双馈风力发电系统在电网三相短路故障下响应与保护

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1、第38卷第6期电力系统保护与控制V_0l-38NO．62010年3月16日PowerSystemProtectionandControlMar．16．20lO双馈风力发电系统在电网三相短路故障下的响应与保护郭家虎，张鲁华，蔡旭(1．安徽理工大学电气与信息工程学院，安徽淮南232001；2．上海交通大学风力发电研究中心，上海200240)摘要：为了研究双馈感应风力发电机组的低电压穿越以及故障保护技术，根据双馈风力发电系统的数学模型采用数学解析的方法详细地分析了双馈感应发电机和变换器在三相电网短路故障时的动态响应特性；推导出了三相电网短路故障时双馈发电

2、机的故障电流最大值及其发生时刻；并在此基础上，研究了双馈风力发电机的转子保护电路的具体设计方法及计算依据关键词：风力发电；双馈发电机；三相短路；低压穿越；转子保护ResponseandprotectionofDFIGsystemunderthree-phaseshortcircuitfaultofgridGUOJia．hu，一，ZHANGLu．hua2，CAIXu(1．AnhuiUniversityofScienceandTechnology，Huainan232001，China；2．ShanghaiJiaoTongUniversity，Shan

3、ghai200240，China)Abstract：Toresearchthetechnologyofgridfaultride—throughandprotectionofdoubly·fedinductiongenerator(DFIG)，theresponsesofDFIGandconve~erinthecaseofgridfaultareanalyzedindetail．First，thesimplespacevectormodelsarepresentedtoestimatethemoduliofDFIGstatorvoltageunde

4、rgridfault．Then，theresponseofDFIGandconverteringridfaultisdevelopedindetail，andthemaximumvalueoftheshort．current0fDFIGiSdetermined．Atlast，themethodoncrowbardesigniSproposed．Keywords~windpower；DFIG；three-phaseshortcircuit；lowvoltageridethrough；rotorprotection中图分类号：TM614文献标识码：A文

5、章编号：1674—3415(2010)06-0040．05电网故障下的动态响应和转子电路保护问题，但大0引言多数都是利用仿真工具使用图解的方式来进行分随着风力发电的快速发展，风电场的规模和单析，缺乏详细的理论分析和定量研究，没有给出转机容量不断增大，对并网型风电机组的运行要求也子保护电路(CROWBAR)的具体设计方法，对双日益严格。双馈风力发电机组是目前应用最广泛的馈风力发电机组故障时的保护和控制，没有具体的风电机组，它的发电机采用绕线式异步感应发电机，指导作用pJ；而且其分析多是集中在双馈感应发电其定子直接与电网相连，而转子则通过交直交变换机本

6、身，没有分析和考虑在电网电压跌落时变频器器与电网相连，对电网的敏感性较强，而且由于双的响应特性以及它和双馈发电机之间的相互影馈电机定子电压方程本身具有欠阻尼特性，所以当响[7．9]。电网出现故障等运行状态变化，尤其是电网出现三本文采用数学解析方法对双馈发电机及变频器相短路故障时，会造成发电机定转子电流突然增大，在电网三相短路故障下的动态响应问题进行了详细甚至造成双馈发电机和变频器过电流或过电压。为地定性和定量分析，推导出了电网三相短路故障时了保护发电机和变频器，以及满足电网规则对于风双馈发电机的故障电流最大值及其发生时刻：并在电机组的低电压穿越要求

7、，一般采用带CROWBAR此基础上，提出了双馈风力发电机的转子保护电路的转子保护电路来实现双馈型风力发电机组低电压的具体设计方法及计算依据，最后进行了仿真验证。状态下的运行uJ。1双馈风力发电系统的控制模型目前已经有很多文献讨论了双馈风力发电机通过图1所示的双馈风力发电系统的等效电路图基金项目：安徽高校省级自然科学研究项目(KJ2007B006)；可以建立起以空问矢量形式表示的数学模型[m]：上海市科委项目(08DZ1200504)郭家虎，等双馈风力发电系统在电网三相短路故障下的响应与保护．41．其DFIG中⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．_M+斗f

8、r=一专+丁1(10)LsLrLrE；vlLjv一其中：——I2rrt=一-t-。LrGLm^^^rrn1：_RV“V1：