雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)在電網(wǎng)故障和不平衡條件下控制技術(shù)研究.pdf

1、雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的變流器容量?jī)H為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)差率容量,與直驅(qū)型風(fēng)電系統(tǒng)中的全功率變換器相比,具有體積小、重量輕和損耗低等優(yōu)點(diǎn),因此目前雙饋感型風(fēng)電機(jī)組在1WM以上的風(fēng)電機(jī)組中占據(jù)著主導(dǎo)地位,是國(guó)際風(fēng)電機(jī)組研制的主流技術(shù)。然而大規(guī)模風(fēng)電的發(fā)展,要求并網(wǎng)運(yùn)行的風(fēng)電機(jī)組能夠滿足和適應(yīng)電力系統(tǒng)運(yùn)行的需要而具備低電壓穿越能力和抵御電網(wǎng)電壓不平衡影響的能力。本文圍繞雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)的低電壓穿越技術(shù)和電網(wǎng)電壓不平衡條件下的控制技術(shù)進(jìn)行了較為深入的研究,主要內(nèi)

2、容如下:
　　電網(wǎng)故障時(shí)雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)的電磁暫態(tài)特性對(duì)于分析其在故障期間的的行為和實(shí)現(xiàn)低電壓穿越控制是非常重要的,目前對(duì)稱(chēng)故障下雙饋電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)短路的電磁暫態(tài)特性的研究比較清楚,但缺少不對(duì)稱(chēng)故障轉(zhuǎn)子側(cè)短路情況下的電磁暫態(tài)特性的理論分析。本文在對(duì)稱(chēng)故障研究的基礎(chǔ)上,對(duì)其在不對(duì)稱(chēng)故障轉(zhuǎn)子側(cè)短路情況下的暫態(tài)特性進(jìn)行了理論分析,首先建立了雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型,然后利用其空間矢量模型對(duì)相關(guān)參量的數(shù)學(xué)表達(dá)式進(jìn)行了理論推導(dǎo),仿真結(jié)果驗(yàn)證了理論

3、分析的正確性。從磁鏈、電流、功率和轉(zhuǎn)矩的數(shù)學(xué)表達(dá)式分析可知,定子磁鏈負(fù)序分量是引起故障期間定子電流不對(duì)稱(chēng)、轉(zhuǎn)子電流畸變、功率和電磁轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的根本原因。
　　Crowbar保護(hù)方案中的Crowbar電阻的選取是實(shí)施有效保護(hù)的關(guān)鍵。目前其選取的范圍是基于特定運(yùn)行條件下和一系列近似處理之上通過(guò)數(shù)學(xué)推導(dǎo)給出的,因此存在誤差,并且該取值范圍的推導(dǎo)不是基于極端運(yùn)行條件得出的,也沒(méi)有綜合考慮其對(duì)功率、電磁轉(zhuǎn)矩的影響。針對(duì)上述不足,本文提出了一種

4、 Crowbar電阻選取的方法,首先考慮故障前的運(yùn)行條件對(duì)轉(zhuǎn)子電流的影響,通過(guò)仿真得出了確定Crowbar電阻值的極端運(yùn)行條件,然后在該條件下,根據(jù)Crowbar電阻對(duì)轉(zhuǎn)子電流大小的抑制和定子電流大小、功率和電磁轉(zhuǎn)矩抑制的一致性,提出了在Crowbar投入時(shí)盡量抑制轉(zhuǎn)子電流大小和兼顧考慮Crowbar電阻壓降不能超出轉(zhuǎn)子變換器的最大輸出電壓的原則確定Crowbar電阻取值的方法。仿真結(jié)果驗(yàn)證了采用該方法確定的Crowbar電阻實(shí)現(xiàn)故障穿

5、越的有效性。研究表明,由該方法確定Crowbar電阻的取值所構(gòu)成的保護(hù)方案,可以對(duì)定轉(zhuǎn)子電流、功率、電磁轉(zhuǎn)矩的振蕩達(dá)到最大的抑制。
　　電網(wǎng)故障時(shí)定子磁鏈中的故障分量會(huì)在轉(zhuǎn)子側(cè)感應(yīng)很高的過(guò)電壓,為了防止轉(zhuǎn)子側(cè)過(guò)電流,則必須要求轉(zhuǎn)子變換器輸出很高的電壓與之抗衡,但這會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出變換器的電壓輸出能力;而滅磁控制是通過(guò)控制轉(zhuǎn)子電流來(lái)抵消定子磁鏈中故障分量對(duì)轉(zhuǎn)子側(cè)的作用的一種低電壓穿越方案,但電壓深度跌落時(shí)為了抵消定子磁鏈中故障分量的作用,

6、會(huì)使滅磁電流超過(guò)了變換器通流極限致其損壞。本文針上述方案的不足,提出了轉(zhuǎn)子側(cè)變換器改進(jìn)的故障穿越控制策略,利用轉(zhuǎn)子變換器的輸出電壓裕量來(lái)構(gòu)造虛擬阻抗來(lái)減小了故障時(shí)所需的滅磁電流的大小,在深度跌落時(shí),也可以保證滅磁電流小于轉(zhuǎn)子變換器的最大允許電流;網(wǎng)側(cè)變換器的負(fù)載電流前饋的低電壓穿越控制策略由于忽略了輸入濾波器的損耗,故障時(shí)直流鏈電壓的波動(dòng)較大,為了減小直流電壓的波動(dòng),本文提出了網(wǎng)側(cè)變換器改進(jìn)的故障穿越控制策略,考慮輸入濾波器的損耗,前饋

7、電流用變換器側(cè)功率來(lái)計(jì)算。仿真結(jié)果驗(yàn)證了改進(jìn)的機(jī)側(cè)和網(wǎng)側(cè)變換器實(shí)現(xiàn)低電壓穿越的有效性。研究表明,與原控制策略相比,改進(jìn)的機(jī)側(cè)和網(wǎng)側(cè)故障控制策略在電網(wǎng)電壓出現(xiàn)嚴(yán)重故障時(shí)也能夠有效的抑制轉(zhuǎn)子變換器的過(guò)電流和直流鏈電壓的過(guò)大波動(dòng),從而提高了風(fēng)電機(jī)組實(shí)現(xiàn)低電壓穿越的能力。
　　在不平衡控制中,正負(fù)序分量的分解實(shí)施控制的前提,可以使用低通濾波器或者陷波器完成,但濾波器分離的速度慢,有較大的延時(shí),從而會(huì)影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性;再者要求以高的階數(shù)來(lái)保