云上高博会

并网风力发电机组安全穿越低电压故障装置

大型并网双馈感应风力发电机组属轻型大容量塔上结构，采用高速齿轮箱传递动力，发电机转子侧接电力电子功率变换装置，其结果是风电机组相比传统同步发电机组更脆弱；同时，随着风力发电装机容量的迅速增长，规模化并网带来了新的技术问题，例如：当电网故障或大负荷扰动引起风电场并网点电压跌落时，一方面，出于自身的安全性考虑，风电机组应该及时从电网解列，但另一方面，从电网的角度考虑，在电网故障（脆弱）或承受大的负荷扰动的时刻，大量的并网的电源也从电网解列，可能会产生更大的扰动从而让事故进入恶性循环。因此，世界各主要国家电网公司先后颁布了技术标准和规程，要求在一定的电压跌落范围内，风电机组能够不间断地并网运行，直到电压恢复如常，从而维持电网稳定，即并网风电机组的低电压穿越能力。新提出的低电压穿越规程要求给并网发电的风力发电机组带来了巨大的技术挑战。本成果深入研究了电网在对称和不对称运行状态下并网双馈感应风力发电系统的稳态、暂态计算方法；建立考虑双馈感应发电机、转子侧及网侧变换器的正、负序分量等效dq 轴分量的完整风电机组动态模型；揭示了对称和不对称故障引起的低电压对风力发电机组及交流励磁变流器的作用机理和影响程度。在此基础上，进一步提出了具有鲁棒控制特性的定子侧开关无源阻抗缓冲器的低电压穿越方法及其参数计算方法；并全方位仿真计算和试验测试验证了定子侧开关阻抗缓冲器在对称或不对称故障时的低电压穿越能力，从而，形成一种既能保障双馈感应风力发电机组在电网故障状态下自身不间断安全运行，又能最大限度地提高电网安全稳定性的抵御和穿越电网低电压故障的方法及其保护装置方案。技术创新：本成果深入研究了电网在对称和不对称运行状态下并网双馈感应风力发电系统的稳态、暂态计算方法；建立了考虑双馈感应发电机、转子侧及网侧变换器的正、负序分量等效dq 轴分量的完整风电机组动态模型；揭示了对称和不对称故障引起的低电压对风力发电机组及交流励磁变流器的作用机理和影响程度。在此基础上，进一步提出了具有鲁棒控制特性的定子侧开关无源阻抗缓冲器的低电压穿越方法及其参数计算方法；并全方位仿真计算和试验测试验证了定子侧开关阻抗缓冲器在对称或不对称故障时的低电压穿越能力，从而，形成一种既能保障双馈感应风力发电机组在电网故障状态下自身不间断安全运行，又能最大限度地提高电网安全稳定性的抵御和穿越电网低电压故障的方法及其保护装置方案。

华北电力大学 2021-02-01