DVR在风电机组LVRT中的应用及其无功补偿能力的研究.pdfVIP

DVR 在风电机组LVRT 中的应用 及其无功补偿能力的研究 1,2,3 1,3,4 1,3 1,3 黄伟煌 ，付勋波 ，胡书举 ，许洪华 （1. 中国科学院电工研究所，北京 100190；2. 中国科学院研究生院，北京100080；3. 中国科学院 风能利用重点实验室，北京1001904.北京科诺伟业科技有限公司， 北京 100083） 摘要：DVR 由于具有补偿电压的能力，因此逐渐在风电机组低电压穿越中得到应用。结合风电机组 的特点，对DVR 的拓扑和控制策略进行了分析，并基于谐振控制器设计了双闭环加前馈控制策略。 重点讨论了DVR 在正常情况与跌落情况下无功补偿能力。通过在Simulink 中构建仿真模型，分析 了加装DVR 的机组在电压跌落过程的特性，结果表明，DVR 能够有效地提高机组的低电压穿越能 力，但是无功补偿能力有限。最后在110KW 的电机平台上进行了小功率实验。 关键词：风电机组；DVR ；低电压穿越；谐振控制器；无功补偿 0 引言 [1] 随着并网风电场装机容量的逐年增长，很多国家对风电场并网提出了严格的技术准则 ，其中 都要求风电机组具备低电压穿越 （low voltage ride through , LVRT ）能力，即当电网发生故障或扰动 引起风电场并网点电压跌落时，在一定的电压跌落范围内，风电机组能够不间断并网运行。由于早 期安装的风电机组大多都不具备这种能力，需要对它们进行改造。动态电压恢复器 （DVR, Dynamic [4] Voltage Restorer ）作为一种新颖、有效的低电压穿越改造方案，逐渐得到人们的重视 。 动态电压恢复器是针对电压凹陷、电压短时中断等动态电能质量问题的补偿装置，在电力系统 [5] 中得到广泛的应用 。DVR 工作时串联于电网和负载之间，在电网电压出现瞬时下降时，通过注入 [6] [7] 一个补偿电压，和故障的电网电压叠加，使得负载侧电压保持稳定不变 。由于DVR 具有稳定负 载电压的作用，因此可以将其运用到风电机组中，以提升其低电压穿越能力，西班牙的风电企业歌 @ [8] 美飒(GEMESA)公司基于DVR 原理推出了WINDFACT 技术，但改造对象是整个风电场 。文献[9] 通过半物理仿真验证了DVR 提升失速型机组低电压穿越能力的可行性，控制策略使用简单的电压开 [10] 环控制策略，抗干扰性和控制精度有待提高 ；文献[11]设计了电压闭环控制器，但未对电流进行控 [12] 制，容易出现器件过流和震荡 ；文献[13]通过电压电流双闭环控制，较好地补偿了定子电压，实 现了风电机组在电压跌落时的不脱网运行，但是使用的是同步旋转坐标系下的PI 控制，计算复杂， 并且未对DVR 的无功补偿能力进行分析。而机组的无功补偿能力在中国电科院出台的《风电场接入 电力系统技术规定》中有严格要求，因此有必要就这方面进行深入讨论。 本文针对风电机组的低电压穿越问题，详细讨论了DVR 的工作原理、拓扑结构以及控制策略； 基于谐振控制器设计了双闭环控制策略，并引入了输出电压前馈，改善了其动态响应特性。着重分 析了DVR 在正常情况下和电压跌落时的无功补偿能力；指出了DVR 在电压跌落时难以满足《风电 场接入电力系统技术规定》对无功支撑的要求。 1 系统介绍 图1 是电力系统中DVR 的典型结构。正常情况下通过旁路开关将DVR 旁路，出现