双馈感应发电机型风电场的无功电压控制问题研究

风电作为最具规模化开发和商业化发展前景的可再生新能源,越来越受到重视。风电的迅速发展给电力系统带来了许多新问题,而无功电压问题是其中较为突出并受到关注的问题之一。随着双馈电机风电场在电网中容量比重的增大,电网导则对风电场的规范和约束也在增强。这就需要对双馈风电机组的静态/动态无功电压特性进行分析。 本文从双馈风电机组模型出发,在忽略定子磁链变化,同时考虑定转子电流约束、静态稳定裕度约束和电网导则约束的基础上,详细分析了双馈机组静态无功极限特性,这为进一步探讨双馈电机风电场无功电压调控策略提供了技术支撑。 双馈电机具有较灵活的无功电压调节能力。而我国的双馈电机风电场大多运行在恒定功率因数状态,未能充分发挥其对局部电网的无功电压调节与支撑能力。针对此现状,本文提出了一种风电场无功电压分层控制策略。该策略由风电场局部区域某节点电压与参考值的偏差得到整个风电场的无功功率需求,并按等功率因数算法分配给各台风电机组,作为其无功功率控制目标参考值。参考值的实时整定过程考虑了风电场无功功率输出约束和功率因数约束。算例分析表明,所提出的无功电压分层控制策略,具有较强的维持和稳定风电场局部区域电压水平的能力。 另外,双馈感应电机网侧变流器具有一定无功输出能力。然而,目前多数机型网侧变流器只发挥了维持变流器直流电压稳定的作用,而对交流电网侧无功支持功能发挥不足。就此,本文提出了一种能够发挥网侧变流器无功支持功能的紧急控制方式。在电网发生大扰动、CrowBar保护投入后,将网侧变流器作为无功源向系统输出一定无功。对控制效果的仿真结果表明,网侧变流器紧急控制方式有助于提高风电场低电压穿越能力。 在双馈感应电机中,CrowBar保护电路是常用的保护方式。CrowBar保护电路的电阻值对风电机组在低电压穿越期间无功电压特性影响较大,如何合理整定该阻值关乎双馈感应电机低电压穿越性能。本文从双馈感应电机暂态模型出发,用时域方法分析了CrowBar保护投入后电机定转子电流峰值,并提出了一种以改善CrowBar保护性能为目的的阻值估算方法。分析结果表明,由该方法整定的CrowBar保护电路阻值,可改善双馈感应电机的低电压穿越性能。 本文工作得到国家自然科学基金项目(50877014)的资助。