第六讲_电网故障下风力发电机组的运行控制.ppt

背 景 电网故障的主要类型 电压跌落的危害 永磁同步发电系统低电压保护策略 PMSG实现LVRT的硬件拓扑方法 其他辅助策略 电网故障下DFIG风电系统运行 电网故障下DFIG风电系统运行 电网故障下DFIG风电系统运行 电网故障下DFIG风电系统运行 DFIG低电压穿越运行的控制目标： (1) 保持电网故障期间不脱网运行，以防发电机从电网解列引发弱电网更大的后继故障； (2) 保持连续、稳定地提供无功功率以协助电网电压恢复，减小电网电压崩溃的可能； (3) 释放故障能量，抑制短路电流，保护励磁变频器和直流母线电容； (4) 保持电磁转矩瞬态幅值在转轴和齿轮可承受范围之内(约2～2.5倍额定转矩)； (5) 延缓转速上升，防止飞车。 电网故障下DFIG风电系统运行 第六讲 电网故障下风力发电机组的 运行与控制 黄 科 元 博士 2011年4月 湖南大学电气与信息工程学院 随着风电机组在电力系统中的增加和单机容量的快速提高，发电机与电网之间的相互影响也越来越大，必须将风力发电机与电网作为一个整体来实施运行控制。为此，各大电力公司、特别是欧洲的电网运营商纷纷出台了风力发电设备的并网规范，并且从电力系统稳定的角度出发，要求发电机组在电网故障、电网电压跌落时能够保持不脱网运行，即要求风电机组具备低电压穿越(Low Voltage Ride Through， LVRT)能力。 永磁同步电机的低电压穿越 二 主要内容 电网电压跌落的危害 一 双馈电机的低电压穿越 三 欧洲E.ON标准中的LVRT能力曲线 该标准规定了在电网电压跌落到某一幅值时，风力发电机能否跳机，以及与电网维持连接多长时间方可跳机。 仅当电网电压在时间或数值上处于图示曲线下方时，风机才允许解列；而在曲线以上区域，风机应保持并网，等待电网恢复。 在图中可以看到，当电压跌落到15%～45%时，要求风机一直提供无功支持，并应能保持并网至少625ms。而在电压跌落到90%以上时风机应一直保持并网运行。 三相电压对称跌落 三相电压不对称跌落 电力系统故障往往会导致风电机组机端电压降低，引起机组定子和转子电流增加，直流电压快速升高，电机转子加速等有可能损坏机组元器件的一系列问题，进而导致风电机组的保护性切机，这会引起电网的扩大化故障，给电网的恢复稳定运行造成严重的负面影响。 a)电网电压峰值(标幺值) b)直流母线电压(标幺值) c)网侧电流(标幺值) 在电网电压突降的瞬间，风电机组的能量无法完全输出到电网，剩余的能量一部分转化为转子动能、一部分通过给变流器直流侧电容充电转化为电势能、此外也有可能通过储能/耗能电路释放；这个能量释放的过程很容易引起转子的超速、机端交流电压的升高和直流侧电容电压的升高，严重威胁风机机组和变流器器件的安全。解决低电压过程中转子超速、交流电压和直流电压的升高，是PMSG实现LVRT的主要问题。 (1)在直流母线上接耗能单元，当检测母线电压过高时消耗掉多余的能量。 (2)在直流母线上接额外的储能单元，当检测直流母线电压过高时转移多余的能量，故障恢复后将所存储的能量馈入电网。 (3)增加变流器容量。 1) 耗能法 2) 储能法 c) 增加容量 1） 桨距角控制 在发生电网电压跌落故障时，引用紧急变桨控制，使风力机的桨距角迅速增加，从而使风力机所捕获的机械转矩迅速减小，减少风力发电系统机侧变流器的输出功率，缓解直流侧与电网侧的功率不平衡。 1）叶尖速比控制 调整发电机的转速让风力机的叶尖速比脱离最佳叶尖速比，减少风力发电系统机侧变流器的输出功率，亦能有效缓解风力发电系统在低电压运行时，直流侧与电网侧的功率不平衡，实现低电压穿越运行。 首先通过网侧电压的监测，一旦发现电网电压发生跌落故障，网侧变流器即刻运行低电压故障时无功补偿控制策略，直流母线电压由直流侧Crowbar限制于母线最大允许电压，并在同时调整发电机转速使其偏离最佳尖速比，减少发电机的输出功率。 DFIG风电机组能够在电网出现连续对称或不对称故障时 仍保持不脱网穿越运行（Fault-Ride Through， FRT）！ GRID CODE 要求 非理想电网条件下 （电网电压对称跌落、不平衡等故障） 风机单机容量 增加（ MW级） 转子侧变换器 网侧变换器 定子电压定向（SVO） 定子磁链定向（SFO） 定子电压定向（SVO） 传统矢量控