for connecting wind farm to power system—part 1： on shore wind power ： GB/T 19963.1—2021 ［S］. Beijing ： Standards Press of China ， 2021 .

晁璞璞，李卫星，金小明，等 . 基于有功响应的双馈型风电场实用化等值方法［J］. 中国电机工程学报， 2018 ， 38 （ 6 ）： 1639 - 1646 .

CHAO Pupu ， LI Weixing ， JIN Xiaoming ， et al . Practical equivalent method of doubly-fed wind farm based on active response ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2018 ， 38 （ 6 ）： 1639 - 1646 .

张保会，李光辉，王进，等 . 风电接入对继电保护的影响（二）——双馈式风电场电磁暂态等值建模研究［J］. 电力自动化设备， 2013 ， 33 （ 2 ）： 1 - 7 .

ZHANG Baohui ， LI Guanghui ， WANG Jin ， et al . Impact of wind farm integration on relay protection （2）： DFIG-based wind farm electromagnetic transient equivalent model ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2013 ， 33 （ 2 ）： 1 - 7 .

米增强，苏勋文，余洋，等 . 双馈机组风电场动态等效模型研究［J］. 电力系统自动化， 2010 ， 34 （ 17 ）： 72 - 77 .

MI Zengqiang ， SU Xunwen ， YU Yang ， et al . Study on dynamic equivalence model of wind farms with wind turbine driven doubly fed induction generator ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2010 ， 34 （ 17 ）： 72 - 77 .

高远，金宇清，鞠平，等 . 考虑Crowbar动作特性的DFIG风电场动态等值研究［J］. 电网技术， 2015 ， 39 （ 3 ）： 628 - 633 .

GAO Yuan ， JIN Yuqing ， JU Ping ， et al . Dynamic equivalence of wind farm composed of double fed induction generators considering operation characteristic of Crowbar ［J］. Power System Technology ， 2015 ， 39 （ 3 ）： 628 - 633 .

吴志鹏，曹铭凯，李银红 . 计及Crowbar状态改进识别的双馈风电场等值建模方法［J］. 中国电机工程学报， 2022 ， 42 （ 2 ）： 603 - 613 .

WU Zhipeng ， CAO Mingkai ， LI Yinhong . An equivalent modeling method of DFIG-based wind farm considering improved identification of Crowbar status ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2022 ， 42 （ 2 ）： 603 - 613 .

XUE Y C ， ZHANG Z R ， XU Z . A dynamic equivalent aggregation method of wind turbine systems with a full-scale power converter for electromagnetic transient simulations ［J］. IET Renewable Power Generation ， 2023 ， 17 （ 1 ）： 36 - 51 .

JINXIN O Y ， DIAO Y B ， ZHENG D ， et al . Dynamic equivalent model of doubly fed wind farm during electromagnetic transient process ［J］. IET Renewable Power Generation ， 2017 ， 11 （ 1 ）： 100 - 106 .

LI W X ， CHAO P P ， LIANG X D ， et al . Modeling of complete fault ride-through processes for DFIG-based wind turbines ［J］. Renewable Energy ， 2018 ， 118 ： 1001 - 1014 .

LI W X ， CHAO P P ， LIANG X D ， et al . An improved single-machine equivalent method of wind power plants by calibrating power recovery behaviors ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2018 ， 33 （ 4 ）： 4371 - 4381 .

吴磊，晁璞璞，李甘，等 . 数据-模型混合驱动的风电场聚合等值建模方法［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 15 ）： 66 - 74 .

WU Lei ， CHAO Pupu ， LI Gan ， et al . Hybrid data-model-driven aggregation equivalent modeling method for wind farm ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 15 ）： 66 - 74 .

吴志鹏，裴建华，李银红 . 基于低电压穿越功率特性的双馈风电场多机等值方法［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 19 ）： 95 - 103 .

WU Zhipeng ， PEI Jianhua ， LI Yinhong . Multi-machine equivalent method for DFIG-based wind farm based on power characteristic of low voltage ride-through ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 19 ）： 95 - 103 .

潘学萍，戚相威，梁伟，等 . 综合模型聚合和参数辨识的风电场多机等值及参数整体辨识［J］. 电力自动化设备， 2022 ， 42 （ 1 ）： 124 - 132 .

PAN Xueping ， QI Xiangwei ， LIANG Wei ， et al . Multi-machine equivalence and global identification of wind farms by combining model aggregation and parameter estimation ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2022 ， 42 （ 1 ）： 124 - 132 .

刘天阳，张玉红，王蒙，等 . 考虑控制策略切换过程的双馈风力发电机组短路电流计算方法［J］. 中国电机工程学报， 2021 ， 41 （ 10 ）： 3330 - 3338 .

LIU Tianyang ， ZHANG Yuhong ， WANG Meng ， et al . Short-circuit current calculation method of doubly fed induction generator considering control strategy switching ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2021 ， 41 （ 10 ）： 3330 - 3338 .

王增平，李菁，郑涛，等 . 考虑变流器限流与GSC电流的双馈风力发电机暂态全电流计算与分析［J］. 电工技术学报， 2018 ， 33 （ 17 ）： 4123 - 4135 .

WANG Zengping ， LI Jing ， ZHENG Tao ， et al . Calculation and analysis of transient short circuit current of doubly-fed induction generator considering convertor current limitation and GSC current ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2018 ， 33 （ 17 ）： 4123 - 4135 .

贺益康，胡家兵，徐烈 . 并网双馈异步风力发电机运行控制［M］. 北京：中国电力出版社， 2012 .

HE Yikang ， HU Jiabing ， XU Lie . Operation control of grid-connected doubly-fed asynchronous wind turbine ［M］. Beijing ： China Electric Power Press ， 2012 .

朱东海，邹旭东，胡家兵，等 . 双馈风电机组无撬棒故障穿越技术研究综述［J］. 电工技术学报， 2022 ， 37 （ 19 ）： 4895 - 4910 .

ZHU Donghai ， ZOU Xudong ， HU Jiabing ， et al . Review of crowbarless fault ride through technology for doubly-fed induction generator-based wind turbines ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2022 ， 37 （ 19 ）： 4895 - 4910 .

孙华东，李佳豪，李文锋，等 . 大规模电力系统仿真用新能源场站模型结构及建模方法研究（一）：模型结构［J］. 中国电机工程学报， 2023 ， 43 （ 4 ）： 1378 - 1388 .

SUN Huadong ， LI Jiahao ， LI Wenfeng ， et al . Research on model structures and modeling methods of renewable energy station for large-scale power system simulation （Ⅰ）： model structure ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2023 ， 43 （ 4 ）： 1378 - 1388 .

孙华东，李佳豪，李文锋，等 . 大规模电力系统仿真用新能源场站模型结构及建模方法研究（二）：机电暂态模型［J］. 中国电机工程学报， 2023 ， 43 （ 6 ）： 2190 - 2201 .

SUN Huadong ， LI Jiahao ， LI Wenfeng ， et al . Research on model structures and modeling methods of renewable energy station for large-scale power system simulation （Ⅱ）： electromechanical transient model ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2023 ， 43 （ 6 ）： 2190 - 2201 .

Views

下载量

CSCD

Alert me when the article has been cited

提交

Tools

Publicity Resources

Dynamic Equivalent Method for Photovoltaic Power Stations Considering Difference in Active Power Ride-through Response Characteristics

风电经柔直送出系统送端交流故障低电压穿越策略

基于单机模型扩展的直驱风电场通用等值模型构建方法

Related Author

ZHOU Haiqiang

GAO Chao

CHEN Zhihao

LI Xue

YANG Di

LIU Xianchao

JIANG Tao

LI Guoqing

Related Institution

Energy and Electrical Engineering School, Hohai University

Key Laboratory of Modern Power System Simulation and Control & Renewable Energy Technology, Ministry of Education (Northeast Electric Power University)

State Key Laboratory of Operation and Control of Renewable Energy & Storage Systems (China Electric Power Research Institute)

Key Laboratory of Wind Power Integration Operation and Control, Wind Power Technology Center of Gansu Electric Power Corporation

⁰