低电压穿越仿真分析

1、双馈风力发电机低电压穿越研究陈 达 翁德明 梁世民 金希龙（台州电业局输电运检工区，浙江 临海317000 ）摘要：低电压穿越已经成为双馈风机大规模并网的一个瓶颈。本文首先分析了电网电压骤降对双馈风机产生的影响，并提出了将双馈风机直流侧电容通过双向并联的二极管与太阳能发电站直接相连，以提高双馈风机低电压穿越的能力，进而增强电网电压的稳定性。关键词：双馈风机；低电压穿越；双向并联二极管；稳定性 Low Voltage Ride-Through Technology on DFIGCHEN Da WengDe-ming LiangShi-min JinXi-long(Taizhou Electri

2、c Power Bureau, Transmission Operation and Maintenance Work Area, Lin Hai 317000,China)ABSTRAC: Low Voltage Ride-Through Technology has become a bottleneck for DFIG in large scale connected with grid. The impact of grid voltage dips on DFIG is analyzed in this paper.The DC side capacitor of DFIG con

3、nected with the solar power station directly through a two-way parallel diodes is proposed. The ability of low voltage Ride-Through Technology for DFIG is improved. The stability of power system voltage is enhanced. Key words：DFIG； Low Voltage Ride-Through；two-way parallel diodes ; stability;0 引言随着能

4、源消耗的日益增长和环境的不断恶化，世界各国把可再生无污染的新型清洁能源作为可持续发展的重点。风能是一种取之不尽、无污染、具有大规模开发利用前景的能源。而风力发电是新能源中技术最成熟、最具规模开发条件和商业化发展前景的发电方式之一1-3。双馈风机在风力发电中得到广泛应用主要因为风力发电机能通过控制转子侧励磁、相位、幅值的控制来实现双馈风机的变速恒频，同时能够对双馈风机有功、无功的输出进行有效控制，从而进一步增强电网的稳定性。但双馈风机的控制系统受电网电压波动的影响较大。当电网电压降低时双馈风机不能对其输出的有功、无功进行有效控制，使得电网电压情况进一步恶化。严重时将会导致整个风电场拖网，造成局部

5、电网瘫痪。因此低电压穿越已经成为风力发电大规模并网的瓶颈。目前采用的低电压穿越的主要方法有：直流侧Crowbar、变桨距等方法。直流侧Crowbar是利用电阻将直流电容的能量消耗掉。其缺点是当电网电压波动引起直流电容电压降低时不能维持电容电压的稳定性。变浆距的缺点主要是；当电网动荡时，需要额外的储备电源对变浆距装置进行启动。本文提出了采用DFIG风电机组的直流电容侧与太阳能发电站相结合的方式来提高风力发电机组低电压穿越的能力，以达到双馈风力发电机组大规模并网的目的4-6。1、双馈风力发电机的数学模型图1双馈风力发电机组图2双馈风力发电系统等效电路 双馈风力发电系统的结构示意图如图1所示，其等值

6、电路图如图2。图中下标s、r和g分别表示发电机定子侧、发电机转子侧和GSC交流侧的参数，上标s表示该矢量是在静止坐标系下的矢量。1.1 RSC数学模型在同步旋转坐标系下，当d轴定向于定子电压时，电机的电压方程可表示为： (1) (2)其中： (3)稳态运行条件下，忽略定子电阻，由(1)可得 (4)将(4)代入(3)，可得 (5)将(5)和(3)代入(2)，整理得到转子电流的状态方程 (6)式中为转差角速度，为电机的漏磁系数。，其中远大于、为定、转子磁链矢量,、为定、转子电流矢量。发电机定子输出的功率可见，通过控制转子电流和可以实现对定子绕组有功功率和无功功率的解耦控制。而对转子电流和的控制是通

7、过RSC输出电压和的控制间接实现的。1.2 GSC数学模型在同步旋转坐标系，d轴以电网电压定向，则GSC交流侧的数学模型可表示为 (8)忽略Rg和变频器上的功率损耗，GSC交直流侧的有功功率平衡，即 (9)由式(9)可得 (10) 2、电网电压骤降对双馈风机的影响分析 按照定子短路故障下的电机瞬态分析方法，将式(3)代入式(2)并进行拉普拉斯变换可得DFIG定、转子瞬态短路电感为： （11）即短路故障发生瞬间，定子电枢反应磁通和转子励磁磁通经过定、转子漏磁路，如图3所示。 图3(a)定子等效回路 图3（b）转子等效回路将（11）式带入（3）式可得 （12）由式（12）可知当电网电压发生故障时，

8、定子侧磁链来不及变化，而转子侧磁链非常小，这使得、迅速变大7-12。3、双馈风机的控制策略电网电压骤降之后，DFIG的定子绕组中将产生很大的电流，又由于定、转子之间存在电磁耦合作用，导致转子电流增大，转子电流流过直流电容，即使转子侧变流脉冲器封锁，电流也会流过反向二极管给直流电容充电。又因为网侧电压的波动，致使对电容电压的控制能力减弱。直流电容上过剩的能量不能及时输送到电网，电容电压迅速上升，严重时将导致电容损毁。本文针对双馈风力发电机直流电容电压稳定性的问题提出了采用双馈风机的直流电容与太阳能发电站通过双向并联的二极管直接相连的形式以提高的稳定性。图4 直流侧电容与太阳能发电站连接示意图当电

9、压高于，二极管导通，电能由流向太阳能发电站。太阳能发电站再将能量直接输送给用户，同时双馈风机向系统发出无功，以增强电网的稳定性。当电压低于时，电能由太阳能发电站流向，以使电压保持恒定。从而使转子侧的励磁电流在电网电压波动的情况下得到有效控制。利用太阳能发电站提高双馈风机的低电压穿越能力主要因为太阳能发电站具有以下特点：(1)太阳能发电站具有储能装置。(2)太阳能发电站电压比较稳定。(3)太阳能发电分为直流和交流两种系统。(4)太阳能发电性能稳定，使用寿命长。(5)太阳能分布及其广泛。4、仿真验证为了验证所提控制策略的优越性，本文在下进行了仿真实验。本文选取额定功率为的风机为研究对象，其主电路参

10、数如下：发电机有功功率，功率因数，极对数，定子侧线电压，电网频率，定子侧电阻、电感标幺值分别为，转子侧电阻电感标幺值分别为,互感，网侧变换器进线电阻，进线电抗，直流侧电容，直流侧电压。 将双馈风机与容量为，直流输出母线电压为1200伏的光伏发电通过双向并联的二极管直接相连。 基本风速为10m/s，双馈风机在运行3s后，定子侧A相发生短路，故障时间为0.7s。仿真结果如图5a-图5d所示：图5a说明，双馈风力发电机故障后，定子侧有功功率输出减少。图5b说明双馈风机发生故障后，双馈风机的无功功率输出增加，以维持机端电压的稳定。 图5c说明，在双馈风机故障的情况下，双馈风机的直流电容电压能够保持稳定

11、，保证双馈风机的正常运行。 图5d说明，故障消除后机端电压能够很快稳定下来。5、结论本文建立了双馈风机的数学模型，分析了电压骤降对双馈风机产生的影响，提出了增强双馈风机低电压穿越能力的方法。通过对仿真结果的分析表明，双馈风机直流侧电容通过双向并联的二极管直接与太阳能发电站相连能够提高双馈风力发电机低电压穿越的能力，保证了电网的安全稳定运行。参考文献【1】闫广新，李江，张峰，晁勤.变速双馈风电机组低电压穿越功能仿真.2009，25（6）:49-52.【2】李建林，赵栋利，李亚西，等适合于变速恒频双馈感应发电机的Crowbar对比分析可再生能源，2006(5)：5760【3】杨淑英.双馈型风力发电

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