電網(wǎng)電壓跌落下雙饋風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行控制與保護(hù)研究.pdf

1、隨著風(fēng)電在電網(wǎng)中比例快速提高，具有隨機(jī)性和間歇性特點(diǎn)的風(fēng)電并網(wǎng)將給系統(tǒng)的無功電壓穩(wěn)定運(yùn)行帶來較大影響。2011年以來，中國西北、華北等大規(guī)模風(fēng)電基地發(fā)生了多起風(fēng)電機(jī)組連鎖脫網(wǎng)事故。初步分析表明這幾起大面積風(fēng)電脫網(wǎng)事故與風(fēng)電機(jī)組的低電壓穿越能力、高電壓穿越能力以及無功電壓控制等密切相關(guān)。當(dāng)前雙饋風(fēng)電機(jī)組（Doubly-Fed Induction Generator, DFIG）已成為世界上風(fēng)電裝機(jī)的主流機(jī)型，也是在系統(tǒng)故障時(shí)發(fā)生連鎖脫網(wǎng)最

2、多的機(jī)組類型。為研究機(jī)組連鎖脫網(wǎng)原因和提出相應(yīng)措施，本文研究了電網(wǎng)電壓跌落下DFIG運(yùn)行控制與保護(hù)技術(shù)，主要研究內(nèi)容包括：
　　分析表明了在電網(wǎng)不對(duì)稱電壓跌落下提高 DFIG控制能力是應(yīng)對(duì)脫網(wǎng)的技術(shù)關(guān)鍵。提出了用于快速分離正負(fù)序分量的瞬時(shí)對(duì)稱分量計(jì)算法，并將其擴(kuò)展到分離轉(zhuǎn)子中非工頻的正負(fù)序分量。仿真對(duì)比表明大幅提高了不對(duì)稱電壓跌落下的控制響應(yīng)速度。提出將 DFIG電網(wǎng)電壓跌落下的控制過程分為四個(gè)階段，并給出了機(jī)/網(wǎng)側(cè)變流器不同階段

3、相應(yīng)的控制目標(biāo)和控制策略。提出了以轉(zhuǎn)子功率變化量為網(wǎng)側(cè)控制前饋項(xiàng)的控制策略，實(shí)現(xiàn)了機(jī)網(wǎng)側(cè)聯(lián)合統(tǒng)一控制，仿真結(jié)果表明顯著改善了電壓深度跌落下DFIG的控制性能。
　　研究了電網(wǎng)電壓恢復(fù)過程中DFIG連鎖脫網(wǎng)重要原因。深入分析了電壓跌落和恢復(fù)過程中的機(jī)端電壓相角跳變機(jī)理及其對(duì)矢量定向控制的影響。提出了機(jī)端電壓相角補(bǔ)償控制原理，改進(jìn)了現(xiàn)有的DFIG電壓跌落下控制策略：正常運(yùn)行及Crowbar退出階段，采用定子磁鏈定向控制；在Crowba

4、r投入階段，封閉轉(zhuǎn)子側(cè)變流器的脈沖，網(wǎng)側(cè)變流器保持正常工作；在電網(wǎng)電壓恢復(fù)階段采用相角補(bǔ)償控制。仿真和動(dòng)模試驗(yàn)結(jié)果表明電壓恢復(fù)階段，改進(jìn)的控制策略能夠有效抑制轉(zhuǎn)子過電流，從而降低機(jī)組脫網(wǎng)的風(fēng)險(xiǎn)。
　　撬棒（Crowbar）保護(hù)是DFIG實(shí)現(xiàn)低電壓穿越的主要方式。為研究集成Crowbar保護(hù)的DFIG交互影響及其連鎖脫網(wǎng)原因，分析了對(duì)稱電壓跌落下定轉(zhuǎn)子電流的計(jì)算方法，給出了投入Crowbar后定轉(zhuǎn)子電流峰值估算式以及Crowbar電

5、阻取值方法。分析了Crowbar保護(hù)風(fēng)電場無功功率特性和低電壓穿越特性。仿真研究表明風(fēng)電機(jī)組和風(fēng)電場之間存在較強(qiáng)暫態(tài)耦合，Crowbar保護(hù)對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性具有重要影響，Crowbar保護(hù)電阻取值和投切控制需要綜合考慮機(jī)組電氣應(yīng)力約束和系統(tǒng)無功支撐的需求。針對(duì)基于SCR的三相交流結(jié)構(gòu)和基于 IGBT的三相整流結(jié)構(gòu)的Crowbar保護(hù)方案，進(jìn)行了風(fēng)電場現(xiàn)場測試，數(shù)據(jù)表明Crowbar保護(hù)投入后應(yīng)在故障清除后1~2周期內(nèi)切出，避免在故障恢復(fù)期

6、間，因風(fēng)電機(jī)組異步運(yùn)行從系統(tǒng)吸收大量無功，對(duì)系統(tǒng)恢復(fù)產(chǎn)生不利影響；有源 Crowbar保護(hù)具有較好的可控性，可以達(dá)到更加優(yōu)異的系統(tǒng)特性，并保有足夠的可靠裕度，能有效增強(qiáng)風(fēng)電場對(duì)電網(wǎng)故障的應(yīng)對(duì)能力。
　　基于實(shí)際風(fēng)電外送電網(wǎng)拓?fù)浜蛥?shù)建模，仿真重演了某實(shí)際風(fēng)電場的風(fēng)電機(jī)組連鎖脫網(wǎng)事故的暫態(tài)過程?；诜抡娼Y(jié)果分析了該暫態(tài)過程中風(fēng)電機(jī)組和無功補(bǔ)償裝置的動(dòng)態(tài)無功響應(yīng)能力，并提出了綜合考慮以上動(dòng)態(tài)無功響應(yīng)能力的大規(guī)模風(fēng)電場全過程無功電壓緊急