方澤欽, 楊俊華, 陳思哲, 吳 捷
(1. 廣東工業(yè)大學(xué) 自動化學(xué)院,廣東 廣州 510006;2. 華南理工大學(xué) 電力學(xué)院,廣東 廣州 510641)
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Crowbar保護(hù)電路參數(shù)選擇對雙饋風(fēng)電系統(tǒng)低電壓穿越的影響*
方澤欽1,楊俊華1,陳思哲1,吳捷2
(1. 廣東工業(yè)大學(xué) 自動化學(xué)院,廣東 廣州510006;2. 華南理工大學(xué) 電力學(xué)院,廣東 廣州510641)
在電網(wǎng)電壓嚴(yán)重跌落故障下,通常采用轉(zhuǎn)子側(cè)增設(shè)Crowbar保護(hù)電路實(shí)現(xiàn)雙饋風(fēng)電系統(tǒng)低電壓穿越(LVRT)運(yùn)行,而不同的Crowbar退出時間和阻值對LVRT性能影響較大。針對雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)(DFIG)系統(tǒng)機(jī)端三相短路故障,從磁鏈角度推導(dǎo)出轉(zhuǎn)子側(cè)暫態(tài)電流及其最大估算值,根據(jù)短路電流和直流母線耐受電壓,給出Crowbar串聯(lián)電阻值的整定范圍。在MATLAB/Simulink平臺進(jìn)行仿真研究,結(jié)果表明,為防止電網(wǎng)電壓恢復(fù)時Crowbar電路再次動作,可采取故障消除后切除Crowbar電路方案;在約束范圍內(nèi),Crowbar電路阻值有利于暫態(tài)電流加速衰減,提高DFIG系統(tǒng)LVRT能力。
風(fēng)力發(fā)電; 雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī); 低電壓穿越; Crowbar保護(hù)電路
低電壓穿越(Low Voltage Ride Through, LVRT)是目前風(fēng)力發(fā)電技術(shù)研究的關(guān)鍵技術(shù)之一。交流勵磁變速恒頻雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)(Doubly-Fed Induction Generator, DFIG)是目前主流的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng),具有調(diào)速范圍寬、發(fā)電效率高、有功和無功功率可獨(dú)立調(diào)節(jié),以及所需勵磁變頻器容量較小等優(yōu)點(diǎn)[1-3],但由于DFIG風(fēng)電機(jī)組的定子繞組直接并網(wǎng),對電網(wǎng)電壓波動非常敏感,且勵磁變換器容量較小,對機(jī)組控制能力有限。因此,當(dāng)電網(wǎng)電壓發(fā)生嚴(yán)重故障跌落時,會導(dǎo)致DFIG定子側(cè)電壓驟降,并在轉(zhuǎn)子側(cè)感應(yīng)出較大的沖擊電流,導(dǎo)致轉(zhuǎn)子繞組和變換器出現(xiàn)過電流[4],嚴(yán)重時可能損壞變換器[5-6]。隨著DFIG風(fēng)電系統(tǒng)在電網(wǎng)中所占比例不斷增加,電網(wǎng)電壓跌落期間大規(guī)模的風(fēng)電機(jī)組脫網(wǎng)將會危害電網(wǎng)的安全運(yùn)行[7]。為此,世界各國規(guī)定當(dāng)電網(wǎng)故障引起風(fēng)電場并網(wǎng)點(diǎn)的電壓跌落時,風(fēng)電機(jī)組要能夠不間斷并網(wǎng)運(yùn)行,即電網(wǎng)需具備LVRT能力[8]。
為解決DFIG風(fēng)電機(jī)組的LVRT問題,目前主流方法有兩種: 一是針對輕、中度電網(wǎng)電壓跌落故障情況下,采用改進(jìn)轉(zhuǎn)子側(cè)變換器控制策略,使DFIG、變換器電流和電壓保持在其限額值內(nèi),而無需起動硬件保護(hù)設(shè)備;二是針對嚴(yán)重電網(wǎng)電壓跌落故障情況下,加裝硬件保護(hù)設(shè)備,通常是在轉(zhuǎn)子側(cè)增設(shè)Crowbar保護(hù)電路,為過剩的能量提供泄放通道[9-10]。Crowbar阻值和退出時間對LVRT效果有很大影響[11-16]。文獻(xiàn)[11]推導(dǎo)了并網(wǎng)DFIG的定子和轉(zhuǎn)子故障電流表達(dá)式,并根據(jù)轉(zhuǎn)子電流表達(dá)式整定了Crowbar阻值,但并未分析不同Crowbar阻值對LVRT性能的影響。文獻(xiàn)[12-13]推導(dǎo)了DFIG發(fā)生機(jī)端三相短路后的定子、轉(zhuǎn)子電流,并分析了轉(zhuǎn)差率、無功功率對短路后轉(zhuǎn)子電流的影響,但其轉(zhuǎn)子電流表達(dá)式過于復(fù)雜。文獻(xiàn)[14]從故障期間有效抑制轉(zhuǎn)子過電流討論了不同Crowbar電阻值對LVRT的影響,但沒有給出選取合適的Crowbar電阻值的理論依據(jù)。文獻(xiàn)[15-16]提出合理的Crowbar保護(hù)電路切除時間應(yīng)在故障清除前,且越靠近故障清除時間切除Crowbar,系統(tǒng)LVRT越理想,但切除過早則不能有效抑制轉(zhuǎn)子側(cè)的暫態(tài)電流,同時會導(dǎo)致轉(zhuǎn)子電流暫態(tài)擾動過大。因此,Crowbar保護(hù)電路中的串聯(lián)電阻阻值以及投入與切除時刻的正確選擇是一項(xiàng)值得深入研究的關(guān)鍵技術(shù)。
本文從磁鏈角度推導(dǎo)出了DFIG系統(tǒng)機(jī)端三相短路故障后的轉(zhuǎn)子短路電流表達(dá)式及最大短路電流估算式,通過短路電流和網(wǎng)側(cè)變流器的耐受電壓,得出Crowbar串聯(lián)電阻值的整定范圍。通過仿真平臺MATLAB/Simulink,分析比較了不同Crowbar退出時間和阻值對DFIG系統(tǒng)LVRT的影響。
DFIG的數(shù)學(xué)模型具有高階次、多變量、非線性、強(qiáng)耦合等特點(diǎn)。為了便于分析和建模,通常做如下假定:
(1) 忽略空間諧波,設(shè)三相繞組對稱,在空間中互差120°電角度,所產(chǎn)生的磁動勢沿氣隙周圍按正弦規(guī)律分布。
(2) 忽略鐵心損耗和磁路飽和,認(rèn)為各繞組的自感和互感都是恒定的。
(3) 不考慮溫度和頻率變化對定轉(zhuǎn)子繞組阻值的影響。
(4) 轉(zhuǎn)子側(cè)參數(shù)均折算到定子側(cè),折算后轉(zhuǎn)子繞組匝數(shù)和定子繞組匝數(shù)相等。
根據(jù)以上假設(shè),若采用電動機(jī)慣例,可列出d-q坐標(biāo)系中DFIG的電壓方程、磁鏈方程和轉(zhuǎn)矩方程。
(1) 電壓方程:
(1)
(2) 磁鏈方程:
(2)
(3) 轉(zhuǎn)矩方程:
(3)
(4) 運(yùn)動方程:
(4)
2.1含Crowbar保護(hù)電路的DFIG系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
含Crowbar保護(hù)電路的DFIG系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。機(jī)組的定子側(cè)繞組直接接入電網(wǎng),轉(zhuǎn)子側(cè)繞組經(jīng)過雙PWM變換器連接電網(wǎng),定、轉(zhuǎn)子都參與了饋電。DFIG系統(tǒng)通過控制轉(zhuǎn)子側(cè)變換器,調(diào)節(jié)勵磁電流的幅值、頻率和相位,從而實(shí)現(xiàn)對發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、系統(tǒng)有功功率和無功功率的協(xié)調(diào)控制。電網(wǎng)電壓嚴(yán)重跌落時,轉(zhuǎn)子回路起動Crowbar保護(hù)電路短接,同時封鎖轉(zhuǎn)子側(cè)變換器,避免變換器過電流損壞。
圖1 基于Crowbar保護(hù)電路的DFIG系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
2.2Crowbar保護(hù)電路的工作狀態(tài)和控制方法
Crowbar保護(hù)電路工作狀態(tài)主要分為兩個階段。第一階段,當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生電壓跌落故障時,Crowbar控制器檢測到轉(zhuǎn)子側(cè)電流或直流母線電壓增大到預(yù)定閾值時,立即導(dǎo)通Crowbar保護(hù)電路中的開關(guān)器件,接入限流電阻,同時關(guān)斷轉(zhuǎn)子側(cè)變換器中所有開關(guān)器件,使故障產(chǎn)生的暫態(tài)沖擊電流經(jīng)Crowbar保護(hù)電路流過,以此避免轉(zhuǎn)子側(cè)變換器遭受過電流損壞,同時抑制轉(zhuǎn)子過電壓,以防止對電機(jī)絕緣產(chǎn)生威脅。此時DFIG相當(dāng)于籠型異步發(fā)電機(jī)運(yùn)行,機(jī)組需要從電網(wǎng)吸收大量無功功率,不利于電網(wǎng)電壓的恢復(fù),甚至可能造成更嚴(yán)重的后果。一般可通過選取適當(dāng)?shù)碾娮枳柚祦頊p小機(jī)組從電網(wǎng)吸收的無功功率。第二階段,經(jīng)過一段時間后,當(dāng)轉(zhuǎn)子側(cè)電流衰減至低于晶閘管的維持電流時,Crowbar保護(hù)電路自動切除,轉(zhuǎn)子側(cè)變換器重新投入工作,DFIG恢復(fù)雙饋異步發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài),直至電網(wǎng)恢復(fù)。
圖2為Crowbar保護(hù)電路控制框圖,通過檢測轉(zhuǎn)子電流和直流母線側(cè)電壓控制Crowbar的投切。圖2中:ir.lim為轉(zhuǎn)子側(cè)預(yù)設(shè)電流;udc.lim為直流母線側(cè)預(yù)設(shè)電壓;TDelay為延遲動作時間;NTlim的作用為限制Crowbar電路動作的次數(shù)和持續(xù)時間;Enable為觸發(fā)信號,Enable=1時Crowbar起動,Enable=0時Crowbar退出。
圖2 Crowbar保護(hù)電路控制框圖
當(dāng)短路故障發(fā)生時,DFIG一般會通過投入Crowbar電路將轉(zhuǎn)子側(cè)變換器短路,圖3為短路故障后的定、轉(zhuǎn)子側(cè)等效電路。
圖3 短路后的定、轉(zhuǎn)子側(cè)等效電路
將磁鏈方程式(2)代入電壓方程(1)可得轉(zhuǎn)子繞組上穩(wěn)態(tài)電流分量的表達(dá)式為
(5)
(6)
(7)
(8)
式中:p——電壓跌落深度;
ωslip——發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)差。
定、轉(zhuǎn)子磁鏈在轉(zhuǎn)子側(cè)感應(yīng)產(chǎn)生的暫態(tài)電流分量分別為
(9)
(10)
Crowbar投入后將改變轉(zhuǎn)子側(cè)電阻值,同時定、轉(zhuǎn)子磁鏈和穩(wěn)態(tài)電流在短路后的衰減時間常數(shù)也相應(yīng)發(fā)生變化,分別為
(11)
在d-q坐標(biāo)系下,短路后的暫態(tài)電流表達(dá)式為
(12)
當(dāng)電網(wǎng)電壓全部跌落時即p=1時,電機(jī)暫態(tài)沖擊電流最大。由式(5)和式(12)可得短路后的轉(zhuǎn)子電流:
(13)
假定電網(wǎng)電壓跌落經(jīng)時間Δt后,電流達(dá)到最大值,轉(zhuǎn)差率比較小,可近似認(rèn)為Δt=T/2,即約經(jīng)過半個周期后電流達(dá)到最大值:
(14)
轉(zhuǎn)子側(cè)Crowbar電阻Rcw整定,受直流母線耐受電壓和轉(zhuǎn)子側(cè)變流器耐受電流的約束。Rcw取值過小,不能有效抑制轉(zhuǎn)子繞組上的暫態(tài)電流;Rcw取值過大,又可能會導(dǎo)致直流母線側(cè)出現(xiàn)過電壓。
電網(wǎng)故障期間,轉(zhuǎn)子側(cè)最大相電壓:
Ur.max=Ir.maxRcw
(15)
為避免直流母線側(cè)過電壓,Crowbar串聯(lián)阻值需滿足如下條件:
試樣的檢測面經(jīng)研磨后,加以腐蝕,劃一條既與熔合線底部相切,又平行于試板軋制面的直線,在此直線上,每隔0.5mm進(jìn)行維氏硬度的測定,切點(diǎn)兩側(cè)各測七點(diǎn)(見圖4)。焊接熱影響區(qū)最高硬度試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。
(16)
式中:Udc.lim——網(wǎng)側(cè)變流器直流側(cè)耐受電壓。
當(dāng)電流的衰減常數(shù)確定時,由式(11)可得
(17)
由式(16)和式(17)可得Rcw須滿足:
(18)
在約束范圍內(nèi),選取偏大的Rcw,有利于抑制轉(zhuǎn)子暫態(tài)電流和故障電流,縮短暫態(tài)電流的衰減周期及Crowbar投入時間,有利于系統(tǒng)快速恢復(fù)正常工作;同時,轉(zhuǎn)子側(cè)串聯(lián)不同電阻值時,對系統(tǒng)的轉(zhuǎn)差率也有影響,在同等條件下,Crowbar保護(hù)電路串聯(lián)阻值越大,故障下系統(tǒng)的轉(zhuǎn)差率越小,可提高低電壓故障下DFIG的功率因數(shù),但是Rcw的大小直接影響Crowbar電路投切時刻的轉(zhuǎn)矩波動,阻值越大波動越劇烈。因此,Rcw的選取應(yīng)根據(jù)工程實(shí)際情況而定,結(jié)合轉(zhuǎn)子故障電流、系統(tǒng)轉(zhuǎn)差率及功率和轉(zhuǎn)矩振蕩三方面綜合因素下的優(yōu)化選取。
4.1Crowbar退出時間對DFIG系統(tǒng)LVRT性能的影響
為了驗(yàn)證加裝Crowbar電路的控制方案對提高DFIG系統(tǒng)LVRT能力的有效性,在MATLAB/Simulink仿真平臺上建立了一臺1.5MW的DFIG風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的仿真模型。DFIG系統(tǒng)參數(shù)如下: 額定功率PN=1.5MW,額定電壓UN=575V,額定頻率f=50Hz,極對數(shù)p=3,定子電阻Rs=0.023p.u.,轉(zhuǎn)子電阻Rr=0.016p.u.,定子漏感Lls=0.18p.u.,轉(zhuǎn)子漏感Llr=0.16p.u.,定轉(zhuǎn)子互感Lm=2.9p.u.,慣性時間常數(shù)0.685,摩擦因數(shù)0.01。采用圖1所示的轉(zhuǎn)子側(cè)Crowbar保護(hù)電路。研究電網(wǎng)電壓發(fā)生嚴(yán)重跌落故障的情況下,DFIG風(fēng)電系統(tǒng)采用Crowbar保護(hù)電路對系統(tǒng)運(yùn)行的影響,并進(jìn)行仿真驗(yàn)證。
設(shè)定電網(wǎng)電壓在t=4s時發(fā)生短路故障,電壓跌落至額定電壓的20%,故障在4.2s時刻被清除。設(shè)定當(dāng)轉(zhuǎn)子側(cè)變換器峰值電流超過1.2p.u.時,Crowbar保護(hù)電路被激活投入,交流Crowbar電路電阻設(shè)定為Rcw=1p.u.,考慮兩種不同切除控制方案。
方案一: 在電網(wǎng)電壓恢復(fù)前的t=4.1s時刻切除轉(zhuǎn)子側(cè)Crowbar保護(hù)電路;
方案二: 在電網(wǎng)電壓恢復(fù)后的t=4.3s時刻切除轉(zhuǎn)子側(cè)Crowbar保護(hù)電路。
兩種方案的仿真結(jié)果分別如圖4和圖5所示。從圖4(c)可知,電網(wǎng)故障出現(xiàn)后,立即產(chǎn)生很大的轉(zhuǎn)子過電流,隨之在 4.0024s 時刻Crowbar保護(hù)電路被激活投入,短路轉(zhuǎn)子繞組并封鎖轉(zhuǎn)子側(cè)變換器,保護(hù)變換器免遭過電流損害。從圖4(b)可知,Crowbar保護(hù)電路動作期間,通過轉(zhuǎn)子側(cè)變換器電流為0,且DFIG以并網(wǎng)籠型異步發(fā)電機(jī)形式運(yùn)行,需吸收較多的無功功率,從而導(dǎo)致DFIG定子電壓進(jìn)一步跌落。從圖4(g)可知,系統(tǒng)最多吸收無功功率達(dá)到2p.u.。從圖4(a)可知,電網(wǎng)電壓在故障結(jié)束后一小段時間內(nèi)再次發(fā)生了跌落。結(jié)果表明,電網(wǎng)故障清除前,如不切除轉(zhuǎn)子Crowbar保護(hù)電路,將會使發(fā)電機(jī)從電網(wǎng)中持續(xù)吸收無功功率,導(dǎo)致電網(wǎng)電壓難以恢復(fù)。方案一中,初始設(shè)置目的為Crowbar保護(hù)電路在故障清除前100ms的4.1s時刻被切除,這樣在t=4.1~4.2s期間內(nèi)因轉(zhuǎn)子側(cè)變換器已重新投入工作而可使轉(zhuǎn)子電流控制在安全范圍之內(nèi)。但是從圖4(c)可知,在4.2s時刻電網(wǎng)電壓恢復(fù)時,又有約2.8p.u.的大瞬時電流流過轉(zhuǎn)子側(cè)變換器,此時直流環(huán)節(jié)電壓也迅速增大至1050V,如圖4(d)所示。從圖4(b)可知,因轉(zhuǎn)子繞組電流峰值再次超過Crowbar保護(hù)電路過電流設(shè)定值,Crowbar保護(hù)電路再次投入保護(hù)工作,轉(zhuǎn)子側(cè)變換器也再次被短接。
為了防止電網(wǎng)電壓恢復(fù)時轉(zhuǎn)子Crowbar保護(hù)電路的再次動作,可以采用轉(zhuǎn)子側(cè)Crowbar保護(hù)電路長時投入的工作方式,即直至電網(wǎng)故障消除后才切除交流Crowbar保護(hù)電路的方案二,其運(yùn)行結(jié)果如圖5所示。
在方案二的運(yùn)行仿真中,Crowbar保護(hù)電路在電網(wǎng)恢復(fù)100ms后的t=4.3s時刻才切除,隨即轉(zhuǎn)子側(cè)變換器投入工作。如圖5(d)可知,切除轉(zhuǎn)子Crowbar保護(hù)電路時,直流環(huán)節(jié)電壓幅值僅為915V。另外,從圖5(a)可知,電網(wǎng)電壓在故障切除后沒有再次發(fā)生跌落。從圖5(e)可知,方案二
圖4 電網(wǎng)電壓跌落至20%、采用方案一的運(yùn)行結(jié)果
圖5 電網(wǎng)電壓跌落至20%、采用方案二的運(yùn)行結(jié)果
發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩比圖4(e)中方案一發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩波動幅值小,能有效減小故障下風(fēng)電機(jī)組轉(zhuǎn)軸系統(tǒng)所受的機(jī)械應(yīng)力的沖擊,延長風(fēng)電機(jī)組機(jī)械傳動系統(tǒng)的使用壽命。
4.2Crowbar阻值對DFIG的LVRT性能的影響
為了進(jìn)一步研究Crowbar電路串接電阻對DFIG的LVRT運(yùn)行影響,在MATLAB/Simulink仿真平臺上建立了DFIG系統(tǒng)的仿真模型,系統(tǒng)參數(shù)參考前文給定參數(shù)。圖6為在方案二基礎(chǔ)上,在Crowbar串聯(lián)電阻合理取值范圍內(nèi),取Rcw=0.1p.u.、0.5p.u.、1p.u.時的轉(zhuǎn)子暫態(tài)電流有效值仿真結(jié)果。
圖6 轉(zhuǎn)子暫態(tài)電流有效值
從圖6可知,Crowbar串接電阻值改變時,影響故障下轉(zhuǎn)子側(cè)暫態(tài)電流峰值及電流衰減速度。當(dāng)Rcw=0.1p.u.時,轉(zhuǎn)子側(cè)最大峰值電流約為0.16p.u.,經(jīng)過1.8s后電流衰減趨于穩(wěn)定;當(dāng)Rcw=0.5p.u.時,轉(zhuǎn)子側(cè)最大峰值電流約為0.12p.u.,經(jīng)過1.3s后電流衰減趨于穩(wěn)定;當(dāng)Rcw=1p.u.時,轉(zhuǎn)子側(cè)最大峰值電流約為0.06p.u.,經(jīng)過1s后電流衰減趨于穩(wěn)定。由式(11)可知,Crowbar不同的外接電阻使電機(jī)的衰減常數(shù)改變,隨著轉(zhuǎn)子外接電阻Rcw阻值的增加,故障發(fā)生后,DFIG轉(zhuǎn)子短路電流變小,暫態(tài)電流衰減周期縮短。因此,Crowbar阻值在式(18)的約束范圍內(nèi)取較大值時,可更有效抑制轉(zhuǎn)子側(cè)故障電流,并使之在故障切除后更快趨于穩(wěn)定,有利于系統(tǒng)快速恢復(fù)到正常運(yùn)行。
針對DFIG系統(tǒng)機(jī)端三相短路故障,從磁鏈角度導(dǎo)出其轉(zhuǎn)子側(cè)暫態(tài)電流及最大估算值;通過短路電流和直流母線耐受電壓,得出Crowbar串聯(lián)電阻值的整定范圍。在仿真平臺分析了Crowbar退出時間和串聯(lián)電阻值對DFIG系統(tǒng)LVRT的影響。研究表明,為了防止電網(wǎng)電壓恢復(fù)時轉(zhuǎn)子Crowbar保護(hù)電路的再次動作,可以采取轉(zhuǎn)子側(cè)Crowbar長時投入的工作方式,即直至電網(wǎng)故障消除后才切除Crowbar保護(hù)電路的方案;在整定范圍內(nèi),Crowbar保護(hù)電路大阻值有利于加速暫態(tài)電流衰減,提高DFIG系統(tǒng)的LVRT能力。
[1]賀益康,胡家兵.雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行中的幾個熱點(diǎn)問題[J].中國電機(jī)工程學(xué)報,2012,32(27): 1-15.
[2]LOPEZ J, GUBIA E, SANCHIS P, et al. Wind turbines based on doubly fed induction generator under asymmetrical voltage dips[J]. IEEE Transaction on Energy Conversion, 2008,23(1): 321-330.
[3]GENG H, LIU C, YANG G. LVRT capability of DFIG-Based WECS under asymmetrical grid fault condition[J]. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2013,60(6): 2495-2509.
[4]HAN A Y, ZHANG Z, YIN X G, et al. Study of the factors affected the rotor over-current of DFIG during the three-phase voltage dip[C]∥Proceedings of the 3rd International Conference on Electric Utility Deregulation and Restructuring and Power Technologies, April 6-9,2008,Nanjing, China,2008: 2647-2652.
[5]RAHIMI M, PARNIANI M. Efficient control scheme of wind turbines with doubly fed induction generators for low-voltage ride-through capability enhancement[J]. IET Renewable Power Generation, 2010,4(3): 242-252.
[6]PANNELL G, ATKINSON D J, ZAHAWI B. Minimum-threshold crowbar for a fault-ride-through grid-code-compliant wind turbine[J]. IEEE Transactions on Energy Conversion, 2010,25(3): 750-759.
[7]LOPEZ J, GUBIA E, SANCHIS P, et al. Wind turbines based on doubly fed induction genera tor under asymmetrical voltage dips[J]. IEEE Transactions on Energy Conversion, 2008,23(1): 321-330.
[8]賀益康,胡家兵,徐烈.并網(wǎng)雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行控制[M].北京: 中國電力出版社,2011.
[9]徐殿國,王偉,陳寧.基于撬棒保護(hù)的雙饋電機(jī)風(fēng)電場低電壓穿越動態(tài)特性分析[J].中國電機(jī)工程學(xué)報,2010,30(22): 29-36.
[10]唐彬偉,袁鐵江,常喜強(qiáng),等.基于Crowbar電路的雙饋感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)低電壓穿越的仿真分析[J].低壓電器,2012(12): 26-31.
[11]MORREN J, DE-HAAN S W H. Short-circuit current of wind turbines with doubly fed induction generator[J]. IEEE Transactions on Energy Conversion, 2007,22(1),174-180.
[12]LI D D. Analysis of short circuit current of wind turbine doubly-fed induction generator[C]∥Proceedings of the 1st IEEE Conference on Industrial Electronics and Applications, 2006: 1-5.
[13]張學(xué)廣,徐殿國,李偉偉.雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)三相短路電流分析[J].電機(jī)與控制學(xué)報,2008,12(5): 493- 497.
[14]HANSEN A D, MICHALKE G. Fault ride-through capability of DFIG wind turbines[J]. Renewable Energy, 2007,32(9): 1594-1610.
[15]PANNELL G, ATKINSON D J, ZAHAWI B. Minimum-threshold Crowbar for a fault-ride-through grid-code-compliant DFIG wind turbine[J]. IEEE Transactions on Energy Conversion, 2010,25(3): 750-759.
[16]丁明,胡騰華,韓平平.基于Crowbar的雙饋風(fēng)機(jī)LVRT特性研究[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報,2013,36(4): 410- 415.
The Influence on Low Voltage Ride Through Control of Doubly-Fed Wind Power System with Different Parameter Selection of Crowbar Protection Circuit*
FANGZeqin1,YANGJunhua1,CHENSizhe1,WUJie2
(1. College of Automation, Guangdong University of Technology, Guangzhou 510006, China;2. Institute of Electric Power, South China University of Technology, Guangzhou 510641, China)
In the case of serious faults with the grid, the Crowbar protection circuit was generally adopted to be added into the rotor side to implement low voltage ride through(LVRT) of doubly fed induction generator(DFIG). The LVRT effect was greatly influenced by the quitting time and resistance of Crowbar. From the viewpoint of magnetic linkage in the case of a three-phase short-circuit fault occurring at the terminal of DFIG, the analytical expression of the short-circuit rotor current were deduced together with the estimated value. With the short current and DC bus withstand voltage, the series resistance range were deduced in crowbar circuit. A study on the LVRT effect of DFIG at different quitting time and resistance of Crowbar in MATLAB/Simulink simulation platform. Simulation results showed that: in order to avoid Crowbar circuit again operation when grid voltage recovery, the scheme could be taken until the grid fault was cleared off before removing the Crowbar circuit; Selecting the larger resistance in the setting range helped to accelerate transient current decay and enhance the LVRT ability of DFIG.
wind power generator; doubly-fed induction generator; low voltage ride through; Crowbar protection circuit
國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51307025,513770265,5177050);廣東省高等學(xué)??萍紕?chuàng)新項(xiàng)目(2013KJCX0059);廣東省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(S2012040007895);廣東高校優(yōu)秀青年創(chuàng)新人才培養(yǎng)計(jì)劃資助項(xiàng)目(2012LYM_0052);廣東省教育廳專項(xiàng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(IDSYS200701)
方澤欽(1989—),男,碩士研究生,研究方向?yàn)轱L(fēng)力發(fā)電低電壓穿越。
楊俊華(1965—),男,博士,教授,研究方向?yàn)殡姍C(jī)電器及其控制,風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的設(shè)計(jì)與控制。
TM 614;TP 273
A
1673-6540(2016)08- 0073- 07
2016-02-29
陳思哲(1981—),男,博士,副教授,研究方向?yàn)轱L(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制、交流傳動控制。
吳捷(1937—),男,教授,研究方向?yàn)樾履茉窗l(fā)電中的控制與電力電子技術(shù)。