新能源发电技术 课件 第七章-新能源发电的故障穿越技术.pptx

新能源发电的

故障穿越技术

第七章

新能源发电技术新能源发电技术的故障穿越技术

本章内容：

新能源发电并网技术规范

电网电压故障下新能源发电设备的暂态数学模型

网侧变流器的低电压穿越技术

双馈风机的低电压穿越技术

换相失败引发的送端电网电压故障

第七章新能源发电技术的故障穿越技术

7.1能源发电并网技术规范

频率故障穿越要求

新能源发电技术新能源发电技术的故障穿越技术

电力系统的频率变化是受到电网的有功功率平衡决定的，当发电量大于负荷时电网频率会升高，当发电量小于负荷时电网频率会下降。因此根据电网频率实时调整新能源机组有功输出。

《GB/T19963-2021风电场接入电力系统技术规定》

7.1能源发电并网技术规范

电压故障穿越要求

新能源发电技术新能源发电技术的故障穿越技术

国家

电网电压骤降

电网电压骤升

剩余电压(p.u.)

并网运行时间(s)

剩余电压(p.u.)

并网运行时间(s)

丹麦

0.2

0.5

1.3

0.1

澳大利亚

0

0.1

1.3

0.06

德国

0

0.15

1.2

0.1

西班牙

0

0.15

1.3

0.25

加拿大

0

0.15

—

—

爱尔兰

0.15

0.625

—

—

新西兰

0

0.2

—

—

英国

0.15

0.14

—

—

美国

0.15

0.625

1.2

1

中国

0.2

0.625

1.3

0.5

电力系统的电压变化是受到电网的无功功率平衡决定的。无功过多时电网电压会升高，无功不足时电网电压会降低。

各国并网导则和标准均要求风电机组能够在一定的电压波动范围内正常运行。

7.1能源发电并网技术规范

新能源发电技术新能源发电技术的故障穿越技术

以高电压穿越为例：

自并网点电压升高出现的时刻起，风电场动态无功电流上升时间不大于40ms；

自并网点电压恢复至标称电压110%以下的时刻起，风电场应在40ms内退出主动提供的动态无功电流增量。

电压故障穿越要求

新能源发电设备发出的有功功率与网侧变流器输出的有功功率相等（Ps=Pg）时网侧变流器的直流母线电压可以保持恒定。当PsPg时，网侧变流器直流母线电压会升高.

7.2电压故障下新能源设备暂态数学模型

网侧变流器暂态数学模型

新能源发电技术新能源发电技术的故障穿越技术

新能源发电设备可以是储能电池、光伏发电板、风力发电机接机侧变流器等多种形式。

流经直流母线电容的电流

电容电流方程

能量关系

7.2电压故障下新能源设备暂态数学模型

双馈风机暂态数学模型

新能源发电技术新能源发电技术的故障穿越技术

假设t=tf时刻，电网发生三相对称电压故障，忽略机端电压相位跳变，短路前、后同步旋转坐标系下的机端电压矢量us为

故障前后的定子磁链ψs为

Us0、φ：机端电压稳态运行幅值和初始相角

K：电网电压发生故障后机端电压幅值变化比例

Us0：稳态运行时的机端电压矢量

Ω1：同步角速度

τ1=jω1+Rs/Ls：定子暂态磁链的衰减时间常数

7.2电压故障下新能源设备暂态数学模型

双馈风机暂态数学模型

新能源发电技术新能源发电技术的故障穿越技术

为了补偿机端电压瞬间变化造成的定子磁链变化，定子绕组中感应出暂态直流磁链分量

暂态分量的最大值和机端电压变化量的大小和故障时刻有关

定子磁链动态表现为弱阻尼模式，衰减持续时间通常较长

随着暂态磁链衰减为零，定子磁链将稳定于新的稳态值

电网电压跌落50%

电网电压骤升30%

7.2电压故障下新能源设备暂态数学模型

双馈风机暂态数学模型

新能源发电技术新能源发电技术的故障穿越技术

转子磁链ψr和转子电压ur为

转子侧的电压平衡方程为

反电动势e表示定子磁链动态对转子电流的影响

ur为转子侧变流器交流输出的等效电压矢量，反映转子侧变流器控制性能对转子电流的影响

转子电流的变化由定子磁链以及转子侧变流器共同决定

7.2电压故障下新能源设备暂态数学模型

双馈风机暂态数学模型

新能源发电技术新能源发电技术的故障穿越技术

将反电势变化为机端电压的函数

稳态运行时，DFIG的反电势保持恒定

电网电压故障后，在定子磁链暂态直流分量的作用下，反电势中感生出暂态直流分量

定子磁链暂态直流分量的大小和机端电压变化量和故障时刻有关，而反电势除了上述因素外还与DFIG的滑差率有关

S：感应发电机滑差率，s=(ω1-ωr)/ω1

Ωr：转子电角速度

Ep：反电动的周期分量，ep=sLmkus0/Ls

Ed：反电势的暂态直流分量初始量，ed=(s-1)(1-k)Lmus0/Ls

7.2电压故障下新能源设备暂态数学模型

双馈风机暂态数学模型

新能源发电技术新能源发电技术的故障穿越技术

将反电势变化为机端电压的函数

S：感应发电机滑差率，s=(ω1-ωr)/ω1

Ωr：转子电角速度

Ep：反电动