CN102684217A - 基于定子电压突升的双馈风力发电机组低电压穿越技术研究方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种基于定子电压突升的双馈风力发电机组低电压穿越技术研究方法，其特征在于：（1）双馈电机在电网电压跌落和恢复过程中其暂态特性是相似的，都会在定子磁链中产生逐渐衰减的直流分量，并会在电机的定、转子侧产生过电流（2）在定子侧同步并网前，通过控制转子侧变流器的励磁电流可以在定子侧产生不同的定子电压，此时闭合定子接触器实现定子电压突升可以模拟电网电压恢复过程；（3）在网压恢复过程中转子侧产生过压及过流，可以按照一定的逻辑触发Crowbar装置动作以保护变流器。通过此方法可以验证在网压故障及恢复过程中双馈电机的暂态特性及Crowbar装置的保护特性。该方法不需增加额外的设备，简单、方便。
Description
技术领域
本发明涉及一种风力发电机组的并网方法，尤其涉及一种风力发电机组并网变流器低电压穿越控制方法。
背景技术
如今在世界范围内，风力发电已经成为了一种广泛使用的新能源发电方式，但目前大多数风力发电机在电网发生故障的情况下脱网保护，不能像常规的发电机一样在故障的时候向电网提供电压和频率的支撑，这样会对电力系统的稳定性产生一定的影响，特别是近年来风力发电装机容量迅速增长，为了尽量减小因脱网保护给电网带来的安全隐患，适应智能电网建设的要求，电力系统对风力发电机组的运行提出了一系列的要求，主要包括：电网频率控制、无功功率和电网电压控制、低电压穿越控制以及电能质量控制等。其中，低电压穿越控制技术被认为是对风力发电机组控制技术的设计提出的最大挑战。
风力发电机组的低电压穿越能力是指在风机并网点电压跌落时，风机能够在一定时间内保持并网，甚至向电网提供一定的无功功率以支持电网恢复，直到电网电压恢复正常，从而“穿越”这个低电压时间。目前各国都在相继制定新的电网运行准则，要求风电系统具有一定的低电压穿越能力。中国的电网运行准则目前还在制定中，暂时还没有明确的规定。最具代表性的是德国电网运营商E.ON Netz对风电场风力机组提出的低电压穿越要求，该公司要求当端电压跌至额定电压的15%时，风力发电机组能够维持运行625ms，当风力发电机组端电压在其额定电压的90%及以上时风力发电机组能够持续正常运行。
要进行低电压穿越技术的验证，就需要有专门的设备来模拟电网电压的跌落及恢复，从而对风力发电系统进行测试，这种设备称为低电压模拟装置或电压跌落发生器。国外针对风力发电使用的低电压模拟装置的研究较多，常用的几种低电压模拟装置拓扑结构，可以分为3类：基于阻抗形式、基于变压器形式和基于变流器形式。由于以上方法都需要外置的设备，增加了系统成本，本文在深入研究双馈电机的基础上提出了一种新型的基于定子电压突升的双馈风力发电机组低电压穿越技术研究方法。
发明内容
本发明的目的在于提出一种低电压模拟试验方法，进行双馈电机特性分析及低电压穿越技术的研究。本发明所述的基于定子电压突升的双馈风力发电机组低电压穿越技术研究方法，包括以下步骤：
（1）深入分析双馈电机的特性，其低电压响应特性的根本原因在于定子电压的突变，其中突然上升和突然下降在本质上是一致的，产生的过电流和过电压情况也基本相似，所以完全可以用定子电压的突然上升来模拟电网电压跌落和恢复过程；
（2）在定子侧同步并网前，通过控制转子侧变流器的励磁电流可以在定子侧产生不同的定子电压，而电网电压一定，此时闭合定子接触器实现定子电压突升可以模拟电网电压恢复过程；
（3）在网压恢复过程中转子侧产生过压及过流，可以按照预先设定的逻辑触发有源Crowbar保护装置动作以保护变流器；
本发明所述的基于定子电压突升的双馈风力发电机组低电压穿越技术研究方法，通过此方法可以验证在网压故障及恢复过程中双馈电机的暂态特性及Crowbar装置的保护特性，以此来验证低电压穿越功能的有效性。
附图说明
图1是双馈风力发电系统结构图；
图2是本发明风力发电机组并网变流器低电压穿越控制方法的电机侧变流器的控制原理图。
具体实施方案
本发明所述的基于定子电压突升的双馈风力发电机组低电压穿越技术研究方法，在定子电压的突然上升时可以用闭合定子接触器来实现此低电压穿越方法，验证双馈风力发电变流系统的保护功能。以下给出定子电压由网压的20%突然上升到100%具体实现方法。
（1）在双馈风力发电系统实验平台上，先闭合背靠背变流器的主断及网侧接触器，再让网侧变流器和机侧变流器开始工作发脉冲；
（2）根据双馈电机的特性，通过调节电机侧变流器的励磁电流，使定子侧感应出的电压为额定网压的20%；
（3）闭合定子接触器，定子电压由原来的20%突然上升到100%电压，由于定子电压突变会引起转子过电流及过电压现象。转子侧过流时必须封转子侧变流器的脉冲，从而保护转子侧变流器；而转子侧过压会导致直流侧电压泵升，必须投入有源Crowbar保护装置来保护转子侧变流器及电机的安全。
（4）在上面的暂态过程中，可以验证转子侧变流器的电流及电压的保护性能及的有源Crowbar保护装置的控制控制逻辑，以此来验证低电压穿越功能的有效性。
总之，本发明提出的基于定子电压突升的双馈风力发电机组低电压穿越技术研究方法，不需外置其他辅助装置，方法简单、易于实现，可以验证双馈风力发电系统中的变流器的低电压穿越功能的有效性。
Claims (4)
1.基于定子电压突升的双馈风力发电机组低电压穿越技术研究方法，其特征是，包括以下步骤：
（1）利用双馈电机的特殊性，其在电网电压跌落和恢复过程中其暂态特性是相似的，都会在定子磁链中产生逐渐衰减的直流分量，并会在电机的定、转子侧产生过电流；
（2）在定子侧同步并网前，通过控制转子侧变流器的励磁电流可以在定子侧产生不同的定子电压（一定百分比的电网电压值），而电网电压一定，此时闭合定子接触器实现定子电压突升可以模拟电网电压恢复过程；
（3）在网压恢复过程中转子侧产生过压及过流，可以按照预先设定的逻辑触发Crowbar装置动作以保护变流器；
（4）通过此方法可以验证在网压故障及恢复过程中双馈电机的暂态特性及Crowbar装置的保护特性。
2.根据权利要求1所述的基于定子电压突升的双馈风力发电机组低电压穿越技术研究方法，其特征在于，通过灵活的调节双馈电机转子侧变流器中励磁电流的给定来控制其定子侧的端口电压，使其满足与电网电压成一定的比例关系，方便实现在不同定子电压时的并网，模拟在不同网压跌深度时双馈电机的暂态特性。
3. 根据权利要求1所述的基于定子电压突升的双馈风力发电机组低电压穿越技术研究方法，其特征在于，可以在不增加额外设备的情况下模拟电网电压的恢复过程，进一步研究在网压恢复过程中双馈电机的定、转子的过流及变流器直流侧过压特性，并验证Crowbar装置动作逻辑及其对变流器的保护性能。
4. 根据权利要求1所述的基于定子电压突升的双馈风力发电机组低电压穿越技术研究方法，其特征在于，双馈电机在电网电压跌落和恢复过程中其暂态特性是相似的，因此，可以利用此方法模拟电网电压跌落时的低电压穿越技术。
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