双馈型风力发电系统低电压穿越策略仿真

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1、第30卷第6期电力自动化设备Vol．30No.62010年6月ElectricPowerAutomationEquipmentJun.2010双馈型风力发电系统低电压穿越策略仿真朱颖1，2，31，21，2，李建林，赵斌（1.中国科学院风能利用重点实验室，北京100190；2.中国科学院电工研究所，北京100190；3.中国科学院研究生院，北京100190）摘要：针对双馈风力发电机组的低电压穿越能力的问题，介绍了风力发电在电网电压跌落时的并网要求，分析了目前已有的各种应对策略，提出了一套应对电网电压跌落时的控制策略。对于电网严重短暂跌落，通过对转子电流和直流侧电压滞环比较来控制A

2、ctiveCrowbar和直流侧卸荷电路，以卸荷多余能量并保护变流器，并保持风电机组的并网。对于电网的长时间跌落，还进行电网电压闭环发送无功，以支持电网进行恢复。通过仿真模型验证了所提出的控制策略能很好地抑制转子侧电流和直流侧电压的上升，并对电网提供无功支持。关键词：风力发电；双馈型异步发电机；低电压穿越；Crowbar；无功功率中图分类号：TM614文献标识码：A文章编号：1006－6047（2010）06－0020－05献［12］研究了DFIG在电网跌落下的动态响应，提0引言出了减小磁链策略和通过比较转子电流来控制转子ActiveCrowbar的方法，并给出了仿真波形。文献

3、［13］近年来，风力发电在各国发展迅速。据估计，今也详细地分析了电网跌落时的DFIG的故障电流，并后5年全球风能总装机容量将增加2倍，随后10年提出了一种ActiveCrowbar的控制方法。文献［14］仍将快速增长［1］。风力发电在电网中的比例已经不从实验上分析了不同负载时电压跌落的相位跳变，能忽视。传统的风电因为大量应用电力电子设备，过以及跌落时无功、有功的计算。文献［15］对比了控载过流能力非常有限，所以在电网故障时，风电机组制磁链、ESS和Crowbar的控制效果，但仅限于考察为了保护器件就会直接脱网。如果大量的风电机组有功功率和直流电压。在电网跌落故障直接脱网，就会造

4、成电网的不稳定，本文首先介绍了国外最新的电网导则对风电机甚至崩溃。为了维护电网的安全和稳定，世界各国的组LVRT的要求，分析了电网电压跌落时DFIG的响电网运营商都推出了各自风电并网低电压穿越应，研究了直流侧卸荷电路和转子侧Crowbar的设［2-4］LVRT（LowVoltageRideThrough）导则。计方法和控制策略，提出一种对于风场应对轻微电目前，双馈型风力发电机（DFIG）仍然占据着风压跌落时闭环发送无功功率的控制方法。最后，在力发电装机容量的主导地位，所以国内外对DFIG的低Matlab／Simulink平台上搭建了一台1.5MW的电压穿越能力研究较多。针对电压

5、跌落瞬间的过电DFIG风力发电机的模型，针对不同程度的电网跌落流和过电压，虽然可以通过控制算法从软件上来抑进行了仿真研究。制，但是其控制效果依靠变流器容量及电机参数等因素，且控制效果有限［5-6］。目前，更普遍和有效的方1风电机组的LVRT要求法都是加入直流侧卸荷电路和转子侧Crowbar［7-9］。各国的LVRT要求如图1所示，由于各国电网例如，文献［10-11］对直流侧卸荷电路和转子侧状况以及负载需求不一样，所以各国的LVRT要求Crowbar的控制进行了仿真，其中文献［10］还分析了也不尽相同。基本原则都是要求风电机组在各种跌DFIG的无功、有功功率极限。但是，该文献的C

6、rowbar落幅度下，保持在网一段时间。电网跌落幅度越深，要是用的晶闸管进行控制，不能主动切除Crowbar，失求的在网时间越短。只有当在曲线以下时，才允许发去了对DFIG在电网故障情况下的主动控制。这种电机组脱网。同时，还要求风电机组能按要求发送无Crowbar也就是所谓的被动式Crowbar，针对其缺点，功功率以帮助电网端电压的恢复。有很多学者开始研究能主动关断的主动式（Active）比较典型的是德国E.ON公司推出的LVRT要求［16］Crowbar。文献［5］提出一种基于PWM的Active，如图2所示。图中是对应于2型发电厂（即包Crowbar控制策略，并加入了磁通阻

7、尼策略，但是该括风力发电厂）的LVRT曲线。L1对应的是三相短文献仅检测直流侧母线电压，没有考虑转子侧的电流，路或对称故障时情况。对于其他电网故障情况，在L2这样可能导致转子侧变流器因为过流而损坏。而文以上时就应该保持与电网的连接，或者与电网公司协商后可以短暂脱网，要求不得超过2s，而且再并收稿日期：2009－11－09；修回日期：2010－04－13网后必须至少以每秒10%额定有功功率速度发出第6期朱颖，等：双馈型风力发电系统低电压穿越策略仿真100TF3.2.5，E.ON如果采用纯PI控