基于CROWBAR电路的双馈风电机组低电压穿越控制策略研究

二十一世纪以来,风能作为新兴的绿色能源,越来越多的受到关注。世界上许多国家和地区都在积极发展风电,同样,我国的风电事业也在蓬勃发展。随着风电机组的快速发展,风电装机容量在电网中的比例越来越高,对电网的影响也越来越大。作为主流机型之一的双馈风力发电机并入电网后,发电机的稳态特性、动态响应和暂态特性对电力系统的稳定运行有着非常大的影响。当电网故障或扰动引起风电场并网点的电压跌落时,在一定的电压跌落范围内,风电机组能够不间断并网运行的能力,即低电压穿越能力,也成为近几年的研究热点。本文参照最新的电网导则,提出了基于crowbar电路的双馈风电机组低电压穿越保护策略。文章主要包括以下内容: (1)分析了风电机组恒速恒频与变速恒频的区别,阐述了双馈风电机组变速恒频运行的原理; (2)对风电机组中的风力机、机械轴系、双馈电机、变流器进行数学建模。其中,详细演示了坐标变换的过程,在物理模型的基础上,分别推导出了双馈电机在abc坐标系下和在dq坐标系下的数学模型; (3)电网电压跌落时,对双馈电机定、转子过流、过压进行分析,详细分析了转子过流的产生过程,并利用MATLAB/Simulink工具进行了仿真。提出了在电网电压大幅跌落时,双馈电机基于crowbar电路的保护策略; (4)介绍了两种主流crowbar电路结构,通过对比,分别总结了active crowbar和passive crowbar的不同保护效果。然后在整流桥式active crowbar的基础上进行改进,增加了检测和控制模块,通过仿真波形图验证了电路改进的有效性。基于active crowbar电路双馈电机成功的实现了低电压穿越。最后分析了影响crowbar保护效果的两个因素:投切时刻和旁路电阻。