几种风力发电机组低电压穿越技术分析

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1、第32卷第6期东北电力大学学报Vo1．32．No．6JournalOfNortheastDianliUniversityDeC．，20122012年12月文章编号：1005—2992(2012)06—0018—04几种风力发电机组低电压穿越技术分析华泽嘉，高聚，陶维殉2，路凯2(1东北电力大学能源与动力工程学院，吉林吉林132012；2．国电龙源电力技术工程有限责任公司，北京100039)摘要：近年来风力发电占电力系统比重增长迅速。在电网出现故障导致电压跌落后，风力机组如果纷纷解列会带来系统暂态不稳

2、定，并可能造成局部甚至是系统全面瘫痪，故人们开始关注风机并网并相应提出了低电压穿越(LVRT)要求。文中以北方某风电场中安装的双馈异步风力发电机(DFIG)和直驱永磁风力发电机(PMSG)两种机型为实例，在分析了二者实现低电压穿越功能原理的同时，利用电力系统仿真分析软件PSASP对两种机型的低电压穿越能力进行仿真，并根据仿真结果给出两种机型实际工作中的低电压穿越能力的最低电压限值。最后通过对比，分析两种机型各自低电压穿越能力的优越性。关键词：双馈异步风力发电机；直驱永磁风力发电机；低电压穿越；最低电

3、压限值中图分类号：TM614文献标识码：A近几年来，在国家新能源政策的扶持下，作为技术最为成熟、最具大规模开发价值的风力发电迅速发展，装机容量逐年上升。截至2010年底，全国风电装机容量已达到4000万千瓦，年均增长率超过100％。然而去年酒泉风电基地风机大规模脱网导致电网波动异常这一事故给风电的进一步发展带来了诸多问题和思考，为此在国调中心组织的“防止风电大规模脱网重点措施”的讨论会上，对风电机组和风电场提出了诸多要求。其中最主要的就是强调风电机组的低电压穿越能力。一般情况下，若电网发生故障，其导

4、致的电压跌落会给风电机组带来一系列危害机组本身及其控制系统正常运行的暂态过程：如过电压、过电流、风机转速上升等，此时风电机组就会实施被动式的自我保护而立即自行解列，这在风电的电网穿透率较低时是可以被电网所接受的。但是当风电的电网穿透率较高时，如果电网发生故障，风电机组自行解列，不但会增加电网恢复难度，甚至会加剧电网故障，从而导致系统其他机组解列。为此电网要求风力发电机组应具有在电力系统有较大波动时保持不脱网运行，并向电网提供无功功率支持电网恢复的能力，这就是风电机组的低电压穿越特性(LVRT—low

5、voltageridethrough)。目前我／，电蕞开始跌落／风电场维持并网／／／／／场跳闸一／00625l234时间(s)图1风电场LVRT标准收稿日期：2012—09—14作者简介：华泽嘉(1983一)，男，吉林省吉林市人，东北电力大学能源与动力工程学院助教，硕士，主要研究方向：风电场节能第6期华泽嘉等：几种风力发电机组低电压穿越技术分析19并根据仿真结果给出两种机型实际工作中的低电压穿越能力的最低电压限制。1双馈异步风机(DFIG)LVRT工作原理及并网模型本风场所安装的DFIG依靠以下三个

6、部件来实现LVRT功能：变流器、变桨系统、主控系统。作用原理如下：DFIG在电网发生故障时，往往是因为转子侧的变流器为防止暂态过电流(通常为额定电流的2～3倍)对其的损害而退出运行，从而无法控制励磁电流导致失去对电磁转矩的控制，使风机转速在短时间内急剧增加，当达到一定限值时风机就会实施自我保护退出运行。本风场安装的DF1G的变流器具有撬棒支路(有源Crow—bar模块)，用来当转子侧电流超过限定值时，旁路转子侧变流器，阻尼转子磁链。当转子磁链衰减后撬棒支路便可退出，变流器工作，控制能力恢复。但在撬棒

7、支路启动时，会使风电网场在短时间内失去控制。在撬棒支路工作的同时，变桨系统启用，降低风机捕风能力，重新建立机端电压。主控系统采用在线不间断电源，能在短时间内为PLC及相应控制回路供电。并网模型如图2所示图2DFIG并网模型(2)双馈感应风电系统的建模坐标系采用两相同步旋转坐标系，d轴超前q轴，派克变换采用恒功率变换：Us=+，=+警，=+警=+警双馈感应电机转子运动方程：d1(∞=—D(￡)一)，=．2直驱永磁风机(PMSG)LVRT工作原理及并网模型相比DFIG而言，虽然PMSG与电网之间通过背靠

8、背全功率变流器实现完全隔离，但是当电网电压跌落时，网侧变流器会出现过电流，当对变流器采取限流措施后，由于直流侧输入功率大于输出功率，且变流器热容量有限，会使直流侧电压升高，损坏变流器。为此，本风场安装的PMSG在变流器结构中配备了基于PWM技术的制动单元，吸收直流侧输入大于输出的那部分功率，并以热能的形式散发出去。从而避免了变流器由于直流过电压造成的损坏，增电网强了系统的LVRT能力。在输出侧还配置了LC滤波装置，减少了输出谐波，提高了系统容量。并网模型如图3所示。图