双馈风力发电机组低压穿越技术的应用

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1、双馈风力发电机组低压穿越技术的应用风力发电是目前世界上最具有开发价值的可再生能源利用技术之一，近年来风力发电快速发展，大型风电场的并网运行已经成为风力发电发展的主流。风电场的并网运行也给并网和风电机组的运行安全带来了新课题，风力发电的随机性和不稳定可能给电网安全平稳运行带来不利因素，反过来电网运行的波动也会给风电机组的安全带来危害。例如当电网的运行电压过低时，并网运行的风电机组如果不及时动作就可能严重受损，同时也影响电力系统的运行稳定性。风电机组低电压穿越(LVRT)能力是指当端电压降低到一定值的情况下，风电机组不脱离电网继续维持运行的能力，这种运

2、行有时甚至还可以为系统提供一定无功支持以帮助电网系统恢复电压。本文准备在分析低电压事件对双馈风电机组影响的基础上，提出一种基于软件控制的软穿越功能和基于硬件实现LVRT的控制方式，利用这种技术可以避免电网电压突降对风电机组的不利影响。1.LVRT要求德国电网公司提出的LVRT要求如图1。图1EONLVRT曲线该公司的标准明确指出了当端电压跌落到多少幅值时风力发电机组可以脱网以及与电网维持连接多长时间可以脱网的具体要求。对于采用双馈感应发电机的风电机组系统，当电网发生故障电压跌落时，双馈电机定子的电流将会增大，并在转子侧感应出较大的电流。如果电网电压

3、跌落较少，那么通过增大http://jingdezhen.taolegu.cn/电流调节器的带宽可以限制电流上升，但是若电压跌落的幅度较大，那么转子侧的过电流会损坏直接串接在转子回路上的变流器内部功率器件，即使此时封锁转子侧变流器脉冲，转子电流也会通过续流二极管，造成变流器直流回路(变流器直流电路)电压升高，网侧变流器如果不能快速将能量送至电网，过电压就会导致母线电容损坏。也就是说，电网电压跌落对于双馈风电机组主要会产生两种结果。第一种结果，由于双馈变速风电机组在转子侧装有转子短路保护装置，电网电压的跌落导致转子侧电流或变流器直流电路电压超过限值规

4、定时间后，转子侧变流器被转子短路保护装置旁路，但是机组的电网侧变流器仍与电网相连。第二种结果，当转子侧电流的升高不足危害到转子侧变流器时，转子短路保护装置不动作。但是在定子电压和磁通跌落的同时，双馈电机的输出功率和电磁转矩下降，如果输入风电机组的机械功率保持不变，那么电磁转矩的减少就会导致转子的转速增大，这时机组控制器必须及时调节桨距角减少机组捕获的风能及机械转矩，才有可能实现低电压穿越。一台具有LVRT功能风电机组必须同时具备以下功能：①在端电压剧烈波动期间仍可保持并网;②电压http://pingxiang.taolegu.cn/下降时，控制器

5、可以通过蓄能装置(液压蓄能器或蓄电池)进行变桨，以防止风轮过速;③在电压波动期间，保护变流器和发电机免受高电压和高电流的损害;④暂时关闭可能因暴露在低电压下而受到损害或可能因电路断路器动作或熔丝动作而跳闸的非关键子系统。2.软穿越(SRT)技术双馈风电机组结构简图如图2所示，双馈感应电机(DFIG)定子侧直接与电网相连，变流器系统向转子侧提供励磁电流。图2双馈风电机组结构简图通过优化变流器系统的控制软件双馈风电机组可以实现LVRT功能，例如当电网电压下降至额定电压的70%时仍然可以与电网连接，这种技术称为软穿越(Soft-Ride-Through)

6、。软穿越是基于鲁棒控制(RobustControl)概念的一种软件实现LVRT功能的方式。风电机组的控制主要包含两种方式，即增益表技术(GainSchedulingTechniques)和鲁棒控制(RobustControl)，经典的增益表技术是将非线性或时http://xinyu.taolegu.cn/变系统在选定的工作点进行线性化，鲁棒控制则用于控制因风能不确定性所导致的动态特性变化。当网侧电压下降时，变流器虽然可以通过增加电流来努力使功率输出维持恒定，但是功率器件的电流必须在允许的最大限值以内，一旦超过限值过电流会导致功率半导体器件IGBT结

7、温过高而损坏;为了防止功率变换系统的损坏，控制系统就会启动变流器的自保护采取停机措施，但是如果变流器冷却系统确实能够使IGBT在一定时间内IGBT结的温度保持在允许范围，还是可以允许功率器件的电流短时超限。基于鲁棒控制的运行周期的控制模式，可以限定双馈风电机组输出的有功功率，向电网输出最大电能，并且降低机组输出的无功功率以确保最大的有功功率输出。变流器系统在鲁棒控制下限定某些运行参数可以使风电机组可以在电网电压波动时继续并网运行;也就是说，这种“软穿越”技术的应用，允许风电机组在更宽的电压和频率范围内运行，提高了风电机组对电网的适应性和自身运行的稳

8、定性，同时还可以稳定电网。双馈风电机组可以实现的软穿越范围如图3所示。图3SRT曲线SRT曲线可以在一定程度上实现LVRT