电网故障下双馈感应风力发电机组的暂态运行性能研究

随着大规模风力发电场的规划和建设,风力发电在电力系统中的比重逐步增加,风力发电场接入与电力系统的相互影响也随之加大。国际风电技术界的研究热点正从小容量单机的风力发电技术向大容量系统级方向发展,从研究大容量风电场的稳态行为过渡到其接入输电网后的动、暂态行为。其中最为瞩目的研究热点是大容量风电场与电力系统的相互作用,其中一个方面就是大容量风电场并入输电网后的系统稳定性,包括系统的动态和暂态性能研究,特别是在电网故障下机组暂态性能方面,如并网风力发电机组的暂态建模、暂态行为及其暂态性能关键参数的评估,风电机组低电压穿越性能及能力等。 论文以并网双馈感应风力发电机组为研究对象,针对电网故障下机组的暂态运行性能开展深入的研究。本文首先在分析风力机功率特性以及双馈感应发电机数学模型基础上,采用电网电压定向矢量控制策略对其功率解耦特性进行仿真,验证双馈感应发电机功率控制策略的有效性;其次,考虑风力机传动链柔性连接的机电耦合作用,建立了传动链等效两个质量块的数学模型,对不同传动链等效模型以及不同初始运行工况下的机组暂态性能进行了比较分析,得到了机电耦合对机组暂态运行性能影响较为明显的结论;此外,从定、转子磁链守恒原则出发,对机组电磁暂态机理进行了分析,分别推导了机端短路故障和不同电压跌落程度的双馈发电机定、转子暂态电流的参数表达式,通过和仿真结果比较验证了定、转子暂态电流估计正确性;最后,在综述世界各国对低电压穿越(LVRT)要求以及分析不同控制方法的基础上,以三相交流开关加旁路电阻构成crowbar保护电路为例,对crowbar保护电路的不同切除时间以及不同电网电压跌落等情况对机组LVRT的运行性能和能力进行了分析和比较。 本文得到的并网双馈感应风力发电机组暂态模型,机电耦合作用的影响、暂态电流评估以及提高机组暂态性能方法的结论,将为含并网大容量风电场的电力系统暂态稳定性分析提供理论基础以及决策支持。