基于定子Crowbar电路的双馈风力发电系统低电压穿越技术研究

风力发电在整个电力系统中装机容量和发电量所占比例日益提高。双馈风电机组定子侧直接与电网相连,转子侧通过容量较小的变流器与电网相连,这种特殊的拓扑结构导致双馈风电机组在电网电压跌落故障期间具有较为复杂暂态特性,定转子绕组出现大电流,直流母线电压骤升,威胁变流器的安全运行乃至引起双馈风电机组脱网运行。本文主要研究定子Crowbar电路的低电压穿越技术。首先对双馈风力发电系统的基本组成、运行原理进行阐述分析;结合基本运行原理分析了电网电压发生对称跌落故障下,双馈风力发电机组的暂态响应。给出电网电压对称跌落时转子故障电流的解析式,定转子绕组参数、机端电压跌落深度、转差率以及转子侧变流器输出的电压等因素影响着转子故障电流的大小。然后给出了定子Crowbar电路模式切换的低电压穿越方案,进一步分析了双馈风力发电机组模式切换过程中,转子暂态电流响应特性;给出电网故障期间,定子Crowbar电路接入系统,双馈风电机组切换至感应发电机组模式下,系统的有功功率与无功功率可通过两侧的变流器控制。该方案能有效地抑制转子暂态电流和直流母线电压的波动,无功功率的注入有利于电网电压的恢复。接着,在考虑故障期间系统存在不平衡转矩的条件下,确定了定子Crowbar电路临界阻抗选取的计算方法;详细分析电磁转矩、转子转速、定子Crowbar电路阻抗之间的关系;同时,结合转子侧变流器的控制策略,给出了一种实时跟踪定子电流变化的控制策略。最后经仿真验证表明,所改进的方案均能有效地改善双馈风力发电系统的低电压穿越能力。