计及转子侧变换器控制切换模式差异的双馈风电场多机表征方法

刘素梅; 王泽彭; 毕天姝

doi:10.7500/AEPS20220909003

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计及转子侧变换器控制切换模式差异的双馈风电场多机表征方法

研制与开发 | 更新时间：2025-06-16

- 计及转子侧变换器控制切换模式差异的双馈风电场多机表征方法
- Multi-machine Characterization Method for DFIG Wind Farms Considering Difference of Control Switching Modes of Rotor-side Converters
- 电力系统自动化 2023年47卷第14期页码：130-139
- 作者机构：
  
  1.北京林业大学工学院，北京市 100083
  2.新能源电力系统国家重点实验室（华北电力大学），北京市 102208
- 作者简介：
  
  刘素梅(1981—)，女，通信作者，博士，副教授，硕士生导师，主要研究方向：新能源电源保护与控制。E-mail：smliu@bjfu.edu.cn
  王泽彭(1997—)，男，硕士研究生，主要研究方向：新能源电源保护与控制、风电场故障暂态建模。E-mail：Wangzp@bjfu.edu.cn
  毕天姝(1973—)，女，博士，教授，博士生导师，主要研究方向：电力系统保护与控制、广域同步相量测量技术及其应用。E-mail：tsbi@ncepu.edu.cn
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金资助项目(52107069);中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(2018BLRD02);新能源电力系统国家重点实验室开放课题(LAPS19009)
- DOI：10.7500/AEPS20220909003
  中图分类号：
- 收稿：2022-09-09，
  
  修回：2023-02-02，
  
  网络出版：2023-06-25，
  
  纸质出版：2023-07-25
- 稿件说明：
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刘素梅,王泽彭,毕天姝.计及转子侧变换器控制切换模式差异的双馈风电场多机表征方法[J].电力系统自动化,2023,47(14):130-139.

LIU Sumei,WANG Zepeng,BI Tianshu.Multi-machine Characterization Method for DFIG Wind Farms Considering Difference of Control Switching Modes of Rotor-side Converters[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(14):130-139.
刘素梅,王泽彭,毕天姝.计及转子侧变换器控制切换模式差异的双馈风电场多机表征方法[J].电力系统自动化,2023,47(14):130-139. DOI： 10.7500/AEPS20220909003.

LIU Sumei,WANG Zepeng,BI Tianshu.Multi-machine Characterization Method for DFIG Wind Farms Considering Difference of Control Switching Modes of Rotor-side Converters[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(14):130-139. DOI： 10.7500/AEPS20220909003.

摘要

受风速、机端电压跌落分布等影响，双馈风电场内机组故障行为特性各异，如何建立保留机群故障特征的风电场等值模型得到广泛关注。然而，仅依靠Crowbar状态表征双馈风电场内机群故障特征的差异性，会出现在轻微故障情况下风电场等值模型精度低的问题。为此，文中通过分析电网故障下场内机组转子侧变换器不同控制模式切换、Crowbar状态切换特性，探明了主导机群控制保护序贯切换模式差异的关键因素。推导了转子侧变换器控制切换模式与机端电压跌落分布、风速分布之间的关联规律，以识别机群转子侧变换器控制模式切换的差异性，从而提出了机群分类方法，以建立风电场多机等值模型。最终，对比分析了不同电网故障场景下所提等值模型、基于有功响应的等值模型、基于Crowbar状态的等值模型和单机等值模型与详细模型相比所提供短路电流幅值误差结果，验证了故障全过程中所提等值模型能更为准确地刻画整个风电场的短路电流幅值变化规律。

Abstract

Due to the influence of wind speed

terminal voltage dip distribution and other factors

the fault behavior characteristics of each doubly-fed induction generator (DFIG) in wind farms vary. How to establish an equivalent model of wind farms that preserves the fault characteristics of the cluster has received widespread attention. However

relying solely on the Crowbar state to characterize the differences in fault characteristics within the DFIG wind farm cluster can lead to the low accuracy of the wind farm equivalent model in the case of minor faults. Therefore

the paper analyzes the switching characteristics of different control modes and Crowbar state switching of the rotor-side converter of DFIG in wind farms under power grid faults

and explores the key factors that affect the differences of the control and protection sequential switching mode of the dominant DFIG cluster. The correlation law between the control switching mode of the rotor-side converter and the distribution of terminal voltage dips and wind speed is derived to identify the differences in the control mode switching of the rotor-side converter in the DFIG cluster. Therefore

a DFIG cluster classification method is proposed to establish a multi-machine equivalent model of the wind farm. Finally

a comparative analysis is conducted on the short-circuit current amplitude error results provided by the proposed equivalent models

active response based equivalent models

Crowbar state based equivalent models

and single-machine equivalent models in different power grid fault scenarios compared with the detailed models. It is verified that the established equivalent models during the entire fault process can more accurately depict the changes in short-circuit current amplitude of the entire wind farm.

关键词

Keywords

references

宋国兵，陶然，李斌，等 . 含大规模电力电子装备的电力系统故障分析与保护综述［J］. 电力系统自动化， 2017 ， 41 （ 12 ）： 2 - 12 .

SONG Guobing ， TAO Ran ， LI Bin ， et al . Survey of fault analysis and protection for power system with large scale power electronic equipments ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2017 ， 41 （ 12 ）： 2 - 12 .

杨国生，王增平，欧阳金鑫，等 . 考虑低电压穿越全过程的双馈风电机组短路电流计算方法［J］. 电网技术， 2018 ， 42 （ 7 ）： 2185 - 2193 .

YANG Guosheng ， WANG Zengping ， OUYANG Jinxin ， et al . Short-circuit current calculation method of DFIGWT considering entire LVRT process ［J］. Power System Technology ， 2018 ， 42 （ 7 ）： 2185 - 2193 .

欧阳金鑫，刁艳波，郑迪，等 . 基于电流轨迹相似度的双馈风电机群电磁暂态同调分群方法［J］. 中国电机工程学报， 2017 ， 37 （ 10 ）： 2896 - 2904 .

OUYANG Jinxin ， DIAO Yanbo ， ZHENG Di ， et al . A clustering method of coherent generators during electromagnetic transient process based on similar degrees of current trajectories for doubly fed wind farms ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2017 ， 37 （ 10 ）： 2896 - 2904 .

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 .

王增平，杨国生，汤涌，等 . 基于特征影响因子和改进BP算法的直驱风机风电场建模方法［J］. 中国电机工程学报， 2019 ， 39 （ 9 ）： 2604 - 2615 .

WANG Zengping ， YANG Guosheng ， TANG Yong ， et al . Modeling method of direct-driven wind generators wind farm based on feature influence factors and improved BP algorithm ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2019 ， 39 （ 9 ）： 2604 - 2615 .

LI W X ， CHAO P P ， LIANG X D ， et al . A practical equivalent method for DFIG wind farms ［J］. IEEE Transactions on Sustainable Energy ， 2018 ， 9 （ 2 ）： 610 - 620 .

ZOU J X ， PENG C ， XU H B ， et al . A fuzzy clustering algorithm-based dynamic equivalent modeling method for wind farm with DFIG ［J］. IEEE Transactions on Energy Conversion ， 2015 ， 30 （ 4 ）： 1329 - 1337 .

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 .

孙阳光，樊艳芳，赵东杰，等 . 基于改进型K-均值算法的双馈风电场暂态等值研究［J］. 可再生能源， 2018 ， 36 （ 5 ）： 719 - 725 .

SUN Yangguang ， FAN Yanfang ， ZHAO Dongjie ， et al . Research on transient equivalence of doubly fed wind farm based on improved K-means algorithm ［J］. Renewable Energy Resources ， 2018 ， 36 （ 5 ）： 719 - 725 .

赵凯，侯玉强 . 基于自组织映射神经网络K-means聚类算法的风电场多机等值建模［J］. 浙江电力， 2019 ， 38 （ 8 ）： 30 - 36 .

ZHAO Kai ， HOU Yuqiang . Multi-machine equivalent modeling of wind farms using SOM-based K-means clustering ［J］. Zhejiang Electric Power ， 2019 ， 38 （ 8 ）： 30 - 36 .

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 .

OUYANG Jinxin ， DIAO Yanbo ， ZHANG Di ， et al . Dynamic equivalent model of doubly fed wind farm during electromagnetic transient process ［J］. IET Renewable Power Generation ， 2017 ， 11 （ 1 ）： 100 - 106 .

ZHU L ， ZHANG J ， ZHONG D T ， et al . A study of dynamic equivalence using the similarity degree of the equivalent power angle in doubly fed induction generator wind farms ［J］. IEEE Access ， 2020 ， 8 ： 88584 - 88593 .

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 .

王振树，刘岩，雷鸣，等 . 基于Crowbar的双馈机组风电场等值模型与并网仿真分析［J］. 电工技术学报， 2015 ， 30 （ 4 ）： 44 - 51 .

WANG Zhenshu ， LIU Yan ， LEI Ming ， et al . Doubly-fed induction generator wind farm aggregated model based on Crowbar and integration simulation analysis ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2015 ， 30 （ 4 ）： 44 - 51 .

陆飞，刘其辉，赵亚男，等 . 基于低电压穿越去磁控制的风电场内部故障等值建模方法［J］. 电力系统自动化， 2016 ， 40 （ 10 ）： 24 - 30 .

LU Fei ， LIU Qihui ， ZHAO Yanan ， et al . Equivalent modeling method for wind farm inner fault based on demagnetizing control of low voltage ride through ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2016 ， 40 （ 10 ）： 24 - 30 .

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 - 614 .

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 - 614 .

胡家兵，袁小明，程时杰 . 电力电子并网装备多尺度切换控制与电力电子化电力系统多尺度暂态问题［J］. 中国电机工程学报， 2019 ， 39 （ 18 ）： 5457 - 5467 .

HU Jiabing ， YUAN Xiaoming ， CHENG Shijie . Multi-time scale transients in power-electronized power systems considering multi-time scale switching control schemes of power electronics apparatus ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2019 ， 39 （ 18 ）： 5457 - 5467 .

LIU Sumei ， BI Tianshu ， JIA Ke ， et al . Coordinated fault-ride-through strategy for doubly-fed induction generators with enhanced reactive and active power support ［J］. IET Renewable Power Generation ， 2016 ， 10 （ 2 ）： 203 - 211 .

YAO Jun . Coordinated control of a hybrid wind farm with DFIG-based and PMSG-based wind power generation systems under asymmetrical grid faults ［J］. Renewable Energy ， 2018 ， 127 ： 613 - 629 .

张金华，陈琳浩，王晨清，等 . 双馈风电机组多机并网系统短路电流计算方法［J］. 电网技术， 2019 ， 43 （ 3 ）： 887 - 895 .

ZHANG Jinhua ， CHEN Linhao ， WANG Chenqing ， et al . Short circuit current calculation of power system with DFIG wind turbines ［J］. Power System Technology ， 2019 ， 43 （ 3 ）： 887 - 895 .

刘其辉 . 变速恒频风力发电系统运行与控制研究［D］. 杭州：浙江大学， 2005 .

LIU Qihui . The investigation of operation and control for a variable-speed constant-frequency wind power generation system ［D］. Hangzhou ： Zhejiang University ， 2005 .

肖繁，张哲，尹项根，等 . 含双馈风电机组的电力系统故障计算方法研究［J］. 电工技术学报， 2016 ， 31 （ 1 ）： 14 - 23 .

XIAO Fan ， ZHANG Zhe ， YIN Xianggen ， et al . The fault calculation method of power systems including doubly-fed induction generators ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2016 ， 31 （ 1 ）： 14 - 23 .

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 . An active power response based practical equivalent method for DFIG wind farms ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2018 ， 38 （ 6 ）： 1639 - 1646 .

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