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背靠背式变换器模型

背靠背式变换器模型 DFIG 的变流器模型主要由两个“背靠背”的脉冲宽度调制器组成,从而完 成输出有功功率和无功功率的解耦控制。转子侧 PWM 变换器应用定子磁链定 向控制技术,主要实现了功率解耦控制。电网侧 PWM 变换器可以保持保持直 流侧的电压不变,并维持在额定的功率因数(通常情况下为 1)下,使故障下 DFIG 与系统的无功交流动态平衡。以为分别对两种变换器的模型进行分析。

转子电流保护电路 目前被大家公认的是,当电网发生故障时,继电保护装置可以迅捷、可靠 的控制欲故障元件最近的隔离开关或断路器来保证系统安全稳定运行。目前电 网所占比重最大的同步发电机都具有较强故障穿越的能力,故障的极限切除时 间常规值为 80ms 。若继保系统不超过此时间动作,则系统能够正常运行。 为了防止风电大规模接入电网对系统造成不良影响,电网管理者对风电场 提出了低电压穿越能力LVRT(Low Voltage Ride Through)的要求。当外电网受到 大扰动时,风电场接入电网的节点残留电压要高于 0.2p.u.。我国继电保护装置 的主体保作时间多在 125ms内,二段以及三段保护的动作延时为0.5s,考虑给主 保护与后备保护留下足够的动作时间,要求风电场在非严重电压跌落事故下机 组能持续与系统相连时间不小于 625ms 。

通过大量仿真验证,当外电网遭受到大干扰事故时,电压的大幅度变小会 造成双馈感应风电机组内部电流的急剧增大,使内部电力电子设备PWM变换器 严重过载,产生大量余热烧坏变换器。为了达到风电机组大规模接入电网的 LVRT能力的标准,同时为了满足现实运行之中的经济性,目前双馈风力发电机 电力电子变换器的额定功率大超过DFIG总功率的30%。 如今DFIG普遍应用了转子短路保护技术 Crowbar 以达到低电压穿越能力的 规定,这种技术的主要原理是在外网络故障尚未切除的时间段内锁死转子侧变换器,同时在转子侧连入 Crowbar 电路中的短路电阻。双馈风电机组转子电流 保护电路模型的如图2-10所示。

DFIG实现LVRT过程的具体流程如下: 1) DFIG 的锁相环环节实时测量并网点的频率、变换器支路的电流、并网 点的电压等状态量,当外电网发生故障时,几乎同时在转子侧连入 Crowbar 保 护电路,同时锁死与 Crowbar 直接相连的变换器。 2) 网侧变换器与外系统相连以保持直流侧母线电压恒定,当外网络发生 故障时,立即投入Chopper卸荷电路以消耗直流电容上多余的不平衡功率,再重 新整定 DFIG 与外网功率交换的控制策略。 3) 当系统发生故障时,在风力机输出功率不变而电磁功率变小,这部分 多余的功率转化为转子的动能,从而使转子转速持续增大,使 DFIG 失去平衡。 此时适当控制可由 DFIG 中的桨距角控制单元进行调节。 4) 当发生故障之后,DFIG 的电压电流锁相环等运行监测器件检测到系统 故障已经切除时,在短时间内断开Chopper卸荷电路与Crowbar 转子电流保护电 路,使风机恢复常态控制。 其中, Crowbar 转子电流保护电路在比Chopper卸荷电路应用更加普遍。在 本文所用软件 Powerfactory 中,Crowbar 电路是 DFIG 模型中的一个单元,其参 数可在 Powerfactory 软件中自由设置。

本章主要对双馈感应发电机组进行数学建模,分别建立了风力机机械模型、 背靠背式 PWM 变换器模型、低电压穿越模型等各个组成部分的详细模型。着 重推导了由双馈电机的五阶动态模型简化而来的适合小干扰稳定分析的简化模型,以及转子侧变换器和网侧变换器的数学模型,其中含有出了用于仿真建模 以及小干扰模型分析的微分方程。本文着重研究双馈感应风电机的小干扰稳定 问题,所以建立风速恒定的双馈风机模型。

 

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