雙饋風(fēng)電機組在低電壓穿越時的有功、無功特性研究

劉曉欣

（云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司電網(wǎng)怒江供電局，云南怒江　673100）

雙饋風(fēng)電機組在低電壓穿越時的有功、無功特性研究

劉曉欣

（云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司電網(wǎng)怒江供電局，云南怒江673100）

目前云南電網(wǎng)安裝的雙饋風(fēng)力發(fā)電機所具有的低電壓穿越特性，應(yīng)當(dāng)包含兩類方式，一是無有功無功支撐的低電壓穿越；二是有有功無功支撐的低電壓穿越，在試驗中特性的好與壞直接影響著發(fā)電機的安全穩(wěn)定運行，本文旨在通過仿真探討如上兩種情況時的雙饋風(fēng)力發(fā)電機所具有的低電壓穿越特性的特征值，找到雙饋風(fēng)力發(fā)電機平穩(wěn)運行的特性。

風(fēng)電機組有功無功特性

以云南電網(wǎng)打桂山300MW風(fēng)電場經(jīng)雙回線接入紫溪220kV變電站，再經(jīng)紫溪220kV變電站接入和平500kV電網(wǎng)，在最嚴(yán)重的情況下，在220kV接入電網(wǎng)處出現(xiàn)電網(wǎng)三相短路故障的情況就風(fēng)電場在故障情況下的雙饋風(fēng)電機組有功、無功情況進行仿真分析計算。

1　有有功無功支撐的低電壓穿越

DFIG次同步運行（風(fēng)速7m/s）情況下，并網(wǎng)點電壓在t=0.5s跌落至0.2pu，此時轉(zhuǎn)子側(cè)crowbar投入，crowbar運行80ms后切除；并網(wǎng)點電壓在跌落625ms后恢復(fù)，此時轉(zhuǎn)子側(cè)crowbar投入，crowbar運行100ms后切除，測得風(fēng)電場輸出有功、定子電流的變化情況如圖1所示。

由轉(zhuǎn)子側(cè)變頻器電流波形可知，當(dāng)t=0～0.5s時風(fēng)機處于穩(wěn)態(tài)，此時轉(zhuǎn)子側(cè)變頻器向風(fēng)機提供勵磁電流，并通過直流鏈從電網(wǎng)吸收有功，整個風(fēng)機處于發(fā)電狀態(tài)，并保持功率因數(shù)為1；在t=0.5s控制系統(tǒng)檢測到定子側(cè)的電壓跌落后立即投入crowbar，80ms后切出crowbar，在t=0.5～0.508s期間轉(zhuǎn)子側(cè)變頻器的六個開關(guān)全部關(guān)閉，由于風(fēng)速低于額定風(fēng)速，風(fēng)機處于異步電動狀態(tài)，需要從電網(wǎng)吸收有功和無功（由于此時機端電壓很低，故吸收的有功和無功也很少）；在t=0.508s切出crowbar后，轉(zhuǎn)子側(cè)變頻器恢復(fù)控制，即在t=0.508～1.125s期間轉(zhuǎn)子側(cè)變頻器在控制系統(tǒng)的作用下使電機發(fā)出有功和無功支持電網(wǎng)，由于受限于較低的機端電壓，故發(fā)出的有功和無功相對較小，約為0.1～0.2pu，此時風(fēng)機處于發(fā)電狀態(tài)，并向電網(wǎng)輸出無功；在t=1.125s控制系統(tǒng)檢測到定子側(cè)的電壓恢復(fù)后立即投入crowbar，100 ms后切出crowbar，在t=1.125～1.225 s期間轉(zhuǎn)子側(cè)變頻器的六個開關(guān)全部關(guān)閉，風(fēng)機處于異步電動狀態(tài)，需要從 電網(wǎng)吸收有功和無功，由于此時機端電壓接近額定值，故吸收的有功和無功相對較多，約為0.3 pu；在t=1.225 s切出crowbar后，轉(zhuǎn)子側(cè)變頻器恢復(fù)控制，即在t=1.225 s以后，轉(zhuǎn)子側(cè)變頻器在控制系統(tǒng)的作用下使風(fēng)機發(fā)出有功，并保持功率因數(shù)為1的控制。

圖1　風(fēng)電場輸出有功、定子電流

圖2　風(fēng)電場輸出有功、定子電流

2　無有功無功支撐的低電壓穿越

DFIG次同步運行（風(fēng)速7m/s）情況下，并網(wǎng)點電壓在t=0.5s跌落至0.2pu，此時轉(zhuǎn)子側(cè)crowbar投入運行；并網(wǎng)點電壓在跌落625ms后恢復(fù)，此時轉(zhuǎn)子側(cè)crowbar繼續(xù)運行100ms后切除，即crowbar在電網(wǎng)電壓跌落時間段內(nèi)一直投入，測得的風(fēng)電場輸出有功、轉(zhuǎn)子側(cè)變頻器電流的變化情況如圖2所示。

由轉(zhuǎn)子側(cè)變頻器電流波形可知，當(dāng)t=0～0.5s時風(fēng)機處于穩(wěn)態(tài)，此時轉(zhuǎn)子側(cè)變頻器向風(fēng)機提供勵磁電流，并通過直流鏈從電網(wǎng)吸收有功，整個風(fēng)機處于發(fā)電狀態(tài)，并保持功率因數(shù)為1；在t=0.5s控制系統(tǒng)檢測到定子側(cè)的電壓跌落后立即投入crowbar，在t=1.125s控制系統(tǒng)檢測到定子側(cè)的電壓恢復(fù)，再經(jīng)過100ms后切出crowbar，即在t=0.5～1.225s期間crowbar一直投入，轉(zhuǎn)子側(cè)變頻器的六個開關(guān)全部關(guān)閉，由于風(fēng)速低于額定風(fēng)速，風(fēng)機處于異步電動狀態(tài)，需要從電網(wǎng)吸收有功和無功（在t=0.5～1.125s期間由于機端電壓較低，故吸收的有功和吸收的無功均較小，均約為0.04pu，在t=1.125～1.225s期間由于機端電壓恢復(fù)至接近額定值，故吸收的有功和吸收的無功均較多，均約為0.25pu）；在t=1.225s切出crowbar后，轉(zhuǎn)子側(cè)變頻器恢復(fù)控制，即在t=1.225s以后，轉(zhuǎn)子側(cè)變頻器在控制系統(tǒng)的作用下使風(fēng)機發(fā)出有功，并保持功率因數(shù)為1的控制。

3　特性小結(jié)

針對雙饋風(fēng)力發(fā)電機在不同低電壓穿越的控制方式下，雙饋發(fā)電機的有功、無功特性我們可以作如下的分析：（1）對于無有功、無功支持的風(fēng)力發(fā)電機組，當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)短路故障時，發(fā)電機輸出有功、無功均不受控，低風(fēng)速時不但不向電網(wǎng)輸出有關(guān)和無功，還向電網(wǎng)吸收有功和無功，將不利于電網(wǎng)的恢復(fù)，在高風(fēng)速時，雖然有有功輸出，但非常小，同時仍然從電網(wǎng)吸收無功，因此同樣不利于電網(wǎng)電壓的恢復(fù)；（2）對于無有功、無功支持的風(fēng)力發(fā)電機組由于在電網(wǎng)故障情況下，機組幾乎無有功輸出，因此風(fēng)力發(fā)電機轉(zhuǎn)速會快速增加，也可能加速機組因超速的脫網(wǎng)；（3）對于有有功、無功支持的風(fēng)力發(fā)電機組，當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)短路故障時，發(fā)電機不管在低風(fēng)速還是在高風(fēng)速均有有功和無功輸出，將有利于電網(wǎng)電壓的恢復(fù)。

［1］張少泉，仇英輝，劉超，平安.風(fēng)電并網(wǎng)對云南電網(wǎng)潮流分布與電網(wǎng)調(diào)峰的影響［J］.南方電網(wǎng)技術(shù)，2012（05）：36-38.

［2］M.J. Hossain，Hemanshu R. Pota，Md. Apel Mahmud.Investigation of the Impacts of Large-Scale Wind Power Penetration on the Angle and Voltage Stability of Power Systems.IEEE SYSTEMS JOURNAL.2012.

劉曉欣（1986—），男，黑龍江齊齊哈爾人，調(diào)度高級工，主要研究方向為電網(wǎng)調(diào)度與系統(tǒng)分析。