海上双馈风电机组高电压穿越策略研究

近年来,由电网电压骤升造成大规模风电机组连锁脱网事故频繁发生,严重影响电网的稳定性。由于客观环境和远距离传输等因素的影响,接入海上风电的电网其故障发生机理更复杂,对海上双馈风电机组的影响增大。因而研究海上双馈风电机组在电压骤升期间的控制方式和穿越能力具有重要的实际意义。当电网电压骤升时,双馈风电机组主要存在转子过电流及直流链路过电压等问题,严重威胁风机的安全运行。因此,本文对上述问题展开研究,并提出相应的控制策略,主要工作如下:(1)建立双馈风电机组动态模型,用于研究双馈风电机组在电网电压骤升时的故障特性及穿越策略。基于电网故障暂态时间尺度,对各个子系统建立相应的模型,包括气动系统和传动系统的简化模型,以及发电系统和控制系统的详细模型。在PSCAD软件中搭建了2MW双馈风电机组仿真模型,验证双馈风电机组在不同电压骤升幅度下的故障特性。(2)考虑电压对称骤升时定子磁链变化的影响,针对转子过电流问题,提出转子侧变流器前馈电压补偿控制策略。在??两相静止坐标系中推导了故障情况下双馈风电机组电磁量的表达式,得到暂态过程中各电磁量的变化规律。通过在dq同步旋转坐标系中对转子电压的定量分析,得到精确的电压补偿量。仿真结果表明,对于2MW双馈风电机组,相比转子侧变流器稳态控制策略,前馈电压补偿控制策略能够有效地抑制转子电流冲击。(3)提出超级电容储能系统协同网侧变流器控制的高电压穿越策略。针对高电压故障时直流链路过电压问题,采用超级电容储能系统快速吸收不平衡的能量,同时网侧变流器优先发出感性无功功率为电网提供无功支撑。建立含超级电容储能系统的双馈风电机组模型,分别提出超级电容储能系统启动控制策略及网侧变流器无功优先控制策略,设计协同控制策略。仿真结果表明,与Chopper保护电路相比,超级电容储能系统能够更有效地降低直流链路电压波动范围。本文基于双馈风电机组动态模型,针对电网高电压故障时双馈风机转子过电流和直流链路过电压问题提出相应的控制策略,在PSCAD中验证了控制策略的控制效果。