双馈感应风力发电系统低电压穿越控制策略研究及其分析.pdf

第４３卷第１６期２０１５年８月ｌ６日电力系统保护与控制ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌＶ＿０１．４３Ｎｏ．１６Ａｕｇ．１６，２０１５双馈感应风力发电系统低电压穿越控制策略研究及其分析赵霞，王倩，邵彬，何美华（西南交通大学电气工程学院，四川成都６１００３１）摘要：基于双馈感应发电机（ＤＦＩＧ）Ｊ￣力发电系统模型，通过分析电网电压跌落情况下的各种运行状况，提出在电网严重故障期间，采用ＡｃｔｉｖｅＣｒｏｗｂａｒ电路和直流侧卸荷电路保护变流器和避免直流侧电压过压。在电网故障恢复期间，Ｃｒｏｗｂａｒ电路的再次投入使得系统无功需求增大。并在网侧变流器的功率容量范围内，提出一种网侧变流器无功功率的控制策略来实现对电网无功支持，以助于电网故障恢复以及加快机端电压恢复。基于ＰＳＣＡＤ／ＥＭＴＤＣ平台建立了仿真系统模型并验证了该控制策略的有效性。该控制策略满足了风电机组并网的低电压穿越，有效提高了ＤＦＩＧ风电机组运行的可靠性。关键词：双馈电机；电压跌落；ＡｃｔｉｖｅＣｒｏｗｂａｒ；直流侧卸荷电路；无功支持ＬｏｗｖｏｌｔａｇｅｒｉｄｅｔｈｒｏｕｇｈｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙａｎｄｉｔｓａｎａｌｙｓｉｓｏｆｄｏｕｂｌｙｆｅｄｉｎｄｕｃｔｉｏｎｇｅｎｅｒａｔｏｒＺＨＡ０Ｘｉａ，ＷＡＮＧＱｉａｎ，ＳＨＡＯＢｉｎ，ＨＥＭｅｉｈｕａ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｏｕｔｈｗｅｓｔＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ６１００３１，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄｏｎｄｏｕｂｌｅｆｅｄｉｎｄｕｃｔｉｏｎｇｅｎｅｒａｔｏｒ（ＤＦＩＧ）ｗｉｎｄｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍｍｏｄｅｌ，ｂｙａｎａｌｙｚｉｎｇｔｈｅｇｒｉｄｖｏｌｔａｇｅｄｒｏｐｕｎｄｅｒｖａｒｉｏｕｓｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｐｒｏｐｏｓｅｓｔｈｅｕｓｅｏｆＡ￣ｉｖｅＣｒｏｗｂａｒＣｉｒｃｕｉｔａｎｄＤＣ－ｃｈｏｐｐｅｒｉｎｏｒｄｅｒｔｏｐｒｏｔｅｃｔｔｈｅｃｏｎｖｅｒｔｅｒａｎｄａｖｏｉｄＤＣ－ｌｉｎｋｏｖｅｒ－ｖｏｌｔａｇｅｓｄｕｒｉｎｇｇｒｉｄｓｅｒｉｏｕｓｆａｕｌｔｓ．Ｃｒｏｗｂａｒｃｉｒｃｕｉｔｂｅｉｎｇｉｎｔｏａｇａｉｎｍａｋｅｓ—ｔｈｅｄｅｍａｎｄｏｆｔｈｅｒｅａｃｔｉｖｅｐｏｗｅｒｉｎｃｒｅａｓｅｄｕｒｉｎｇｔｈｅｒｅｃｏｖｅｒｙｏｆｔｈｅｇｒｉｄｖｏｌｔａｇｅ；ｇｒｉｄｓｉｄｅｃｏｎｖｅｒｔｅｒ（ＧＳＣ）ｉｎｔｈｅｒａｎｇｅｏｆｐｏｗｅｒｃａｐａｃｉｔｙ，ａｎｅｗｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙｆｏｒＧＳＣｒｅａｃｔｉｖｅｐｏｗｅｒｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄｔｏａｃｈｉｅｖｅｔｈｅｒｅａｃｔｉｖｅｐｏｗｅｒｓｕｐｐｏｒｔｔｏｈｅｌｐｔｈｅｒｅｃｏｖｅｒｙｏｆｔｈｅｇｒｉｄｆａｕＲｓａｎｄｔｈｅｓｔａｔｏｒｖｏｌｔａｇｅ．ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｍｏｄｅｌｉｓｂｕｉｌｔｂｙｕｓｉｎｇＰＳＣＡＤ／ＥＭＴＤＣａｎｄｔｈｅｖａｌｉｄｉｔｙｏｆｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙｉｓｐｒｏｖｅｄ．Ｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙｍｅｅｔｓｌｏｗｖｏｌｔａｇｅｒｉｄｅｔｈｒｏｕｇｈ（ＬＶＲＴ）ｏｆＤＦＩＧ，ａｎｄｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｉｍｐｒｏｖｅｓｔｈｅｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅＤＦＩＧｏｐｅｒａｔｉｏｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＤＦＩＧ；ｖｏｌｔａｇｅｄｉｐｓ；ＡｃｔｉｖｅＣｒｏｗｂａｒ；ＤＣ－ｃｈｏｐｐｅｒｃｉｒｃｕｉｔ；ｒｅａｃｔｉｖｅｓｕｐｐｏｒｔ中图分类号：ＴＭ６１４文献标识码：Ａ—文章编号：１６７４．３４１５（２０１５）１６．００５７０８０引言随着风电容量不断增加，在电网电压跌落严重的情况下，风电机组会因自保而脱网，严重时导致电网崩溃，风力发电机的低电压穿越ｂｏｗＶｏｌｔａｇｅｄｅＴｈｒｏｕｇｈ，ＬＶＲＴ）￣力是一个需要解决的问题。ＤＦＩＧ并网运行，定子绕组又直接挂网，当电网因故障出现电压骤降时，定转子磁场的耦合作用，在转子侧会感应出较大的过电流和过电压，特别对变流器造成严重影响【ＪＪ。许多学者对风电机组的控制策略和保护原理进行了大量研究，电网电压轻微跌落的情况时，可以通过对控制策略进行改进实现ＬＶＲＴＬ２叫，当电网发生很严重的故障后，仅仅改进控制策略已经不能满足低电压穿越的要求，应该加入硬件保护电路；对此许多学者提出了简单硬件保护与改进控制策略相结合的ＬＶＲＴ实现方案，得到了工程界的广泛认可和采纳，文献【５】提出了一种新型的电阻串联电容式撬棒结构，但是该方法考虑到经济性，电容的选择也是个难题。—“文献［６８】提出在母线电容器两侧并联卸荷电阻的直”流Ｃｒｏｗｂａｒ方式；文献［９］采用了撬棒电路和直流卸荷电路结合实现ＬＶＲＴ，并提出一种无功策略，但由于定子绕组侧电压无法随电网电压同步恢复，使得这种无功策略在故障切除后无法向系统提供足够的无功功率加快机端电压恢复。文献［１０付旨出网侧变流器的控制带宽明显高于发电机组，可对电网故障迅速做出反应，文献［１ｌ】提出一种新型无功优化控制策略，但是没有考虑Ｃｒｏｗｂａｒ电路切入产生暂态响应。为了解决当电网发生故障后，直流母线过电压５８．电力系统保护与控制和定转子过电流、过电压的问题，以及Ｃｒｏｗｂａｒ电路的切入，使系统能发出足够的无功功率帮助电网电压的恢复，同时在故障切除后加快机端电压恢复。本文在上述研究的基础上，根据ＤＦＩＧ的数学模型分析了当并网点突然发生三相短路时动态响应特性；并通过改进网侧变换器控制策略和硬件保护相结合的低电压穿越控制方法，保护转子变换器和限制直流母线过电压，并在电网电压恢复期间向系统提供有功和无功支撑，来满足并网规程中低电压穿越运行的基本要求。１风力发电并网运行要求国家电网提出的低电压穿越要求［１２１如图１所示，电力系统发生不同类型故障时，只有当并网点电压在图１所示曲线以下时，才允许发电机组脱网。要求其有功功率在故障清除后应快速恢复，自故障清除时刻开始，以至少１０％额定功率／秒的功率变化率恢复至故障前的值。同时，还要求在ＬＶＲＴ期间，电网电压每跌落１％就要至少提供１．５％的无功电流，用以支撑电压恢复。／电网故障引起电压跌／要断并网运行／／／．．．．一：Ｉ１．ｏｏｏ．６２５１．０２．０３０４０ｓ图１国家电网低电压穿越要求Ｆｉｇ．１ＬＶＲＴｒｅｑｕｉｒｍｅｎｔｏｆｓｔａｔｅｇｒｉｄ２ＤＦＩＧ模型和暂态分析２．１ＤＦＩＧ模型图２给出了一种典型的含主动型Ｃｒｏｗｂａｒ保护电路和直流侧卸荷电路的变速恒频ＤＦＩＧ风力发电系统原理图。转子侧变直流侧卸网侧变换器荷电路换器图２ＤＦＩＧ风力发电系统原理图Ｆｉｇ．２ＤＦＩＧｗｉｎｄｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍｓｃｈｅｍａｔｉｃｓ假设定、转子均采用电动机惯例，ＤＦＩＧ的数学模型为［１３－１５】＝ｗ０＋：Ｒｒｉｒ＋ｌ：Ｌｓｆｓ＋Ｌｍ／ｒ【：Ｌｍｆｓ＋ｆｒＣｄ。ｄＵｄｃ＝一（１）（２）（３）Ｌｓ＋Ｌｍｆ４１Ｉ斗ｌ【＝Ｌ＋Ｌ式中：Ｕ、ｉ、分别为电压、电流、磁链；Ｒ、Ｌ分别为电阻、电感；Ｗｏ为定子电压角频率；为转差角频率；为转子角频率；下标Ｓ、ｒ分别表示定子、转子分量；为定、转子漏感；为定、转子互感；ｃ＿ｄｃ为直流母线侧电容；、分别为网侧变换器和转子侧变换器输入功率。根据式（４）可得其中：Ｌｓ＂＝。一＝一在稳态运行时可得Ｕ。＝２．２三相短路故障的暂态分析２．２．１故障时双馈电机暂态分析当电网突然发生对地短路故障时，压矢量表示为＝ｊａＵｓ（５）（６）则定子端电（８）其中：是电网故障发生前的发电机定子电压；ａ为定子电压因故障而降落到的百分比。假设电网在ｔｏ时发生故障，由式（１）可得＝㈠ｗ０＋（９）忽略定子电阻的条件下，可以求解该方程得一ｌ——ｌ一口ｌｌｌ＝，一一＝＝＝、一一＋＋ｌＩｌＩ生一２Ｏ９８７６５４３２Ｏｌ１ｌ００Ｏ０ＯＯＯＯＯ．ｄ／氆窭蛾赵霞，等双馈感应风力发电系统低电压穿越控制策略研究及其分析．５９．一—ｆ＿＝口０＋（１一）０ｅ－ｊＷｏｔｅ（１０）ｒ，其中，…＝，假设故障发生前系统稳定～￣－－Ａ－－、［Ｊ。（）＝。。忽略转子电流的瞬问动态变化，转子电压和定子电压关系可表示为—ＵｒｊａＵｓｊｗｒ（１１）则故障发生后的转子电压可得ｊａＵ￣（１一）一ｊ｛—）Ｗｒｅ－Ｊｗ￣ｔｅ（１２）由此式可知电网跌落越深，ＤＦＩＧ转子电压的振荡幅值越大；因转子、定子之间的强耦合，式（１０）中的第二项定子磁链的直流分量会在电机转子中产生与转子转速成正比的旋转电动势，且电压骤降将导致电磁转矩变小，运行转差增大，使反馈入转子的功率增加，进一步引起转子回路的过电压。由以上分析可知，当双馈感应发电机定子端直接短路时，其定子端电压降低为０，即Ｕｓ＝０时，情况最为严重，对系统的危害也最大，则其定子磁链变为一一ｔＦ一一ｔ一ｔ＝ｏｅ－ｊＷｏｔｅ＝ｅ－ｊｗｏｔｅ＝ｅ（１３）同理可得转子磁链为一一ｔｒＦ一一ｔ５＝０ｅ一ｅ＝堕＝生ｅ一ｗ０ｅ一ｅ（１４）Ｌｓｗｎ将式（１３）、式（１４）代入式（５）可得誊『（ｅ一每ｅｔｅ，－每去ｉｅ一并网点发生三相短路故障后定、转子最大电流可近似表达为电网跌落程度越深，直流母线过电压越严重，即使封锁转子侧变流器脉冲，电流也会给直流电容充电，引起直流侧电压的升高。２．２．２故障排除时双馈电机暂态分析据文献［１６】的理论可知，假设在ｔ．时刻电网电压恢复，即有定子电压ｊ¨－ＩＪ．（１一／）１．．Ｌｌ≥Ｉ（ｆ‘）＝Ｕｓｅ因定子磁链初始值不确定，将式（１７）代入式（９）得Ｏ）ｆ（１一ｅ。ｅ）ｅ～＋ｅｆ１８ｆｅ一一ｆｅ＋ｅ。在同步旋转坐标系下，式（１８）写成ｒｒ—ｔ＋ｔｔ－－ｔｏ一ｌ蚰（ｆ）＝ｆ＋÷“—（ｅｅ－ｊ（一ｅｅｊ）（１９）根据电网电压恢复时刻，定子磁链振荡情况如下。①—ｔａｆ０／ｗ０）时电网电压恢复时刻的定子磁链振荡幅值最大，即（：）＋（２０）②当一＝Ｔ时电网电压恢复时刻的定子磁链振荡幅值最小，即（ｆ＝ｆ１），（２１）③而当一ｔｏ时间很长，定子磁链振荡幅值为＝ｆ１）＋（２２）由式（１９）可知，电网电压恢复时刻不同使得定子磁链振幅不同，从而对转子电压也会产生不同影响。如果Ｃｒｏｗｂａｒ电路的接入，转子侧变流器断开，假设ｆｒ＝０，由式（１）、式（２）可得＝每＋ｊｗ￣ｓ）（２３）将式（１９）代入式（２３）可以得到转子开路时转子电压，在同步旋转坐标系下方程为—每＋１一，ｃｅｅ＿ｊｆ一２４’ｅ－Ｊ￣ｏｔｅ‘ｅ－Ｊｆ＋ｆｌ一、由式（２４）ｎ－Ｉ＂得到定子磁链振荡的转子电压值。①第一种情况下一＝ｆ１）（２一）（２５）．６０．电力系统保护与控制②第二种情况下，Ｕｒ～＝ｆ１）（２６）Ｌｓ③第三种情况下Ｕｒ（ｔ＝ｔ１）（２７）因此电网电压恢复时刻的不同，定子磁链的振荡情况也会不同，转子在恢复时刻的电压也会不同，引起暂态效果随之也不同。３Ｃｒｏｗｂａｒ电路和直流侧卸荷电路控制策略Ｃｒｏｗｂａｒ电路的电阻太大，在Ｃｒｏｗｂａｒ电路切除的时候可能会造成转矩、无功功率的剧烈振荡以及钳位效应【】７Ｊ；电阻太小，使之不能抑制过电流。根据文献ｆ１８１可得Ｃｒｏｗｂａｒ电路电阻的取值范围，即，＝一足＜一些．（２８），—／３．２Ｕ２２…式中，Ｕ为转子电压最大的有效值。ｒ当直流母线电压超过８００Ｖ时，触发直流侧卸荷电路保护直流电容；当检测到转子电流超过额定电流２倍时投入Ｃｒｏｗｂａｒ电路并封锁转子侧变流器脉冲。当发生转子侧过电流切入Ｃｒｏｗｂａｒ电路后，会增加电网的无功需求，不利于电网电压的恢复。文献［１，ｌ９１提到，Ｃｒｏｗｂａｒ电路一旦投入，应在电网故障清除前切除Ｃｒｏｗｂａｒ电路，并且文献［１９］提／￣Ｃｒｏｗｂａｒ电路的切除时间离故障清除时间越短，系统的响应越理想。文献［２０１提出合适的Ｃｒ０ｗｂａｒ电路退出运行时刻应在转子暂态电流得到有效衰减和故障清除前１个周波（甚至更长）之间，可以减小恢复时暂态扰动。因此本文Ｃｒｏｗｂａｒ电路投入后当转子电流衰减到稳态时退出。４无功功率的控制策略按照ＬＶＲＴ要求，风电场必须在电网电压跌落时发送足够无功功率，用以帮助电网电压的恢复，风电场注入电力系统的动态无功电流ＩＴ１．５×（０．９一）ＩＮ（Ｏ．２０．９）。根据式（２９）可以得到风电场注入电力系统的动态无功功率０．３１５Ｐ－ｕ＿。‘ＱＧ＝（ｌｄｇ一ｌｑ。）＝一－；ｉＣＪｓＩ（２９）网侧变流器原有控制策略如图３所示。本文对原有的控制策略进行改进如图４所示，当系统正常运行时候无功电流给定值为０，系统运行在—＿＿＇ｃ，，ｑ／——ＡｂｅＰＷＭ—’图３网侧变流器原有控制策略—Ｆｉｇ．３Ｇｒｉｄｓｉｄｅｃｏｎｖｅｒｔｅｒ（ＧＳＣ）ｏｒｉｇｉｎａｌｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙ单位功率因数模式；当系统发生故障，网侧变流器的无功控制采用另一种模式即通过机端电压幅值与给定的额定值比较，经过ＰＩ调节后得到无功功率的给定值，无功功率的给定值再与实际无功功率比较得到网侧变流器无功电流给定值。因为机端电压恢复是一个动态过程，考虑Ｃｒｏｗｂａｒ电路的再次切入，使得Ｃｒｏｗｂａｒ电路从电网吸收更多的无功功率，所以当检测到机端电压恢复后，网侧变流器无功电流给定值才立刻变为０，来减少系统动态响应，同时也有助于机端电压的恢复。图４网侧变流器新的控制策略—Ｆｉｇ．４Ｇｒｉｄｓｉｄｅｃｏｎｖｅｒｔｅｒ（ＧＳＣ）ｎｅｗｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙＰＩ调节器传递函数可表示为Ｋ（＋）———Ｇｐ（）＝＋＝Ｌ（３０）‘ＳＳ式中，、Ｋ、分别为比例系数、积分系数、积分时间常数。原有控制策略采用了典型的电压电流双闭环控制，即电，ｂ￣ｔＰｉ调节器按照典型一型系统设计以及直流母线电压ＰＩ调节器按照典型二阶系统设计；改进的新控制策略，电流ＰＩ调节器仍按照典型一型系统设计，新加入的两＋Ｐｉ调节器则根据二阶系统设计。新的控制策略下，当电网短路使得机端电压降低，流入电压ＰＩ调节器的电压偏差增大，无功功率基准值随之将增大，这样也就会让定子无功电流给定值增大，用以满足低电压穿越的无功需求。若采用原有的方法无功电流给定值始终为０，不能为系统提供所需的无功电流。５系统控制策略仿真及分析为验证ＬＶＲＴ控制策略的有效性，本文基于赵霞，等双馈感应风力发电系统低电压穿越控制策略研究及其分析．６１．ＰＳＣＡＤ／ＥＭＴＤＣ平台建立双馈感应发电系统仿真模型。１１ＤＦＩＧ仿真参数：ＤＦＩＧ的额定功率为２ＭＷ；定子侧额定电压为６９０Ｖ；额定频率为５０Ｈｚ；定子电阻、漏感为０．００５４Ｐ．ｕ．、０．１０Ｐ．ｕ．；转子电阻、漏感为０．００６０７Ｐ．Ｕ．、０．１１ｐ－ｕ．，激磁电感（互感）为４．５ｐ－ｕ．；转动惯量为０．０８９２ｋｇ．ｍ２；极对数为２。２）变流器参数：直流母线电压给定为８００Ｖ；ＰＷＭ开关频率为５ｋＨｚ；直流侧卸荷电阻为０．４Ｑ；直流侧电容为７８００ｇＦ；ＤＦＩＧ定子侧额定电压为６９０Ｖ，通过变压器并到２０ｋＶ的强电网上，以上参数均归算定子侧。５．１电网电压发生三相短路故障仿真分析７Ｓ时候风机并网点处发生三相短路故障，电网电压跌落到０．２Ｐ．ｕ．，故障持续时间为０．２Ｓ，故障发生前双馈发电机组稳定运行在超同步状态，即电机转速为１８００ｒ／ｍｉｎ、滑差为Ｓ＝一０．２，在原有控制策略下无任何保护的ＤＦＩＧ响应如图５所示。暮一薹．２．薹：６０６８０７．ＯＯ７．２Ｏ－丘ａ。一—莓＿￡二＝二末图５发生三相短路故障无任何保护８￣ＤＦＩＧ的响应曲线Ｆｉｇ．５ＲｅｓｐｏｎｓｅｃｕｒｖｅｓｗｉｔｈｏｕｔａｎｙｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｏｆＤＦＩＧ从图５可以看出，在并网点电压跌落和恢复瞬间，定、转子各相电流可达到正常情况的４～５倍，长时间这样会对转子侧变流器造成损坏；直流母线电压达到了恒定值的３倍，远远超出变流器和直流母线电容器的承受范围。当并网点电压恢复时，ＤＦＩＧ发电系统从电网中吸收了１．２Ｐ＿ｕ＿的无功功率，不利于机端电压的恢复。５．２低电压穿越控制策略仿真分析由于变流器的耐压能力有限，其直流侧电压一般不允许超过额定电压水平的１０％～１５％，由参数可ｏｎＮ得＝，＿（１＋１０％）＝０．９ｐ．ｕ．，并将双馈发电机６９０４２组参数代入式（２８），可得Ｃｒｏｗｂａｒ电路电阻最大值为０．２１Ｐ．ｕ．，再根据机侧变流器电流、转子电流以及直流母线电压的波形效果取Ｒ＝０．．，直流ｃ１８ｐ．ｕ侧卸荷电路电阻Ｒ＝０．２Ｐ。当转子电流衰减到稳态时即７．１５Ｓ时Ｃｒｏｗｂａｒ电路退出。５．２．１原有控制策略电压跌落时加入Ｃｒｏｗｂａｒ电路和直流卸荷电路由图６可知当检测到转子电流超过０．６ｐ＿ｕ＿接入Ｃｒｏｗｂａｒ电路，定子侧的电流最大值很快衰减到了０．５ｐ－ｕ．，转子侧电流也经过０．０５ｓ最大值衰减到了ｅ蜒６．Ｏ２．０—２．Ｏ６．０６．８０７．００７．２Ｏ７４０７６０７８Ｏｊ１．８Ｏ０．６Ｏ榷一０６０烤０６姜１蓦薯誉ｏ８０７００７．２０７４０７６０７８０＿Ｅ一ｓｎｕ——————————１．２０ｉ＝＝－１＝＿・ｒ＿１・ｒ＿］］—ｏｓｏ■Ｆ０Ｆ．］：：一．：Ｌ一上＿一：．Ｊ———————————————————————————０ＬＪＪＬＪＬＬ＿＿Ｊ６．８０７００７．２０７．４０７６０三ｏ６０僻一０．６Ｏ瞅一１．８０一ＯＧ６．８０７．２０７．６０８，００图６发生三相短路故障有Ｃｒｏｗｂａｒ电路和直流卸荷电路的ＤＦＩＧ的响应曲线Ｆｉｇ．６ＲｅｓｐｏｎｓｅｃｕｒｖｅｓｆｏｒａｖｏｌｔａｇｅｄｉｐｗｉｔｈｔｈｅＣｒｏｗｂａｒｃｉｒｃｕｉｔａｎｄＤＣ－ｃｈｏｐｐｅｒｃｉｒｃｕｉｔｏｆＤＦＩＧ∞∞踟踯６Ｏ０００ＯＥ）０）１．６２．电力系统保护与控制０．３Ｐ．ｕ＿。接入Ｃｒｏｗｂａｒ电路后转子侧的电流立即流入Ｃｒｏｗｂａｒ电路，从而对变流器得到了很好的保护，在并网点电压恢复时暂态电流也得到抑制，直流母线电压的波动幅度也最大在０．１ｋＶ，使其在可以接受的范围内；由于在电压恢复时Ｃｒｏｗｂａｒ电路再次切入，使得Ｃｒｏｗｂａｒ电路从电网吸收更多的无功功率，不利于机端电压的恢复，也将延迟风力发电系统恢复稳定。若仅有Ｃｒｏｗｂａｒ电路而无直流卸荷电路的加入如图７所示。堇４髻蓄鋈。图７没有加入直流卸荷电路Ｆｉｇ．７ＷｉｔｈｏｕｔＤＣ－ｃｈｏｐｐｅｒｃｉｒｃｕｉｔ由图７可知由于故障恢复期间Ｃｒｏｗｂａｒ电路的再次切入使直流母线电压值波动更大，与图６采用直流侧卸荷电路对比知道，直流侧卸荷电路能够直接有效地抑制直流母线电压的大幅波动，也可以让Ｃｒｏｗｂａｒ电路中的电阻值在一定范围内选取较大的值，抑制转子侧变流器的过电流，从而保护转子侧变流器。５．２．２新的控制策略下无功功率特性分析对比图５和图６可知，在原有网侧变流器控制策略下由于在电压恢复时Ｃｒｏｗｂａｒ电路再次切入，使得Ｃｒｏｗｂａｒ电路从电网吸收无功功率达到１．８Ｐ－ｕ．，采用本文提出的无功功率控制策略，仿真结果如图８Ｎｌ／Ｊ。１．８０薅０．６００．６０１．８０１２０立１０００．８００６０磐Ｏ．４００．２０一ＱＧ—’＿＿一＿一二一～，亍７一｛：Ｉ三三．．０．一一……｝一一０一—…ｒ一６＿８Ｏ７Ｏ０７．２０７．４０７６０７．８Ｏ－ｎ啊－－÷——‘～一≯７～／一．．一～０：一一／～＿萎－ｌｌ＿Ｌ二：＝＝＝二一～～～一≮一６８０７．００７２Ｏ７４０７．６０７．８０图８发生三相短路故障ＤＦＩＧ发送的无功功率和机端电压Ｆｉｇ．８ＤＦＩＧｒｅａｃｔｉｖｅｐｏｗｅｒｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎａｎｄｔｅｒｍｉｎａｌｖｏｌｔａｇｅｄｕｒｉｎｇａｖｏｌｔａｇｅｄｉｐ由图８可看出发生三相短路故障后系统向电网发出其最大无功功率约０．４ｐ－ｕ．，符合ＬＶＲＴ要求的无功功率。故障排除后在机端电压恢复过程中，Ｃｒｏｗｂａｒ电路从电网吸收的无功功率也只有０．６ｐ．ｕ．，７．２５ｓ时机端电压恢复，系统继续运行在单位功率因数模式，整个系统无功功率经过０．３ｓ恢复Ｎｏ。５．２．３新的控制策略下有功功率特性分析根据能量守恒定律知道ＰＧ＋（３１）式中，ＰＧ、尸ｇ、分别是风机流入电网的有功功率、网侧变流器流出的有功功率、定子端流出的有功功率。由图９可以看出，Ｃｒｏｗｂａｒ电路切入后使双馈异步电机成为一台具有大转子电阻，导致网侧交流器流入电网的有功功率倒流，而定子侧由于故障使得输入电网的有功功率减＋Ｎｏｐ．ｕ＿左右，最终导致输入电网的有功功率倒流。故障结束后，由于Ｃｒｏｗｂａｒ电路的切入和电磁耦合作用限制（定子绕组侧电压无法随电网电压同步恢复），这也加深造成了双馈发电机在故障切除瞬间产生功率倒送现象（峰值为一４Ｐ．ｕ．），并经过２４０ｍｓ的快速振荡恢复至稳定值。６．８０７．２Ｏ７．６Ｏ图９发生三相短路故障时系统有功功率Ｆｉｇ．９Ｓｙｓｔｅｍａｃｔｉｖｅｐｏｗｅｒｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｄｕｒｉｎｇａｖｏｌｔａｇｅｄｉｐ６结语本文分析了电网电压跌落以及电网电压恢复情况下的运行状况，在文献［９］的基础上，采用直流母线电容器两侧并联卸荷电阻和ＡｃｔｉｖｅＣｒｏｗｂａｒ电路两者的结合设计实现ＬＶＲＴ，并针对Ｃｒｏｗｂａｒ电路两次切入的暂态响应提出了一种网侧变换器无功功率控制策略。基于２ＭＷ的ＤＦＩＧ模型，进行了ＬＶＲＴ及所提出的控制策略的仿真研究，结果表明：直流侧卸荷电路能够直接有效地抑制直流母线电压过电压，同时也可以让Ｃｒｏｗｂａｒ电路中的电阻值在一定范围内选取较大的值，降低仅有Ｃｒｏｗｂａｒ电路时电阻选取大小的难度，使得实现ＬＶＲＴ更直接有效方便；并且通过Ｃｒｏｗｂａｒ电路的再次切入控制策略，延长了系统暂态恢复，定子绕组侧电压无法随电网电压同步恢复，利用风机机端电压偏差值来确定无功功率基准值，不仅能为电网提供足够的无功功率帮助电网恢复，同时也能在故障切除后向系统继续发出无功功率来加快风机机端电压恢复，该控制策略相对简单，具有较好的实用价值。赵霞，等双馈感应风力发电系统低电压穿越控制策略研究及其分析－６３一参考文献［１］苏平，张靠社．基于主动式ＩＧＢＴ型Ｃｒｏｗｂａｒ的双馈风力发电系统ＬＶＲＴ仿真研究［Ｊ］．电力系统保护与控制，２０１０，３８（２３）：１６４－１７０．ＳＵＰｉｎｇ，ＺＨＡＮＧＫａｏｓｈｅ．ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｅａｒｃｈｆｏｒＬＶＲＴｏｆＤＦＩＧｗｉｔｈａｃｔｉｖｅＩＧＢＴｃｏｗｂａｒ［Ｊ］．Ｐｏｗｅｒ—ＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ，２０１０，３８（２３）：１６４１７０．［２］ＭＯＨＳＥＮＩＭ，ＩＳＬＡＭＳ，ＭＡＳＯＵＭＭ．Ｆａｕｌｔ—ｒｉｄｅ－ｔｈｒｏｕｇｈｃａｐａｂｉｌｉｔｙｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔｏｆｄｏｕｂｌｙｆｅｄｉｎｄｕｃｔｉｏｎｗｉｎｄｇｅｎｅｒａｔｏｒｓ［Ｊ］．ＩＥＴＲｅｎｅｗａｂｌｅＰｏｗｅｒＧｅｎｅｒａｔｉｏｎ，２０１１，５（５）：３６８－３７６．［３］ＹＡＮＧＬＨ，ＸＵＺ，ＯＳＴＥＲＧＡＡＲＤＪ，ｅｔａ１．ＡｄｖａｎｃｅｄｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙｏｆＤＦＩＧｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｓｆｏｒｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍｆａｕｌｔｒｉｄｅｔｈｒｏｕｇｈ［Ｊ］．ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＰｏｗｅｒ—Ｓｙｓｔｅｍｓ，２０１２，２７（２）：７１３７２２．［４］ＬＩＨ￣ｙａｎｇ，ＺＨＡＯＸｕ，ＯＳＴＥＲＧＡＡＲＤＪｊｅｔａ１．ＡｄｖａｎｃｅｄｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙｏｆＤＦＩＧｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｓｆｏｒｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍｆａｕｌｔｒｉｄｅｔｈｒｏｕｇｈ［Ｊ］．ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＰｏｗｅｒ—Ｓｙｓｔｅｍｓ，２０１２，２７（２）：７１３７２１．［５］郑重，杨耕，耿华．电网故障下基于撬棒保护的双馈风电机组短路电流分析［Ｊ】．电力自动化设备，２０１２，３２（１１、：７－１４．ＺＨＥＮＧＺｈｏｎｇ，ＹＡＮＧＧｅｎｇ，ＧＥＮＧＨｕａ．Ｔｈｅ—ｓｈｏｒｔｃｉｒｃｕｉｔｃｕｒｒｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓｏｆＤＦＩＧｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｓｗｉｔｈｃｒｏｗｂａｒｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｕｎｄｅｒｇｒｉｄｆａｉｌｕｒｅ［Ｊ］．ＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＡｕｔｏｍａｔｉｏｎＥｑｕｉｐｍｅｎｔ，２０１２，３２（１１）：７－１４．［６］ＹＡＮＧＬｉｈｕｉ，ＸＵＺｈａｏ，ＳＴＥＲＧＡＡＲＤＪ，ｅｔａ１．ＡｄｖａｎｃｅｄｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙｏｆＤＦＩＧｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｓｆｏｒｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍｆａｕｌｔｒｉｄｅｔｈｒｏｕｇｈ［Ｊ］．ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍｓ，２０１２，２７（２）：７１３－７２１．［７］贺益康，周鹏．变速恒频双馈异步风力发电系统低电压穿越技术综述［Ｊ］．电工技术学报，２００９，２４（９）：１４０．１４６．ＨＥＹｉｋａｎｇ，ＺＨＯＵＰｅｎｇ．Ｏｖｅｒｖｉｅｗｏｆｔｈｅｌｏｗｖｏｌｔａｇｅｒｉｄｅ－ｔｈｒｏｕｇｈｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒｄｏｕｂｌｙｆｅｄｗｉｎｄｐｏｗｅｒｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｓ［Ｊ］．ＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｆＣｈｉｎａ—ＥｌｅｃｔｒｏｔｅｃｈｎｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙ，２００９，２４（９）：１４０１４６．［８］李东东，叶辰升．基于改进风力发电机组下的低电压穿越控制策略研究【Ｊ］＿电力系统保护与控制，２０１３，４ｌ（２Ｏ）：３４－４０．ＬＩＤｏｎｇｄｏｎｇ，ＹＥＣｈｅｎｓｈｅｎｇ．Ｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙｒｅｓｅａｒｃｈｏｆｌｏｗｖｏｌｔａｇｅｒｉｄｅｔｈｒｏｕｇｈｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｉｍｐｒｏｖｅｄｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｇｅｎｅｒａｔｏｒｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ，２０１３，４１（２０）：３４－４０．［９］朱颖，李建林，赵斌．双馈型风力发电系统低电压穿越策略仿真［Ｊ］．电力自动化设备，２０１０，３０（６）：２０－２４．ⅥＺＨＵｎｇ，ＬＩＪｉａｎｌｉｎ，ＺＨＡＯＢｉｎ．ＬｏｗｖｏｌｔａｇｅｒｉｄｅｔｈｒｏｕｇｈｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＤＦＩＧｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｓ［Ｊ］．ＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＡｕｔｏｍａｔｉｏｎＥｑｕｉｐｍｅｎｔ，２０１０，—３０（６）：２０２４．［１０］梁亮，李建林，许洪华．电网故障下双馈感应式风力发电系统的无功功率控制策略［Ｊ】．电网技术，２００８，３２（１１、：７０－７３．ＬＩＡＮＧＬｉａｎｇ，ＬＩＪｉａｎｌｉｎ，ＸＵＨｏｎｇｈＨａ．Ｒｅａｃｔｉｖｅｐｏｗｅｒｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙｆ—ｏｒｄｏｕｂｌｙｆｅｄｉｎｄｕｃｔｉｏｎｗｉｎｄｐｏｗｅｒｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｕｎｄｅｒｆａｕｌｔｉｎｐｏｗｅｒｎｅｔｗｏｒｋ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００８，３２（１１）：７０－７３．［１１］贾俊川，刘晋，张一工．双馈风力发电系统的新型无功优化控制策略［Ｊ］．中国电机工程学报，２０１０，３０（３０）：８７－９２．ＪＩＡＪｕｎｃｈｕａｎ，ＬＩＵＪｉｎ，ＺＨＡＮＧＹｉｇｏｎｇ．Ｎｏｖｅｌｒｅａｃｔｉｖｅｐｏｗｅｒｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙｆｏｒｄｏｕｂｌｙｆｅｄｉｎｄｕｃｔｉｏｎｗｉｎｄｐｏｗｅｒｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ—ｏｆｔｈｅＣＳＥＥ，２０１０，３０（３０）：８７９２．［１２］国家电网公司．国家电网公司风电场接入电网技术规定（修订版）【ｓ］．北京：国家电网公司，２００９．ＳｔａｔｅＧｒｉｄＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎｏｆＣｈｉｎａ．ＳｔａｔｅＧｒｉｄＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎｏｆＣｈｉｎａｗｉｎｄｆａｒｍｓｃｏｎｎｅｃｔｅｄｔｏｔｈｅｇｒｉｄｔｅｃｈｎｉｃａｌｒｅｇｕｌａｔｉｏｎｓ（ｒｅｖｉｓｅｄｅｄｉｔｉｏｎ）［Ｓ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ：ＳｔａｔｅＧｒｉｄＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎｏｆＣｈｉｎａ，２００９．［１３］郭家虎，张鲁华，蔡旭．双馈感应风力发电机低电压穿越控制策略［Ｊ】．电力系统保护与控制，２０１０，３８（６）：４０．４８．ＧＵＯＪｉａｈｕ，ＺＨＡＮＧＬｕｈｕａ，ＣＡＩＸｕ．ＲｅｓｐｏｎｓｅａｎｄｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｏｆＤＦＩＧｓｙｓｔｅｍｕｎｄｅｒｔｈｒｅｅ－ｐｈａｓｅｓｈｏｒｔｃｉｒｃｕｉｔｆａｕｌｔｏｆｇｒｉｄ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄ—Ｃｏｎｔｒｏｌ，２０１０，３８（６）：４０４８．［１４］张禄，金新民，唐芬．电网电压对称跌落下的双馈感应发电机ＰＩ－Ｒ控制及改进［Ｊ］．中国电机工程学报，—２０１３，３３（３）：１０６１１４．ＺＨＡＮＧＬｕ，ＪＩＮＸｉｎｍｉｎ，ＴＡＮＧＦｅｎ．ＩｍｐｒｏｖｅｄＰＩ－Ｒｃｏｎｔｒｏｌｆｏｒｄｏｕｂｌｙｆｅｄｉｎｄｕｃｔｉｏｎｇｅｎｅｒａｔｏｒｓｕｎｄｅｒｇｒｉｄｖｏｌｔａｇｅｓｙｍｍｅｔｒｉｃａｌｄｉｐ［Ｊ］．ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅＣＳＥＥ，—２０１３，３３（３）：１０６１１４．［１５］ＶＲＩＯＮＩＳＴＤ，ＫＯＵＴＩＶＡＸＩ，ＶＯＶＯＳＮＡ．Ａｇｅｎｅｔｉｃａｌｇｏｒｉｔｈｍ－ｂａｓｅｄｌｏｗｖｏｌｔａｇｅｒｉｄｅ－ｔｈｒｏｕｇｈｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙｆｏｒｇｒｉｄｃｏｎｎｅｃｔｅｄｄｏｕｂｌｙｆｅｄｉｎｄｕｃｔｉｏｎｗｉｎｄ．．６４．．电力系统保护与控制ｇｅｎｅｒａｔｏｒｓ［Ｊ］．ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓＯｉ＂１ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍｓ，２０１４，２９（３）：１３２５－１３３３．［１６］黎芹，张兴，杨淑英，等．双馈风力发电机低电压穿越转子动态过程分析［Ｊ］．电力系统及其自动化学报，２０１０，２２（５）：１９－２３．ＬＩＱｉｎ，ＺＨＡＮＧＸｉｎｇ，ＹＡＮＧＳｈｕｙｉｎｇ，ｅｔａ１．ＤｙｎａｍｉｃｂｅｈａｖｉｏｒｏｆＤＦＩＧｒｏｔｏｒｄｕｒｉｎｇｌｏｗｖｏｌｔａｇｅ—ｒｉｄｅ－ｔｈｒｏｕｇｈ［Ｊ］．ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅＣＳＵＥＰＳＡ，２０１０，２２（５）：１９－２３．［１７］翟佳俊，张步涵，谢光龙．基于撬棒保护的双馈风电机组三相对称短路电流特性［Ｊ］．电力系统自动化，—２０１３，３７（３）：１８２２．ＺＨＡＩＪｉａｊｕｎ，ＺＨＡＮＧＢｕｈａｎ，ＸＩＥＧｕａｎｇｌｏｎｇ．Ｔｈｅｔｈｒｅｅ—ｐｈａｓｅｓｈｏｒｔｃｉｒｃｕｉｔｃｕｒｒｅｎｔｐｒｏｐｅｒｔｙｏｆＤＦ１Ｇｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｓｗｉｔｈｃｒｏｗｂａｒｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ［Ｊ］．Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎｏｆ—ＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍｓ，２０１３，３７（３）：１８２２．［１８］ＭＯＲＲＥＮＪ，ＤＥＨＡＡＮＳＷＨ．Ｓｈｏｒｔ－ｃｉｒｃｕｉｔｃｕｒｒｅｎｔｏｆｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｓｗｉｔｈｄｏｕｂｌｙｆｅｄｉｎｄｕｃｔｉｏｎｇｅｎｅｒａｔｏｒ［Ｊ］．ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＥｎｅｒｇｙＣｏｎｖｅｒｓｉｏｎ，２００７，２２（１）：—１７４１８Ｏ．［１９］徐殿国，王伟，陈宁．基于撬棒保护的双馈电机风电场低电压穿越动态特性分析［Ｊ］．中国电机工程学报，—２Ｏｌ０，３８（６）：４０４４．ＸＵＤｉａｎｇｕｏ，ＷＡＮＧＷｅｉ，ＣＨＥＮＮｉｎｇ．Ｄｙｎａｍｉｃ—ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃａｎａｌｙｓｉｓｏｆｄｏｕｂｌｙｆｅｄｉｎｄｕｃｔｉｏｎｇｅｎｅｒａｔｏｒ—ｌｏｗｖｏｌｔａｇｅｒｉｄｅｔｈｒｏｕｇｈｂａｓｅｄｏｎｃｒｏｗｂａｒｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ［Ｊ］．—ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅＣＳＥＥ，２０１０，３８（６）：４０４４．［２Ｏ］丁明，胡腾华，韩平平，等．基于Ｃｒｏｗｂａｒ的双馈风机ＬＶＲＴ特性研究［Ｊ］．合肥工业大学学报，２０１３，３６（４）：４１０．４１５．ＤＩＮＧＭｉｎｇ，ＨＵＴｅｎｇｈｕａ，ＨＡＮＰｉｎｇｐｉｎｇ，ｅｔａ１．ＳｔｕｄｙｏｆＬＶＲＴａｂｉｌｉｔｙｏｆＤＦＩＧｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｂａｓｅｄｏｎＣｒｏｗｂａｒ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨｅｆｅｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１３，３６（４）：—４】０４】５．收稿日期：２０１４－１卜１３；—修回日期：２０１５－０３３１作者简介：赵霞（１９８８－），女，硕士研究生，主要从事电网稳定运行与规划的研究；Ｅ．ｍａｉｌ：ａｘｉａ．．ｚｈａｏ＠１６３ｃｏｍ王倩（１９６２－），女，教授，研究方向为电网运行与稳定、智能监控技术，调度综合自动化、配电网自动化；Ｅ．ｍａｉｌ：ｑｉａｎ．ｗａｎｇ＠ｓｗｊｔｕ．ｅｄｕ．ｃｎ邵彬（１９８７－），男，硕士研究生，主要研究方向为智—能配电网自愈控制。Ｅｍａｉｌ：ｓｈａｏｂｉｎｇｏｏｄ＠１６３．ｃｏｍ（编辑姜新丽）