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双馈风力发电机组低压穿越技术的应用(2)

北极星电力网技术频道    作者:佚名   2013/8/7 9:46:43   

通过优化变流器系统的控制软件双馈风电机组可以实现LVRT功能,例如当电网电压下降至额定电压的70%时仍然可以与电网连接,这种技术称为软穿越(Soft-Ride-Through)。软穿越是基于鲁棒控制(Robust Control)概念的一种软件实现LVRT功能的方式。风电机组的控制主要包含两种方式,即增益表技术(Gain Scheduling Techniques)和鲁棒控制(Robust Control),经典的增益表技术是将非线性或时变系统在选定的工作点进行线性化,鲁棒控制则用于控制因风能不确定性所导致的动态特性变化。当网侧电压下降时,变流器虽然可以通过增加电流来努力使功率输出维持恒定,但是功率器件的电流必须在允许的最大限值以内,一旦超过限值过电流会导致功率半导体器件IGBT结温过高而损坏;为了防止功率变换系统的损坏,控制系统就会启动变流器的自保护采取停机措施,但是如果变流器冷却系统确实能够使IGBT在一定时间内IGBT结的温度保持在允许范围,还是可以允许功率器件的电流短时超限。基于鲁棒控制的运行周期的控制模式,可以限定双馈风电机组输出的有功功率,向电网输出最大电能,并且降低机组输出的无功功率以确保最大的有功功率输出。变流器系统在鲁棒控制下限定某些运行参数可以使风电机组可以在电网电压波动时继续并网运行;也就是说,这种“软穿越”技术的应用,允许风电机组在更宽的电压和频率范围内运行,提高了风电机组对电网的适应性和自身运行的稳定性,同时还可以稳定电网。双馈风电机组可以实现的软穿越范围如图3 所示。

图3 SRT曲线

SRT曲线可以在一定程度上实现LVRT,但如果在电网电压跌落至更低水平(如电网电压下降幅度超过额定电压的15%)时仍然要求风电机组保持运行不脱网,就必须增加发电机和变流器的容量,在敏感控制电路中使用不间断电源(UPS)和控制转子短路保护装置等,只有这样才能完全满足安全稳定运行的要求。

3.基于硬件实现LVRT控制

当电网电压跌落至很低时,如下降幅度超过额定电压的15%,并网系统很可能出现故障阻碍风电机组向电网输送能量;这时如果风速不变,风轮吸收的机械能不变,那么风力机吸收的机械能只能作为转动动量以更高的风轮转速的形式被存储,如果增加的能量不能及时释放或存储,那么会导致发电机的转子超速,进而导致发电机跳闸脱网,同时电网的低电压所产生的过电流会导致熔丝熔断、断路器跳闸或过热等故障。发电机可以存储磁能,当发电机端电压快速下降时,存储的磁能就会转化为过高电流,导致与发电机相连的变流器中的功率半导体器件失效。

为了在更苛刻条件下实现LVRT,双馈风电机组可以增加部分元件并辅以一定的控制策略,如图4所示。当电网电压跌落时,采用不间断电源UPS向机组主控制器和机组所需其他电压等级(230VAC和400VAC)的部件提供电源;为了在低电压事件中保护发电机,变流器包括转子短路保护装置电路由不间断电源供电,将发电机端的电压维持在容许范围内,必要时还应当停止对一个或多个非关键负载的供电,保护这些部件不受损害。

图4 硬件实现LVRT示意框图

来源:上海清洁能源研究与产业促进中心
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