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双馈风力发电机组低压穿越技术的应用(1)

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

  所属频道:  风力发电    关键词:  低压穿越 双馈机组 风力发电

风力发电是目前世界上最具有开发价值的可再生能源利用技术之一,近年来风力发电快速发展,大型风电场的并网运行已经成为风力发电发展的主流。风电场的并网运行也给并网和风电机组的运行安全带来了新课题,风力发电的随机性和不稳定可能给电网安全平稳运行带来不利因素,反过来电网运行的波动也会给风电机组的安全带来危害。例如当电网的运行电压过低时,并网运行的风电机组如果不及时动作就可能严重受损,同时也影响电力系统的运行稳定性。

风电机组低电压穿越(LVRT)能力是指当端电压降低到一定值的情况下,风电机组不脱离电网继续维持运行的能力,这种运行有时甚至还可以为系统提供一定无功支持以帮助电网系统恢复电压。

本文准备在分析低电压事件对双馈风电机组影响的基础上,提出一种基于软件控制的软穿越功能和基于硬件实现LVRT的控制方式,利用这种技术可以避免电网电压突降对风电机组的不利影响。

1.LVRT要求

德国电网公司提出的LVRT要求如图1。

图1 E ON LVRT曲线

该公司的标准明确指出了当端电压跌落到多少幅值时风力发电机组可以脱网以及与电网维持连接多长时间可以脱网的具体要求。

对于采用双馈感应发电机的风电机组系统,当电网发生故障电压跌落时,双馈电机定子的电流将会增大,并在转子侧感应出较大的电流。如果电网电压跌落较少,那么通过增大电流调节器的带宽可以限制电流上升,但是若电压跌落的幅度较大,那么转子侧的过电流会损坏直接串接在转子回路上的变流器内部功率器件,即使此时封锁转子侧变流器脉冲,转子电流也会通过续流二极管,造成变流器直流回路(变流器直流电路)电压升高,网侧变流器如果不能快速将能量送至电网,过电压就会导致母线电容损坏。也就是说,电网电压跌落对于双馈风电机组主要会产生两种结果。第一种结果,由于双馈变速风电机组在转子侧装有转子短路保护装置,电网电压的跌落导致转子侧电流或变流器直流电路电压超过限值规定时间后,转子侧变流器被转子短路保护装置旁路,但是机组的电网侧变流器仍与电网相连。第二种结果,当转子侧电流的升高不足危害到转子侧变流器时,转子短路保护装置不动作。但是在定子电压和磁通跌落的同时,双馈电机的输出功率和电磁转矩下降,如果输入风电机组的机械功率保持不变,那么电磁转矩的减少就会导致转子的转速增大,这时机组控制器必须及时调节桨距角减少机组捕获的风能及机械转矩,才有可能实现低电压穿越。

一台具有LVRT功能风电机组必须同时具备以下功能:①在端电压剧烈波动期间仍可保持并网;②电压下降时,控制器可以通过蓄能装置(液压蓄能器或蓄电池)进行变桨,以防止风轮过速;③在电压波动期间,保护变流器和发电机免受高电压和高电流的损害;④暂时关闭可能因暴露在低电压下而受到损害或可能因电路断路器动作或熔丝动作而跳闸的非关键子系统。

2.软穿越(SRT)技术

双馈风电机组结构简图如图2所示,双馈感应电机(DFIG)定子侧直接与电网相连,变流器系统向转子侧提供励磁电流。

图2 双馈风电机组结构简图

来源:上海清洁能源研究与产业促进中心
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