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

1、近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展，大規(guī)模風(fēng)電接入帶來(lái)了電網(wǎng)穩(wěn)定性和電力調(diào)度困難等問(wèn)題，因此各國(guó)風(fēng)電接入標(biāo)準(zhǔn)要求風(fēng)電場(chǎng)及其風(fēng)電機(jī)組具備更強(qiáng)的抵御電網(wǎng)故障的能力。雙饋異步發(fā)電機(jī)(DFIG)的定子在并網(wǎng)運(yùn)行中與電網(wǎng)直接相連，電網(wǎng)故障容易對(duì)DFIG的運(yùn)行特性產(chǎn)生影響，甚至造成機(jī)組故障脫網(wǎng)，因此值得對(duì)雙饋風(fēng)電機(jī)組“穿越”電網(wǎng)故障的相關(guān)技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行深入研究。
　　本文針對(duì)接入到大電網(wǎng)的雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)“穿越”電網(wǎng)故障的相關(guān)技術(shù)問(wèn)題開(kāi)展研究，

2、工作重點(diǎn)在于電網(wǎng)故障下的DFIG特性和雙饋?zhàn)兞髌骺刂?。通過(guò)理論分析、控制方法提出、仿真研究和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，力求全面、準(zhǔn)確、深入的完成課題研究工作，取得一些兼具科研學(xué)術(shù)和工程應(yīng)用價(jià)值的成果。
　　1.為了滿足電網(wǎng)故障下對(duì)雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的研究，建立了在三相靜止坐標(biāo)系、兩相靜止坐標(biāo)系和兩相同步旋轉(zhuǎn)系下的DFIG暫態(tài)數(shù)學(xué)模型。分別采用ABC劃分方案和對(duì)稱分量法，揭示了實(shí)際電力系統(tǒng)中電壓跌落故障類型的變化規(guī)律和機(jī)組并網(wǎng)端電壓的跌落特點(diǎn)。綜合考

3、慮電網(wǎng)電壓跌落和恢復(fù)兩個(gè)過(guò)程，對(duì)電網(wǎng)不對(duì)稱跌落下的DFIG電磁響應(yīng)過(guò)渡過(guò)程進(jìn)行了定性描述和定量分析，重點(diǎn)對(duì)定子暫態(tài)磁鏈引起的轉(zhuǎn)子電壓響應(yīng)進(jìn)行了理論計(jì)算和仿真研究，提出了根據(jù)正序和負(fù)序電網(wǎng)電壓分別求解定子磁鏈和轉(zhuǎn)子電壓動(dòng)態(tài)響應(yīng)的方法，采用矢量軌跡圖直觀地描述了這一動(dòng)態(tài)響應(yīng)過(guò)程。研究發(fā)現(xiàn)定子磁鏈暫態(tài)分量和轉(zhuǎn)子過(guò)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(jìn)和硬件保護(hù)設(shè)計(jì)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(guò)在轉(zhuǎn)子控制中添加轉(zhuǎn)子反電動(dòng)勢(shì)前饋補(bǔ)償項(xiàng)，能夠增強(qiáng)電機(jī)側(cè)變流器(RSC)在電網(wǎng)電壓小幅跌落下的連續(xù)運(yùn)行能力。針對(duì)電網(wǎng)電壓對(duì)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(jìn)控制算法。通過(guò)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(guò)壓和過(guò)流，使跌落發(fā)生后的DFIG盡快進(jìn)入穩(wěn)態(tài)控制，獲得更加平穩(wěn)的定子無(wú)功補(bǔ)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(duì)轉(zhuǎn)子暫態(tài)過(guò)壓的抗擾性，而且保

5、證了磁鏈有源衰減算法中對(duì)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(jì)原則。通過(guò)仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了理論分析的正確性和改進(jìn)算法的有效性。此外，對(duì)低電壓穿越（LVRT）期間RSC的電壓和電流輸出能力進(jìn)行分析，揭示了在嚴(yán)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(hù)措施實(shí)現(xiàn)LVRT的必要性。
　　3.對(duì)電網(wǎng)電壓不對(duì)稱跌落故障下的DFIG系統(tǒng)控制進(jìn)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(xué)模型。在不平衡電網(wǎng)電壓下，分別采用基于正、負(fù)序雙同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)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(shí)現(xiàn)了RSC與電網(wǎng)側(cè)變流器(GSC)的協(xié)同控制目標(biāo)。針對(duì)電網(wǎng)電壓不對(duì)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(jìn)控制算法，實(shí)現(xiàn)了不平衡電網(wǎng)電壓下的穩(wěn)態(tài)控制和不對(duì)稱跌落下的暫態(tài)性能改進(jìn)，有效消除了定子磁鏈振蕩和電磁轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，減小轉(zhuǎn)子過(guò)壓和定、轉(zhuǎn)子過(guò)流。通過(guò)仿真驗(yàn)證

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