采用串聯(lián)耦合動態(tài)電壓補(bǔ)償實(shí)現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組低壓穿越研究.pdf

1、近年來，霧霾天氣影響我國華北，華東地區(qū)，人們對環(huán)境的重視程度越來越強(qiáng)。我國現(xiàn)大力發(fā)展新能源，相繼規(guī)劃建立甘肅酒泉、新疆哈密、河北、吉林、蒙東、蒙西、江蘇沿海、山東等千萬千瓦級風(fēng)電場，風(fēng)電已經(jīng)成長為能源結(jié)構(gòu)中重要組成部分。但大規(guī)模風(fēng)電接入電力系統(tǒng)將對電網(wǎng)的安全穩(wěn)定帶來極大的挑戰(zhàn)，例如2011年，在我國西北電網(wǎng)發(fā)生多起風(fēng)電機(jī)組大規(guī)模脫網(wǎng)事故，直接威脅西北電網(wǎng)安全。各國電力運(yùn)行商根據(jù)各國自身的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)先后對風(fēng)電場并網(wǎng)提出了嚴(yán)格的技術(shù)規(guī)定，其中

2、風(fēng)電機(jī)組需要具備低電壓穿越(LVRT)能力就是一項(xiàng)重要指標(biāo)。本文采用串聯(lián)耦合動態(tài)電壓補(bǔ)償方案來輔助雙饋異步風(fēng)電機(jī)組(Doubly Fed Induction Generator, DFIG)和籠型異步風(fēng)電機(jī)組(Squirrel Cage Inuction Generator, SCIG)實(shí)現(xiàn)LVRT進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，論文的主要工作如下:
　　(1)基于動態(tài)電壓恢復(fù)器（Dynamic Voltage Restore, DVR）的思想

3、，在PSCAD/EMTDC上構(gòu)建了分相串聯(lián)耦合補(bǔ)償(split phase series coupling compensation: SP-SCC)控制系統(tǒng)模型以輔助風(fēng)電機(jī)組實(shí)現(xiàn)LVRT。由于SP-SCC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用的是分相結(jié)構(gòu)，每相逆變電路獨(dú)立控制。SP-SCC控制系統(tǒng)采用雙向晶閘管進(jìn)行投切，在電網(wǎng)正常情況下，雙向晶閘管電路導(dǎo)通，SP-SCC補(bǔ)償系統(tǒng)閉鎖處于旁路狀態(tài)，在檢測電網(wǎng)公共連接PCC點(diǎn)相電壓低于0.9pu時首先利用SP-SC

4、C系統(tǒng)中的直流電壓通過逆變器對雙向晶閘管實(shí)施反壓技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)雙向晶閘管的快速關(guān)斷，及時啟動串聯(lián)耦合電壓補(bǔ)償，提高SP-SCC動態(tài)響應(yīng)時間。對SP-SCC系統(tǒng)進(jìn)行了數(shù)學(xué)建模，設(shè)計了電壓外環(huán)電感電流內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，并分析控制系統(tǒng)參數(shù)的取值，仿真驗(yàn)證控制算法的正確性。
　　(2)考慮現(xiàn)有風(fēng)電場中風(fēng)電機(jī)組大都通過△-Y型變壓器接入高壓電網(wǎng)，在電網(wǎng)發(fā)生故障情況下，風(fēng)電機(jī)組端電壓不存在零序分量，因此設(shè)計了一種標(biāo)準(zhǔn)串聯(lián)耦合補(bǔ)償（Three

5、 phase standard seriescoupling compensation: ST-SCC）拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。采用標(biāo)準(zhǔn)三相變換器結(jié)構(gòu)，設(shè)計了基于正負(fù)序分離的雙電壓PI調(diào)節(jié)器對機(jī)端實(shí)施正、負(fù)電壓補(bǔ)償，在電網(wǎng)正常情況下，為對ST-SCC補(bǔ)償系統(tǒng)進(jìn)行旁路，采用由IGBT和二極管組成的旁路開關(guān)。在PSCAD/EMTDC上建立相應(yīng)的仿真模型，仿真結(jié)果驗(yàn)證了該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、控制算法、以及旁路投切開關(guān)的可行性和有效性。
　　(3) DFIG機(jī)組

6、定子繞組直接與電網(wǎng)連接，通過背靠背變換器進(jìn)行勵磁，特殊的拓?fù)鋵?dǎo)致DFIG機(jī)組對電網(wǎng)故障異常敏感。本文建立了DFIG機(jī)組的仿真模型，分析了DFIG機(jī)組在電網(wǎng)故障下的定、轉(zhuǎn)子繞組的暫態(tài)過程，在PSCAD/EMTDC上分別采用分相串聯(lián)耦合補(bǔ)償SP-SCC和標(biāo)準(zhǔn)串聯(lián)耦合補(bǔ)償ST-SCC兩種方案對DFIG機(jī)組輔助低壓穿越進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果驗(yàn)證了兩種串聯(lián)耦合補(bǔ)償方案都可以提高DFIG機(jī)組的LVRT性能。
　　(4) SCIG機(jī)組的定子繞組也是

7、直接連接電網(wǎng)，這種結(jié)構(gòu)使得電網(wǎng)電壓的降落直接反映在發(fā)電機(jī)定子端電壓上，從而導(dǎo)致定子磁鏈出現(xiàn)直流成分和負(fù)序分量，定子磁鏈的直流分量和負(fù)序分量相對于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子會形成較大的轉(zhuǎn)差，從而感應(yīng)出較大的轉(zhuǎn)子電勢并產(chǎn)生較大的轉(zhuǎn)子電流。本文分析了SCIG風(fēng)電機(jī)組在電壓跌落下的故障行為，并在PSCAD/EMTDC上建立了采用串聯(lián)耦合補(bǔ)償?shù)腟CIG風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，仿真結(jié)果驗(yàn)證了所提串聯(lián)耦合補(bǔ)償方案同樣可以輔助SCIG機(jī)組進(jìn)行低電壓穿越。
　　(5)針對以

8、往DFIG機(jī)組LVRT采用轉(zhuǎn)子側(cè)主動Crowbar方案，給出了其Crowbar電阻的簡單確定原則，結(jié)合仿真，在電網(wǎng)發(fā)生嚴(yán)重對稱故障及非對稱故障下將串聯(lián)耦合補(bǔ)償方案與幾種常用的適用于DFIG系統(tǒng)的低壓穿越硬件輔助方案進(jìn)行對比分析。同理，對SCIG機(jī)組，將串聯(lián)耦合方案與制動電阻方案(Series Dynamic Breaking Resistor, SDBR)進(jìn)行仿真對比，探討了各種低壓穿越方案的經(jīng)濟(jì)性和工程適用性。
　　(6)以高性