【摘 要】目前云南電網(wǎng)安裝的雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)所具有的低電壓穿越特性,應(yīng)當(dāng)包含兩類方式,一是無(wú)有功無(wú)功支撐的低電壓穿越;二是有有功無(wú)功支撐的低電壓穿越,在試驗(yàn)中特性的好與壞直接影響著發(fā)電機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行,本文旨在通過(guò)仿真探討如上兩種情況時(shí)的雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)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(jī)平穩(wěn)運(yùn)行的特性。
【關(guān)鍵詞】 風(fēng)電機(jī)組 有功 無(wú)功 特性
以云南電網(wǎng)打桂山300MW風(fēng)電場(chǎng)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(chǎng)在故障情況下的雙饋風(fēng)電機(jī)組有功、無(wú)功情況進(jìn)行仿真分析計(jì)算。
1有有功無(wú)功支撐的低電壓穿越
DFIG次同步運(yùn)行(風(fēng)速7m/s)情況下,并網(wǎng)點(diǎn)電壓在t=0.5s跌落至0.2pu,此時(shí)轉(zhuǎn)子側(cè)crowbar投入,crowbar運(yùn)行80ms后切除;并網(wǎng)點(diǎn)電壓在跌落625ms后恢復(fù),此時(shí)轉(zhuǎn)子側(cè)crowbar投入,crowbar運(yùn)行100ms后切除,測(cè)得風(fēng)電場(chǎng)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 ~ 0.5 s時(shí)風(fēng)機(jī)處于穩(wěn)態(tài),此時(shí)轉(zhuǎn)子側(cè)變頻器向風(fēng)機(jī)提供勵(lì)磁電流,并通過(guò)直流鏈從電網(wǎng)吸收有功,整個(gè)風(fēng)機(jī)處于發(fā)電狀態(tài),并保持功率因數(shù)為1;在t=0.5 s控制系統(tǒng)檢測(cè)到定子側(cè)的電壓跌落后立即投入crowbar,80 ms后切出crowbar,在t=0.5 ~ 0.508 s期間轉(zhuǎn)子側(cè)變頻器的六個(gè)開關(guān)全部關(guān)閉,由于風(fēng)速低于額定風(fēng)速,風(fēng)機(jī)處于異步電動(dòng)狀態(tài),需要從電網(wǎng)吸收有功和無(wú)功(由于此時(shí)機(jī)端電壓很低,故吸收的有功和無(wú)功也很少);在t=0.508 s切出crowbar后,轉(zhuǎn)子側(cè)變頻器恢復(fù)控制,即在t=0.508 ~ 1.125 s期間轉(zhuǎn)子側(cè)變頻器在控制系統(tǒng)的作用下使電機(jī)發(fā)出有功和無(wú)功支持電網(wǎng),由于受限于較低的機(jī)端電壓,故發(fā)出的有功和無(wú)功相對(duì)較小,約為0.1~0.2 pu,此時(shí)風(fēng)機(jī)處于發(fā)電狀態(tài),并向電網(wǎng)輸出無(wú)功;在t=1.125 s控制系統(tǒng)檢測(cè)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(gè)開關(guān)全部關(guān)閉,風(fēng)機(jī)處于異步電動(dòng)狀態(tài),需要從 電網(wǎng)吸收有功和無(wú)功,由于此時(shí)機(jī)端電壓接近額定值,故吸收的有功和無(wú)功相對(duì)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(jī)發(fā)出有功,并保持功率因數(shù)為1的控制。
2無(wú)有功無(wú)功支撐的低電壓穿越
DFIG次同步運(yùn)行(風(fēng)速7m/s)情況下,并網(wǎng)點(diǎn)電壓在t=0.5s跌落至0.2pu,此時(shí)轉(zhuǎn)子側(cè)crowbar投入運(yùn)行;并網(wǎng)點(diǎn)電壓在跌落625ms后恢復(fù),此時(shí)轉(zhuǎn)子側(cè)crowbar繼續(xù)運(yùn)行100ms后切除,即crowbar在電網(wǎng)電壓跌落時(shí)間段內(nèi)一直投入,測(cè)得的風(fēng)電場(chǎng)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 ~ 0.5 s時(shí)風(fēng)機(jī)處于穩(wěn)態(tài),此時(shí)轉(zhuǎn)子側(cè)變頻器向風(fēng)機(jī)提供勵(lì)磁電流,并通過(guò)直流鏈從電網(wǎng)吸收有功,整個(gè)風(fēng)機(jī)處于發(fā)電狀態(tài),并保持功率因數(shù)為1;在t=0.5 s控制系統(tǒng)檢測(cè)到定子側(cè)的電壓跌落后立即投入crowbar,在t=1.125 s控制系統(tǒng)檢測(cè)到定子側(cè)的電壓恢復(fù),再經(jīng)過(guò)100 ms后切出crowbar,即在t=0.5 ~ 1.225 s期間crowbar一直投入,轉(zhuǎn)子側(cè)變頻器的六個(gè)開關(guān)全部關(guān)閉,由于風(fēng)速低于額定風(fēng)速,風(fēng)機(jī)處于異步電動(dòng)狀態(tài),需要從電網(wǎng)吸收有功和無(wú)功(在t=0.5 ~ 1.125 s期間由于機(jī)端電壓較低,故吸收的有功和吸收的無(wú)功均較小,均約為0.04 pu,在t=1.125 ~ 1.225 s期間由于機(jī)端電壓恢復(fù)至接近額定值,故吸收的有功和吸收的無(wú)功均較多,均約為0.25 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(jī)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(duì)雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)在不同低電壓穿越的控制方式下,雙饋發(fā)電機(jī)的有功、無(wú)功特性我們可以作如下的分析:(1)對(duì)于無(wú)有功、無(wú)功支持的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組,當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)短路故障時(shí),發(fā)電機(jī)輸出有功、無(wú)功均不受控,低風(fēng)速時(shí)不但不向電網(wǎng)輸出有關(guān)和無(wú)功,還向電網(wǎng)吸收有功和無(wú)功,將不利于電網(wǎng)的恢復(fù),在高風(fēng)速時(shí),雖然有有功輸出,但非常小,同時(shí)仍然從電網(wǎng)吸收無(wú)功,因此同樣不利于電網(wǎng)電壓的恢復(fù);
(2)對(duì)于無(wú)有功、無(wú)功支持的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組由于在電網(wǎng)故障情況下,機(jī)組幾乎無(wú)有功輸出,因此風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速會(huì)快速增加,也可能加速機(jī)組因超速的脫網(wǎng);(3)對(duì)于有有功、無(wú)功支持的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組,當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)短路故障時(shí),發(fā)電機(jī)不管在低風(fēng)速還是在高風(fēng)速均有有功和無(wú)功輸出,將有利于電網(wǎng)電壓的恢復(fù)。
參考文獻(xiàn):
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作者簡(jiǎn)介:劉曉欣(1986—),男,黑龍江齊齊哈爾人,助理工程師,云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司怒江供電局,主要研究方向?yàn)殡娋W(wǎng)調(diào)度與系統(tǒng)分析。