雙饋型風力發(fā)電機在電網(wǎng)故障和不平衡條件下控制技術研究.pdf

1、雙饋風力發(fā)電機的變流器容量僅為發(fā)電機轉(zhuǎn)差率容量,與直驅(qū)型風電系統(tǒng)中的全功率變換器相比,具有體積小、重量輕和損耗低等優(yōu)點,因此目前雙饋感型風電機組在1WM以上的風電機組中占據(jù)著主導地位,是國際風電機組研制的主流技術。然而大規(guī)模風電的發(fā)展,要求并網(wǎng)運行的風電機組能夠滿足和適應電力系統(tǒng)運行的需要而具備低電壓穿越能力和抵御電網(wǎng)電壓不平衡影響的能力。本文圍繞雙饋感應發(fā)電機的低電壓穿越技術和電網(wǎng)電壓不平衡條件下的控制技術進行了較為深入的研究,主要內(nèi)

2、容如下:
　　電網(wǎng)故障時雙饋感應發(fā)電機的電磁暫態(tài)特性對于分析其在故障期間的的行為和實現(xiàn)低電壓穿越控制是非常重要的,目前對稱故障下雙饋電機轉(zhuǎn)子側(cè)短路的電磁暫態(tài)特性的研究比較清楚,但缺少不對稱故障轉(zhuǎn)子側(cè)短路情況下的電磁暫態(tài)特性的理論分析。本文在對稱故障研究的基礎上,對其在不對稱故障轉(zhuǎn)子側(cè)短路情況下的暫態(tài)特性進行了理論分析,首先建立了雙饋感應發(fā)電機的數(shù)學模型,然后利用其空間矢量模型對相關參量的數(shù)學表達式進行了理論推導,仿真結果驗證了理論

3、分析的正確性。從磁鏈、電流、功率和轉(zhuǎn)矩的數(shù)學表達式分析可知,定子磁鏈負序分量是引起故障期間定子電流不對稱、轉(zhuǎn)子電流畸變、功率和電磁轉(zhuǎn)矩脈動的根本原因。
　　Crowbar保護方案中的Crowbar電阻的選取是實施有效保護的關鍵。目前其選取的范圍是基于特定運行條件下和一系列近似處理之上通過數(shù)學推導給出的,因此存在誤差,并且該取值范圍的推導不是基于極端運行條件得出的,也沒有綜合考慮其對功率、電磁轉(zhuǎn)矩的影響。針對上述不足,本文提出了一種

4、 Crowbar電阻選取的方法,首先考慮故障前的運行條件對轉(zhuǎn)子電流的影響,通過仿真得出了確定Crowbar電阻值的極端運行條件,然后在該條件下,根據(jù)Crowbar電阻對轉(zhuǎn)子電流大小的抑制和定子電流大小、功率和電磁轉(zhuǎn)矩抑制的一致性,提出了在Crowbar投入時盡量抑制轉(zhuǎn)子電流大小和兼顧考慮Crowbar電阻壓降不能超出轉(zhuǎn)子變換器的最大輸出電壓的原則確定Crowbar電阻取值的方法。仿真結果驗證了采用該方法確定的Crowbar電阻實現(xiàn)故障穿

5、越的有效性。研究表明,由該方法確定Crowbar電阻的取值所構成的保護方案,可以對定轉(zhuǎn)子電流、功率、電磁轉(zhuǎn)矩的振蕩達到最大的抑制。
　　電網(wǎng)故障時定子磁鏈中的故障分量會在轉(zhuǎn)子側(cè)感應很高的過電壓,為了防止轉(zhuǎn)子側(cè)過電流,則必須要求轉(zhuǎn)子變換器輸出很高的電壓與之抗衡,但這會遠遠超出變換器的電壓輸出能力;而滅磁控制是通過控制轉(zhuǎn)子電流來抵消定子磁鏈中故障分量對轉(zhuǎn)子側(cè)的作用的一種低電壓穿越方案,但電壓深度跌落時為了抵消定子磁鏈中故障分量的作用,

6、會使滅磁電流超過了變換器通流極限致其損壞。本文針上述方案的不足,提出了轉(zhuǎn)子側(cè)變換器改進的故障穿越控制策略,利用轉(zhuǎn)子變換器的輸出電壓裕量來構造虛擬阻抗來減小了故障時所需的滅磁電流的大小,在深度跌落時,也可以保證滅磁電流小于轉(zhuǎn)子變換器的最大允許電流;網(wǎng)側(cè)變換器的負載電流前饋的低電壓穿越控制策略由于忽略了輸入濾波器的損耗,故障時直流鏈電壓的波動較大,為了減小直流電壓的波動,本文提出了網(wǎng)側(cè)變換器改進的故障穿越控制策略,考慮輸入濾波器的損耗,前饋

7、電流用變換器側(cè)功率來計算。仿真結果驗證了改進的機側(cè)和網(wǎng)側(cè)變換器實現(xiàn)低電壓穿越的有效性。研究表明,與原控制策略相比,改進的機側(cè)和網(wǎng)側(cè)故障控制策略在電網(wǎng)電壓出現(xiàn)嚴重故障時也能夠有效的抑制轉(zhuǎn)子變換器的過電流和直流鏈電壓的過大波動,從而提高了風電機組實現(xiàn)低電壓穿越的能力。
　　在不平衡控制中,正負序分量的分解實施控制的前提,可以使用低通濾波器或者陷波器完成,但濾波器分離的速度慢,有較大的延時,從而會影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性;再者要求以高的階數(shù)來保