雙饋變速風(fēng)電機組低電壓穿越控制方案

分析了變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電機組的工作原理,建立了包含變頻器的雙饋風(fēng)力發(fā)電機組動態(tài)數(shù)學(xué)模型,并利用matlab/simulink軟件搭建了并網(wǎng)型雙饋風(fēng)力發(fā)電機組的仿真模塊,通過仿真試驗分析了外部電網(wǎng)故障下變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電機組的低電壓穿越功能,為變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電機組在大型并網(wǎng)風(fēng)電場中的應(yīng)用提供了可靠的理論依據(jù)。

電力變流器的變速風(fēng)電機組技術(shù)性能先進,使得其應(yīng)用也越來越廣泛。當(dāng)風(fēng)電機組的外部出現(xiàn)短路故障的時候,其機組的內(nèi)部就會產(chǎn)生短路電流,此時需要對風(fēng)電機組的設(shè)備安全及電網(wǎng)的穩(wěn)定性進行保護,這就需要風(fēng)電機組具有低電壓穿越能力。本文的研究共分為三個部分,第一部分主要是對風(fēng)電機組低電壓穿越能力的基本概念進行闡述,第二部分簡要介紹了我國風(fēng)電并網(wǎng)低電壓穿越的有關(guān)技術(shù)指標,第三部分對變速風(fēng)電機組低電壓穿越功能及原理進行了一定的說明。

本文的研究內(nèi)容共分為三個部分,首先是對低電壓穿越能力定義,然后以此引出了低電壓穿越的技術(shù)類型,最后一部分主要研究的是低電壓穿越模型建立的原理。

應(yīng)對全國范圍內(nèi)迅速展開的風(fēng)電各系統(tǒng)多種形式的并網(wǎng)試驗測試,文章給出了雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機組針對低電壓故障穿越(低穿)的一種新的控制方案,即過載超調(diào)策略。原有的控制策略存在振動等不穩(wěn)定因素,功率"凹坑"和有功出力恢復(fù)緩慢等一系列技術(shù)難題。而過載超調(diào)控制策略是在國外主控廠家控制策略的基礎(chǔ)上,加以創(chuàng)新性質(zhì)的完善改進工作,突破了低穿控制策略技術(shù)的封閉。本研究以現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)為技術(shù)支撐,加之科學(xué)理論分析,對于確定詳細的風(fēng)機并網(wǎng)測試低穿認證具有重要的指導(dǎo)意義和實用價值。

隨著并網(wǎng)大型風(fēng)電場裝機容量的逐年增長,低電壓穿越(lvrt)能力已經(jīng)逐漸成為風(fēng)電機組并網(wǎng)的一個重要指標。文中提出了一種利用動態(tài)電壓調(diào)節(jié)器(dvr)輔助風(fēng)電機組在電網(wǎng)電壓跌落工況下實現(xiàn)lvrt的策略。dvr串聯(lián)接入風(fēng)電機組機端和電網(wǎng)公共連接點(pcc)之間,電網(wǎng)電壓正常時通過靜態(tài)開關(guān)柜將其旁路,電網(wǎng)電壓跌落時利用反壓技術(shù)進行快速投切,dvr通過調(diào)節(jié)使風(fēng)電機組機端電壓維持正常;同時,dvr在風(fēng)電機組和電網(wǎng)之間提供功率通道,利用直流母線上的剎車電阻消耗掉過剩功率,保證直流電容電壓的穩(wěn)定及風(fēng)電機組的正常運行。利用恒速異步風(fēng)力發(fā)電機(fsig)配合dvr建立了仿真模型和實驗平臺,給出了在pscad/emtdc環(huán)境下的仿真及實驗結(jié)果。

新電網(wǎng)運行規(guī)則要求風(fēng)力發(fā)電機組在電網(wǎng)故障出現(xiàn)電壓跌落的情況下不脫網(wǎng)運行,并在故障切除后能盡快幫助電力系統(tǒng)恢復(fù)穩(wěn)定運行,要求風(fēng)電機組具有一定低電壓穿越能力。由于雙饋感應(yīng)發(fā)電機(dfig)勵磁變換器容量有限,電網(wǎng)故障時會產(chǎn)生轉(zhuǎn)子過電流和變換器直流環(huán)節(jié)過電壓.須實行保護和控制。本文對國內(nèi)外學(xué)術(shù)界和工程界對電網(wǎng)故障時雙饋感應(yīng)發(fā)電機的保護原理與控制策略進行了大量研究。以便具體設(shè)計時根據(jù)要求合理選擇。

本次研究的主要目的就是針對風(fēng)電機組低電壓穿越測試的相關(guān)技術(shù)進行深入分析和探討,希望能夠滿足實際的電力工作需求,也為風(fēng)電大規(guī)模的融合體系保證安全生產(chǎn)的實際需求。

提出了一種將閉環(huán)極點配置到滿足動態(tài)響應(yīng)區(qū)域內(nèi)的增益調(diào)度lpv(linearparametervarying)魯棒h_∞控制器設(shè)計新方法,以解決機組的動態(tài)穩(wěn)定性問題。利用lpv的凸分解方法,將風(fēng)電機組線性化模型化為具有凸多面體結(jié)構(gòu)的lpv模型,然后利用lmi(liinearmatrixinequalities)方法對凸多面體各頂點分別設(shè)計滿足h_∞性能和閉環(huán)極點配置的反饋增益,再利用各頂點設(shè)計的反饋控制器綜合得到具有凸多面體結(jié)構(gòu)的lpv控制器。與pid控制的仿真結(jié)果相比較,驗證了該控制器具有良好的控制性能。

提出了不平衡電網(wǎng)電壓下雙饋發(fā)電機的控制策略,并建立了雙饋發(fā)電機在正、反旋轉(zhuǎn)坐標系下的數(shù)學(xué)模型。在此基礎(chǔ)上推導(dǎo)和分析了電網(wǎng)電壓不平衡條件下雙饋發(fā)電機輸出的瞬時有功、無功功率的組成。提出了4種可供選擇的不平衡電壓控制方案,并給出了不同控制目標下轉(zhuǎn)子的正、負序電流目標值的計算原則。通過matlab/simulink仿真驗證了控制方案的有效性。

針對在風(fēng)電機組完成設(shè)計之前,需要對機組輸出功率性能作出預(yù)測的問題,介紹了雙饋變速恒頻風(fēng)電機組的系統(tǒng)模型,包括風(fēng)速、風(fēng)輪、發(fā)電機和變頻器的數(shù)學(xué)模型;根據(jù)葉輪原動機輸入的機械能和機組的發(fā)電功率曲線,研究雙饋發(fā)電機的穩(wěn)態(tài)特性、功率關(guān)系;基于sut-1500風(fēng)機模型的參數(shù),利用matlab軟件仿真機組的功率輸出特性.研究結(jié)果表明,對于雙饋變速恒頻風(fēng)電機組,在低于發(fā)電機額定轉(zhuǎn)速時,通過調(diào)節(jié)功率因數(shù),可以實現(xiàn)機組的最大功率輸出,提高機組的運行效率和性能,給機組的控制方案設(shè)計提供了參考.

概述了雙饋風(fēng)機低電壓穿越要求,分析了雙饋風(fēng)機低電壓穿越原理,介紹了國內(nèi)外雙饋風(fēng)機低電壓穿越技術(shù)。

為了研究電網(wǎng)電壓不平衡時雙饋風(fēng)電機組運行特性,從分析負序基波電壓對交直交變頻器影響入手,得出了網(wǎng)側(cè)變頻器的交流側(cè)電壓會產(chǎn)生奇數(shù)次諧波,直流側(cè)電容電壓會產(chǎn)生偶數(shù)次紋波分量,雙饋電機的電磁轉(zhuǎn)矩和定子輸出有功功率出現(xiàn)偶數(shù)次頻率的分量。負序分量會造成網(wǎng)側(cè)電流畸變,惡化電能質(zhì)量。

為了有效減少變速恒頻雙饋風(fēng)電機組額定風(fēng)速以上時的功率和轉(zhuǎn)速波動,提出了一種同時考慮槳距角和雙饋感應(yīng)發(fā)電機轉(zhuǎn)子勵磁電壓調(diào)節(jié)的新型恒功率控制策略。在分析風(fēng)力機特性和雙饋感應(yīng)發(fā)電機基本電磁關(guān)系的基礎(chǔ)上,建立了變速恒頻雙饋風(fēng)電機組的非線性數(shù)學(xué)模型,并利用反饋線性化理論設(shè)計了非線性控制器。仿真結(jié)果表明,所提出的控制策略與現(xiàn)存的僅考慮槳距角或電磁轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)的恒功率控制策略相比,具有更好的功率調(diào)節(jié)特性。

雙饋發(fā)電機屬于變速恒頻發(fā)電機,當(dāng)風(fēng)速超出額定風(fēng)速時,采用變漿距技術(shù)使輸出功率維持在額定功率附近,這樣即保護了電氣系統(tǒng),又能提高風(fēng)電機組的運行效率。本文基于labview平臺對雙饋風(fēng)電機組變漿距控制系統(tǒng)進行建模,最終通過模擬不同風(fēng)速,觀察定子輸出功率以及漿距角的變化規(guī)律。

本文從風(fēng)電機組角度對兩種主流的發(fā)電方式,即雙饋式發(fā)電機組和高速永磁發(fā)電機組,進行了對比分析。計算了兩種發(fā)電方式的效率及在不同風(fēng)區(qū)的年發(fā)電量,根據(jù)市場價格對各部件進行成本對比。在綜合考慮了可靠性、效率、電網(wǎng)適應(yīng)性等方面后指出,兩種方式各有特點,適合客戶的不同需求。因此,作為風(fēng)電機組開發(fā)商,同時開發(fā)兩種機型方能更好地適應(yīng)市場的競爭。

在提出安全鏈保護范圍、設(shè)計原則的基礎(chǔ)上,從開關(guān)柜設(shè)計與選型、繼電保護功能配置、流程化控制、自檢閉鎖系統(tǒng)、規(guī)程設(shè)計與輔助設(shè)施等五個方面介紹了試驗裝置的安全鏈實現(xiàn)。滿足本安全鏈設(shè)計要求的風(fēng)電機組移動式低電壓穿越試驗裝置能保證現(xiàn)場試驗人員及設(shè)備的安全,自動化程度高,已在測試現(xiàn)場得到了廣泛的應(yīng)用。

針對風(fēng)能發(fā)電器低電壓穿透方法改進問題上探討，目的是制訂風(fēng)能發(fā)電器低壓透過里lvrt技巧剖析和自主crowbar通電保險剖析部分的知識，旨在促進風(fēng)力發(fā)電機組低電壓穿越技術(shù)的改進與完善。

隨著風(fēng)電的快速發(fā)展及近年來頻繁出現(xiàn)的風(fēng)機脫網(wǎng)事故,要求并網(wǎng)風(fēng)電機組具備低電壓穿越功能;本文對不同機型的低壓穿越技術(shù)方案進行分析,闡述風(fēng)電場低壓穿越改造的具體措施。

雁淮特高壓直流輸電工程是國家能源局確定的重要電網(wǎng)工程項目,對于提高山西能源外送能力、擴大新能源消納范圍、緩解華東電網(wǎng)電力供需矛盾、改善大氣環(huán)境質(zhì)量具有重要意義。為了保障雁淮特高壓直流安全穩(wěn)定運行,防止其異常時產(chǎn)生暫態(tài)過電壓引發(fā)近區(qū)風(fēng)電機組大規(guī)模脫網(wǎng),阻斷連鎖性電網(wǎng)事故路徑,對雁淮直流近區(qū)風(fēng)電機組高電壓穿越能力進行了研究并提出相關(guān)改造建議。

本文首先闡述了高電壓故障發(fā)生根源與危害，提出了風(fēng)電機組應(yīng)具備高電壓穿越能力的重要性。然后詳細介紹了風(fēng)電機組高電壓穿越的技術(shù)要求及考核要點。在對機組內(nèi)現(xiàn)有設(shè)備性能綜合分析的基礎(chǔ)上．提出了具體的技術(shù)改造要點。

針對電力系統(tǒng)或廠用電系統(tǒng)發(fā)生故障造成電壓瞬間降低時,高低壓廠用系統(tǒng)配置的低電壓保護進行簡單的介紹,對給煤機變頻器進行了說明,其中對造成給煤機變頻器的閉鎖問題進行了分析并提出了解決辦法,對今后運行有重要的指導(dǎo)意義。

介紹了一種簡便的1.5mw雙饋風(fēng)電機組的低壓穿越改造方法,該方法不需對機組主控、變槳及變頻器進行任何改造,只要在機組并網(wǎng)點處串入一臺低壓穿越控制設(shè)備,就可使風(fēng)電機組滿足gb19963—2011要求的低壓穿越能力。在電網(wǎng)故障時,該設(shè)備快速關(guān)斷主功率回路,同時輸出無功功率支撐電網(wǎng)電壓,并同步發(fā)電機定子電壓,使機組保持穩(wěn)定運行。此方法特別適用電控型號較老、低壓穿越改造成本較高的1.5mw風(fēng)電機組。