雙饋異步風力發(fā)電系統(tǒng)穿越電網(wǎng)故障運行研究.pdf

1、近年來，國內(nèi)外風力發(fā)電產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展，大規(guī)模風電接入帶來了電網(wǎng)穩(wěn)定性和電力調(diào)度困難等問題，因此各國風電接入標準要求風電場及其風電機組具備更強的抵御電網(wǎng)故障的能力。雙饋異步發(fā)電機(DFIG)的定子在并網(wǎng)運行中與電網(wǎng)直接相連，電網(wǎng)故障容易對DFIG的運行特性產(chǎn)生影響，甚至造成機組故障脫網(wǎng)，因此值得對雙饋風電機組“穿越”電網(wǎng)故障的相關(guān)技術(shù)問題進行深入研究。
　　本文針對接入到大電網(wǎng)的雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)“穿越”電網(wǎng)故障的相關(guān)技術(shù)問題開展研究，

2、工作重點在于電網(wǎng)故障下的DFIG特性和雙饋變流器控制。通過理論分析、控制方法提出、仿真研究和實驗驗證，力求全面、準確、深入的完成課題研究工作，取得一些兼具科研學術(shù)和工程應(yīng)用價值的成果。
　　1.為了滿足電網(wǎng)故障下對雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)的研究，建立了在三相靜止坐標系、兩相靜止坐標系和兩相同步旋轉(zhuǎn)系下的DFIG暫態(tài)數(shù)學模型。分別采用ABC劃分方案和對稱分量法，揭示了實際電力系統(tǒng)中電壓跌落故障類型的變化規(guī)律和機組并網(wǎng)端電壓的跌落特點。綜合考

3、慮電網(wǎng)電壓跌落和恢復兩個過程，對電網(wǎng)不對稱跌落下的DFIG電磁響應(yīng)過渡過程進行了定性描述和定量分析，重點對定子暫態(tài)磁鏈引起的轉(zhuǎn)子電壓響應(yīng)進行了理論計算和仿真研究，提出了根據(jù)正序和負序電網(wǎng)電壓分別求解定子磁鏈和轉(zhuǎn)子電壓動態(tài)響應(yīng)的方法，采用矢量軌跡圖直觀地描述了這一動態(tài)響應(yīng)過程。研究發(fā)現(xiàn)定子磁鏈暫態(tài)分量和轉(zhuǎn)子過壓是影響DFIG系統(tǒng)控制性能的主要因素，這為控制軟件改進和硬件保護設(shè)計提供了理論依據(jù)。
　　2.基于定子磁鏈或定子電壓定向的矢

4、量控制，通過在轉(zhuǎn)子控制中添加轉(zhuǎn)子反電動勢前饋補償項，能夠增強電機側(cè)變流器(RSC)在電網(wǎng)電壓小幅跌落下的連續(xù)運行能力。針對電網(wǎng)電壓對稱跌落，提出了一種基于比例積分諧振(PI-R)調(diào)節(jié)器的磁鏈有源衰減RSC改進控制算法。通過控制轉(zhuǎn)子電流加快定子暫態(tài)磁鏈衰減并消除磁鏈振蕩，從而降低轉(zhuǎn)子過壓和過流，使跌落發(fā)生后的DFIG盡快進入穩(wěn)態(tài)控制，獲得更加平穩(wěn)的定子無功補償電流和電磁轉(zhuǎn)矩。應(yīng)用PI-R調(diào)節(jié)器不但提高了RSC對轉(zhuǎn)子暫態(tài)過壓的抗擾性，而且保

5、證了磁鏈有源衰減算法中對暫態(tài)轉(zhuǎn)子電流的控制精度。基于轉(zhuǎn)子控制系統(tǒng)的頻域特性分析，給出了PI-R調(diào)節(jié)器參數(shù)的設(shè)計原則。通過仿真和實驗驗證了理論分析的正確性和改進算法的有效性。此外，對低電壓穿越（LVRT）期間RSC的電壓和電流輸出能力進行分析，揭示了在嚴重電網(wǎng)故障下依靠變流器控制的局限性、以及雙饋系統(tǒng)采用一定的硬件保護措施實現(xiàn)LVRT的必要性。
　　3.對電網(wǎng)電壓不對稱跌落故障下的DFIG系統(tǒng)控制進行了深入研究。建立了不平衡電網(wǎng)電壓

6、下的DFIG系統(tǒng)數(shù)學模型。在不平衡電網(wǎng)電壓下，分別采用基于正、負序雙同步旋轉(zhuǎn)坐標系（雙SRF）下的雙PI電流環(huán)矢量控制、和基于正序SRF下的PI-R電流矢量控制，實現(xiàn)了RSC與電網(wǎng)側(cè)變流器(GSC)的協(xié)同控制目標。針對電網(wǎng)電壓不對稱跌落故障，提出了基于PI-R調(diào)節(jié)器的磁鏈有源衰減RSC改進控制算法，實現(xiàn)了不平衡電網(wǎng)電壓下的穩(wěn)態(tài)控制和不對稱跌落下的暫態(tài)性能改進，有效消除了定子磁鏈振蕩和電磁轉(zhuǎn)矩脈動，減小轉(zhuǎn)子過壓和定、轉(zhuǎn)子過流。通過仿真驗證

7、了改進控制算法的有效性。此外，對不對稱跌落下RSC的電壓和電流輸出能力進行了分析。
　　4.針對MW級雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)的LVRT控制技術(shù)進行研究。在綜合考慮硬件保護措施和RSC改進控制算法及其輸出容量限制的基礎(chǔ)上，提出了雙饋風電系統(tǒng)LVRT控制和實現(xiàn)方案，適用于電網(wǎng)電壓不同深度的對稱和不對稱跌落故障。給出了硬件保護裝置轉(zhuǎn)子側(cè)主動式crowbar和dc-chopper電阻值的選取原則。對雙饋機組無功補償控制進行研究和改進，通過GSC