电网不对称故障下双馈风电机组的暂态特性

摘要

双馈风电机组作为我国风电场的主流机型，在电网故障下呈现的暂态特性影响风电场乃至电网的安全稳定运行。不对称故障在电网中发生的比例远大于其它类型的故障，研究双馈风电机组在不对称故障下的暂态特性，有助于优化双馈风电机组的性能，为DFIG及其接入系统的保护配置提供参考，保证风电系统的稳定运行，促进风电行业的发展。
　　在研究分析双馈风电机组结构、数学模型和控制策略的基础上，构建了不对称故障下的双馈机组数学模型。基于空间矢量概念，建立了电网不对称故障下DFIG在正向同步旋转坐标系的正序数学模型、在反向同步旋转坐标系的负序数学模型，并推导了双馈发电机的磁链表达式、双馈发电机定、转子的电流表达式及定子功率和电磁转矩表达式。基于PSCAD平台构建双馈风电机组并网模型，对电网不对称故障下双馈发电机的磁链、定转子的电流、功率及电磁转矩进行了仿真研究。研究发现：电网不对称故障时，双馈风电机组定、转子电流增大，定子电流不对称，转子电流波形发生畸变，定子功率和电磁转矩存在波动问题；对于具备LVRT能力的双馈风电机组，Crowbar保护电路的投入虽可抑制故障期间定、转子过电流，但Crowbar退出运行后，转子电流仍在一段时间内存在波动，直流母线存在过电压，对变换器造成二次影响；
　　分析了Crowbar运行参数对DFIG暂态特性的影响。研究表明不同Crowbar阻值和投切时间是影响转子电流的幅值和衰减时间的关键因素。针对常用的主动式Crowbar技术在应对电网不对称故障时存在不足，提出了计及转子负序电流的Crowbar电路退出判据，完善Crowbar电路投切策略。并在变换器直流环节加入与转子侧Crowbar配合的主动式变阻值DC-chopper电路，解决直流母线的过电压问题。研究结果表明提出LVRT改进技术能够提高电网不对称故障下DFIG的运行性能，有助于电网恢复，保证风电系统稳定运行。
　　本论文依托国家自然科学基金项目“基于风电并网技术规定及运行特征的自适应保护研究”（项目编号：51267019）的资助。