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并网双馈风力发电机组的建模与仿真


第 2 卷第 1 期 5 Vl2 o1 o .5N .

[ 文章编号] 0 3-4 8 (0 0 0灢0 50 10 6 4 2 1 )10 7灢6

棁棁棁棁棁棁棁棁棁棁棁棁棁棁棁棁棁棁棁棁棁棁棁棁棁棁棁棁棁棁棁棁棁棁棁棁棁棁棁棁棁棁棁棁棁棁棁

棁棁 棁

湖暋北暋工暋业暋大暋学暋学暋报 暋Junl fH biU ies yo eh o g or a o ue nvr t fTc nl y i o

21 年2月 00 Fb 2 1 e .0 0

并网双馈风力发电机组的建模与仿真
高一丹,张步涵
( 华中科技大学电力安全与高效湖北省重点实验室,湖北 武汉 4 0 7 ) 304 [ 暋 要]基于 P C D EMT C 仿真平台搭建了双馈风力发 电 机 组/风 力 发 电 场 的 暂 态 模 型 . 风 速 变 化 下 摘 对 SA/ D 了仿真, 分析了转速、 有功无功等量 的 动 态 响 应, 验 证 了 转 子 侧 有 C o br保 护 电 路 的 双 馈 电 机 有 一 定 的 并 rw a [ 关键词]双馈风机;矢量控制;解耦控制;运行特性 [ 中图分类号]TM 1 35 [ : 文献标识码] A 低电压穿越能力, 有助于故障情况下电网的恢复 .

风电场并网运行的端口特性做了仿真, 验证了模型的正确性 . 其次, 对典型故障情况下并网风电场的运行进行

暋暋 双馈变速恒频风力发电机已经成为目前风电开 发的主流机型, 它可 以 根 据 风 速 的 变 化 最 大 限 度 地 捕获风能, 与电网柔性连接, 而且和转子绕组相连的 变频器仅需处理双馈发电机的转差功率, 容量小, 成 本较低, 已成为风力发电的研究热点和市场主流 . 建 立正确的双馈风机 模 型, 确 模 拟 风 机 的 端 口 特 性 正 是进行风机并网运行特性等后续研究的基础 . 目前普遍采用的双馈变速恒频风电机组的建模
[] 1

1 双馈风力发电机组的动态数学模型 暋
1. 风力机的数学模型 1暋 风力 机 主 要 用 于 把 风 能 转 化 为 机 械 能, 动 转 带 子转 动 . 速 为 V, 片 面 积 为 A 的 风 轮 旋 转 面 的 转 叶 密度为氀 的空气 所 蕴 涵 的 动 能 为 ( 速 在 启 动 和 额 风 [ ] 4 定风速之间)

及控制目标为: 通过 对 转 子 侧 变 流 器 的 控 制 实 现 对 双馈电机定子绕组有功功率和无功功率解耦控制的 目的; 通过对网侧变 流 器 的 控 制 实 现 保 持 变 换 器 直 流电压恒定, 交流侧相电压和电流同相位, 交流侧相
2 电流为正弦波的控制目标 [ ].

Pm =0. A 3 . 5 Vw 氀 考虑转换效率 C , 风力机输出的机械能为 p Pm =0. Cp V3 . 5 A w 氀 输出机械转矩为

() 1 () 2

力发电机 组 的 并 网 运 行 特 性 进 行 了 建 模 与 仿 真 研 究. 仿真风电场 为 5 0 由 0 MVA 的 大 型 风 电 场, 于 其 在电网中所占比例较大, 当电网故障时, 若风电场在 系统故障时采取解 列 退 出 的 方 式, 方 面 对 电 网 稳 一 定性的影响不容忽视; 另一方面, 会增加系统恢复难 度, 可能加剧故障, 最终导致电网瘫痪 . 因而, 为维持 ( V T) 即 L R 能力, 风 机 并 网 点 电 压 跌 落 时 风 机 能 够 保持并网, 甚至向电网提供一定的无功功率, 支持电
3 网电压恢复, 从而“ 穿越暠 这个低电压时间 [ ]. 对双馈

本文基于 P C D EMT C 仿真平台对双馈风 S A / D

Pm 毟N Pm/ 毟 Pm/ Tm = 毟* . ( ) 3 暳 = = 毟 PN PN 毟N PN 当采用定桨距控制 Cp 是叶尖速比和桨距角的函数, 时, 转换效率只与叶尖速比毸, 叶 尖 线 速 度 和 风 速 即
之比有关 . 叶尖速比毸=R / , 为 空 气 速 度, 为 氊V V R 风轮半径, 为叶轮旋转角速度 . 如图1所示, 有最近 氊 叶尖速比毸p 对应最大风能利用系数 Cpma . 只 要 即 o x 实现最大风能追踪 .
Cp C pmax

调整叶轮旋转速度 就 可 以 得 到 最 大 风 能 利 用 系 数,

系统稳定运行, 要求 风 电 机 组 有 一 定 的 低 电 压 穿 越

电机在电网故障情况下的动态响应和低电压穿越能 力有必要进行分析和验证 .

lop l l 图 1暋 C 与毸 关系曲线( 固定桨距) p

[ 收稿日期] 0 9-1 20 2-1 5 [ 基金项目]国家自然科学基金重点项目(0 3 0 3 . 5870 ) 万方数据 [ ,女,湖北宜昌人, 作者简介]高一丹(9 6- ) 华中科技大学硕士研究生, 研究方向: 电力系统及其自动化 . 18

7 6

湖暋北暋工暋业暋大暋学暋学暋报

2 1 年第 1 期 暋 00

1. 双馈风力发电机的动态数学模型 2暋 大型双馈风机的电机模块一般采用绕线式异步 电机 . 通过 d 解 耦, dq 轴 放 在 同 步 旋 转 坐 标 系 将 灢 q 阶绕线式异步电机数学模型 型方程: ì 氉s ? q =Ris +d q +氊氉d , us sq e s ? d t í dd ? 氉 s -氊 s . us sd e q ? d =Ris + 氉 d t ? 转子电压 d 动态模型方程: q ì 氉r ? q =Rir +d q +氊氉d , ur rq e r ? d t í dd ? 氉 r -氊 r . ur r d e q ? d =Rir + 氉 d t ? 运动方程: 2 d r J 氊 () T -Tm = . 6 e t p d 其中, d 、q 、d 、q 为定、 转子 d、 轴电压;s 、s 、 us us ur ur i i d q q 转 ir 、r 为定、 子 d、 轴 电 流;d 、q 、d 、q 为 定、 d i s 氉s 氉r 氉r q q 氉 转子 d、 轴 磁 链;d 、q 为 定、 子 d、 轴 互 感 磁 转 q q 氉 m 氉m 链; s、 r、 m 为定、 转子自感与互感 . 磁链可由电流 L L L 和电感表示, 此外还有电磁转矩方程: 2 2 T = p m (s d - d q ) L iir is r = p m s q . ( ) i L 氉ir 7 e q 3 3 式中, 为电机的极对数 . p () 4
[] 5

中变压器为图 2 中 1 / V 降压变压器 . 下面 从 网 0 4k 侧及转子侧简要介绍控制的原 理 与 在 P C D 中 的 S A 实现 .
PWM PWM

上来建 立 双 馈 风 力 发 电 机 的 状 态 方 程, 到 如 下 5 得 定子电压 d 动态模 . q

Crowbar

() 5

图 3暋 在 P C D 中搭建的网侧及 SA 转子侧 PWM 变换器模型

) 1 网侧变换器的矢量控制

网侧变换器的功能, 就是要稳定直流电压, 同时

根据需要调节电网的功率因素 . 按定子电压定向, 电 压 d 轴与v 重合, v =0. 则 q 由于网侧电压恒定, 所 a 根据文献[ ] 5 推导有 以v 不变, 有功功率、 无功功率分别与i 、 成正比 . d di q

{

v = ' -氊L q +v 1 , v d d ei d

d d Vc 3 c m1 d - la . i id = o d t 22

() 8 () 9 (0 1)

v =0= q曚 +氊L d +v1 . v ei q q dd ì 曚 ? d =R d +L i , v i ? d t í Li dq ? 曚 v i . ? q =R q + d t ?

2 双馈风力发电机控制系统模型 暋
的电压源变换器实现 . 其中, 与电网相连的 PWM 电 压源变换器主要功 能 是 控 制 交 流 侧 功 率 因 数, 证 保 直流 母 线 电 压 稳 定 . 转 子 侧 相 连 的 PWM 电 压 源 与 变换器主要功能是基于双馈电机的定子磁链定向矢 量控制, 并且通过控 制 转 子 电 流 实 现 有 功 功 率 和 无 功功率的解耦, 从而实现定子侧输出电压恒定, 频率 稳定为 5 H . 0 z
Pm 0 . 69 / 10 kV DFIG 10 / 4 kV 10 kV Pg

对双馈电机的控制主要通过图 2 中转子和网侧

目标是保持 Vd 稳定, 直流母线电压可由i 控制 . 因 c d 此, 网侧电压源变换器的控制策略可以是i 和i 的 d q 电流 控 制 闭 环 .* 指 令 由 直 流 母 线 电 压 通 过 P 调 i I d 节器获得 .* 指令可由网侧功率因素决定 . i q 数可表示为: 其传递函 v 曚 、q曚 可分别由 d 和 qP 解耦得到, i i I d v

网侧电压源变换器的 PWM 调制波电压指令为:

i () i () 1 ds qs F() 曚 s = . = 曚 = s v () v () L +R s ds q

(1 1) (2 1)

Pr AC / DC DC / AC

{
值.

v1 d v1 q

*

*

v曚 =- q -氊 L d . g i

v曚 =- d +氊L q +v , ei d

式中v 1 * 和v1 * 是供电侧变流器调制波电压指令 d q ) 2 转子侧变换器的矢量控制

DC / AC 图 2暋 双电压源变换器双馈风力发电系统

将发电 机 定 子 侧 变 压 器 等 值 到 发 电 机 中, 在 图 P C D 中搭建的 PWM 变换器模型如图 3 所示, S A 万方数据

定子磁链定向矢量, 轴沿定子磁场方向, 定子 d

磁通的q 轴分量为零, 忽略定子侧的损耗, 定子有功 功率 P 和无功功率 Qs 为 s

暋 第 2 卷第 1 期 暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋 高一丹等 暋 并网双馈风力发电机组的建模与仿真 5

7 7

ì 氉d e ? s =T氊 -Lm s氊ir , P e r q ? Ls (3 1) í ? 氊氉d (s -Lm d ) ir e s 氉d Q . ? s= ? L s 从上式可 以 看 出, 电 机 定 子 有 功 仅 与i 有 关, 发 发 r q 电机定子从网侧吸收的无功仅与id 有关 . 通过控制 r 转子电流 d 轴分量, 即可实现对发电机定子有功和 q 无功的解耦控制 . 故而只需要用ir 和ir , 作为生成 d q 控制定子侧电压源 变 换 器 触 发 信 号 的 指 令 ( 体 推 具 导参见文献[ ] . 5) 在变 速 恒 频 双 馈 风 力 发 电 机 系 统 中, 转 子 电 对 流的控制非常重 要, 直 接 影 响 到 了 磁 链、 功、 这 有 无 功. 转子侧电流ir 和ir 采用滞环电流控制 . 滞环电 d q 流控制技术属于直 接 电 流 控 制 技 术, 际 电 流 在 一 实 个滞环带内跟踪指 令 电 流, 而 产 生 电 压 源 变 换 器 从 的触发信号, 实现 简 单, 态 响 应 快, 直 流 侧 电 压 动 对 的波 动 不 敏 感, 以 滞 环 电 流 PWM 控 制 应 用 更 为 所
67 流行 [灢 ]. 例如在 P C D 中对转 子 a 相 电 流 的 滞 环 S A

2 0k 母线 B 上接有功率因数为 0.6 的恒阻抗负 2 V 8 载 2 0 MVA, 系统 2 0k 母线 A 上接有功率因数 0 2 V 为 0.6 的恒阻抗负载 9 0 MVA. 8 0
220 kV 800 MVA 100 km r 1 = 0 . 08 W / km , r 1 = 0 . 40 W / km , -6 b 1 = 2 * 2 . 81 * 10 s / m r0= 3 r1, x0= 3 x1, b0= 3 b1, P N1 = 200 MW P N2 = 200 MW P N3 = 120 MVar 220 kV 240 MVA 220 / 10 kV 10 kV 500 MVA

DFIG

1 图 5暋 大型风力发电并网仿真系统

稳态 情 况 下, 馈 风 机 的 端 口 特 双 s的渐变风的叠加 . , 性如图 6 所示( 截取稳态情况下 1~6s波 形) 通 过 端口电压电流谐波 THD 如图 7. F T 分析, F
13 . 00
Wsped

) 1 稳态情况下风电机组并网运行特性仿真 / 风速为1 / 的基本风与3~4s峰值为1m 2m s

V /( m s)

12 . 50 12 . 00 11 . 50 11 . 00

控制如图 4.
Ira C ira_ref E +

Qs ( MW Mvar )

A 0.0 B Ctrl A 0.0 B Ctrl Ctrl=0 T1 S1 Ctrl=0 T4 T1

400 350 300 250 200 150 100 50 0 -50

Ps

Qs

t/ s

Ps

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

5.0 () a 风速及双馈风场端口有功功率 P 和无功功率 Qs s
Vgrms_pu

S1 B 图 4暋 转子 a 相电流滞环控制图

1 . 20

Us( p / u )

1 . 00 0 . 80 0 . 60 0 . 40 0 . 20 0 . 00 51.50 51.00
VT Freg

当电网电压跌落时, 若转子 br电路保护的原理是: a 电流大于限值, 3 中I B 开关动作, 图 用电阻 R 短 G T 接转子绕组, 为转子侧浪涌电流提供了一条旁路, 保 护了转子侧变换器, 同时防止直流侧电压过高 .

)o br 转子过电流保护) 3 C w a 保护电路( 采用主动式 C o br电路, 如图 3 所示 .r w rw a Co 灢

f/Hz

50.50 50.00 49.50 49.00

48.50 t/ s 1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

3 仿真及结果 暋
为 5 0 MVA 的大 型 风 力 发 电 场 并 网 仿 真 系 统, 如 0 /9 图 5 所示 . 该系统含有 2 0 台 2 MW 6 0V 双 馈 风 5 电机组, 假设所有风机有相同的电压、 电流和功率响 应特性, 可用一台等值风力发电机代替, 其额定功率
8 为所有风电机组之和 [ ]. 其中, 等值风电场模型参见

图 6暋 双馈发电机端口有功功率 P 和无功功率 Qs 、 s 线电压 Us 与频率f 波形

5.0 () b 风速及双馈风场端口线电压 Us 与频率f

基于 P C D EMT C, 文 建 立 了 额 定 容 量 S A / D 本

的有功功率随着风 速 的 变 化 而 变 化, 形 相 似 但 由 波 于风机存在惯性而 有 一 定 延 时, 明 控 制 策 略 可 以 说 实现有功的最大功率跟踪; 在有功变化的情况下, 无 功基本保持不变为 0, 功率因数在 1 左 右, 明 控 制 说 策略能够实现定子 侧 有 功 和 无 功 的 解 耦 控 制, 功 无 不随有功的变化而变化, 风机不从系统吸收无功 . () 如图 6 b 所示, 风场出口电压风机出口 电 压 稳

() 在 如图 6 a , 3~4s 出 现 渐 变 风, 电 场 出 口 风

MVA 的升压变压 器 和 1 0k 的 双 回 架 空 输 电 线 0 m 接入 2 0k 、 0 MVA 的系统 . 此外,0k 的母 2 V 10 0 1 V 万方数据 vr 电 容 补 偿 装 置, 网 接 入 点 线 C 上接 有 5 M a 并 0

图 2, 出 口 电 压 为 1 V. 过 两 台 容 量 为 2 0 其 0k 通 4

定在 1.7 p 左右, 风速的波动对电压基本没有影 06 u 响, 频率基本稳定在 5 H , 0 z 由于 4. 左右有功随 4s

7 8 下凹波形, 最小为 4 8 7 H . 9.6 z 基本不产生谐波 .

湖暋北暋工暋业暋大暋学暋学暋报
Vgrms pu

2 1 年第 1 期 暋 00

着风 速 陡 降 而 减 少, 致 频 率 在 4. 时 出 现 相 同 导 5s 波动时最大, 分别为 4. 和 5. , 8% 1% 谐波含量很小, 可以看出, 端口有功随着风速的变化而变化, 实 现最大功率跟踪; 无功始终保持在参考值 0 附近, 风 速变化时仍能达到 较 好 的 控 制 效 果, 从 电 网 吸 收 不 无功 . 从而也验证了矢量控制策略的正确性, 能够达 到最大功率跟踪和有功、 无功解耦控制的目的 .
Voltage THD

1 . 20 1 . 00
Us / pu

如图 7, 风力机出口电压和电流 THD 值在风速

0 . 80 0 . 60 0 . 40 0 . 20 0 . 00

t/ s

2.50

2.70

2.90

3.10

3.30

3.50

3.70

3.90

() a 定子电压
Wpu

2.90

0 . 50 0 . 40

0 . 30 0 . 20 0 . 10 0 . 00 0 . 50 0 . 40
Current THD

1 . 190 1 . 180 1 . 170 1 . 160 1 . 150 1 . 140 1 . 130 1 . 120 1 . 100 1 . 090 t/ s

THD

W / pu

3.0

4.0

THD

0 . 30 0 . 20 0 . 10 0 . 00 t/ s

2.90

() b 转子转速

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

2 . 00 1 . 50 1 . 00 0 . 50 0 . 00 - 0 . 50 - 1 . 00 - 1 . 50 - 2 . 00 t/ s

TE1

图 7暋 端口电压电流的 THD 值

线路l 中 点 处 于 3s 时 发 生 三 相 接 地 短 路 故 障, 线 2 路两端保护于 0. 动作, 将线路l 切除, 不考虑重 1s 2 合闸, 系统保持单回线路运行, 最终达到新的稳定状 态. 仿真得到定子电压、 电流、 功率及直流侧电压, 转 子转速、 电磁转矩、 轴电流、 转子侧功率如图 8 所 d q 示( 截取 2. 5~4s波形) . 深达到 5 故障发生后, 电 机 机 端 电 压 跌 落, 发 机 0%. 端电压突变, 定子磁链守恒不突变, 产生一个衰减很 式( ) e = 2p m s q 知Te 与Us 成比例关系, e 随 7T L 氉ir T 3 而发电机输入转矩不变 Tm ( 风速 Us 的减小而减小 . , 不变) 故转子加速、r 增加 . 控制Iq 是以氊 为参考 氊 r r 进行 P 控制( s 与氊 成比例, 而解耦后 P 与Iq 成 I P r s r )则 氊 比 例 . , 曶 增加, 通过 P 控制Iq 增加, T 增 则 e I r ( ) () ( ) ( ) 示 氊 、 e、r 、 s 波 形 变 化 趋 势 b 、 、d 、e 所 c r T I q P 与以上分析相同 . , 快的直流分量 . 在故障期间, s= s 氊 (e 不变) 由 氉 U/ e 氊 由图 8 可见, 故障期间( 3~3. ) 电 压 跌 落 最 1s ,

) 2 系统故障情况下风电机组的动态特性仿真 风速维持在 1 m s 不 变, 定 故 障 为 2 0k 设 2 / 2 V

TE / pu

5.0

2.50

2 . 70

2 . 90

3 . 10

3 . 30

3.50

3 . 70

3 . 90

() c 电磁转矩
30 . 0 25 . 0
Ird

2 . 90

/ kA q

20 . 0 15 . 0 10 . 0 5.0 0.0

t/ s

2.50
Irq

2.70

2.90

3.10

3.30

3.50

3.70

3.90

60 . 0 58 . 0

/ kA q

56 . 0 54 . 0 52 . 0 48 . 0 48 . 0

44 . 0 t/ s 2.50

2.70

2.90

3.10

3.30

3.50

3.70

3.90

MW/Mvar )

加, 阻止转速增加, 终 氊 稳 定 于 参 考 值 附 近 . 8 最 图 r 由 1 )定 s i d s 氉d 、r 都 发 生 变 化, 式 (3 , 子 侧 无 功 Q (), 根据运行状态不同, 可能增大或减小 . 如图8e 故 障期间 Q 为正值, 风力机向电网提供一定的无功支 s 撑. 线路l 被 切 除 后, 过 控 制ir , s 稳 定 于 0 左 通 2 d Q 右.

2.90 () d 转子的 d, 轴电流Id ,r r I q q
350 300 250 200 150 100 50 0 -50 -100 t/ s 2.50 2.70 2.90 3.10 3.30 3.50 3.70 3.90
Ps Qs

万方数据

图 8暋3s发生三相接地故障时风电机组的动态响应

2.90 () e 定子侧有功功率 PS 和无功功率 QS

暋 第 2 卷第 1 期 暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋 高一丹等 暋 并网双馈风力发电机组的建模与仿真 5

7 9

) 暋暋3 双馈风力发电机的 L R 分析 V T 《 国家电网公司风电场接入电网技术规定》 中对 风电场低电压穿越 要 求 的 规 定 为: 电 场 内 的 风 电 风 机组具有在 并 网 点 电 压 跌 至 2 额 定 电 压 时 能 够 0% 保持并网运行6 5m 的低电压穿越能力; 风电场并 2 s 网点电压在发生跌落后 3s内能够恢复 到 额 定 电 压 的 9 时, 风电场内的风电机组应保持并网运行 . 0% 设定故障为 2 0k 线 路l 距 母 线 A 0 处 2 V 1 0% 2 于 3s发生三相接地故障, 保护于 3. 动作切除故 1s 障. 闭锁、 启 C o br 电 路 的 情 况 下 得 到 风 机 转 开 rw a ( 截取 2. 5~3. 波形) 2s .
90 80 70
/ kA
Ir

故障条件与( ) 相 同, 统 故 障 时, 压 跌 落 系 电 2 中 至3 , 含 rw a 不切除情况 0% 风电场( C o br保护电路)

下,2 V 母线 B 上电压, 线路l 上 有 功 功 率 的 变 2 0k 1 化如图 1 ( 0 截取 2. 5~4s波形) .

由图 9 可 以 看 出 在 故 障 期 间 C o br 保 护 电 rw a 路的动作降低了变流器直流电压, 减小了转子电流, 保护了转子侧变流 器, 够 保 证 转 子 电 流 在 允 许 范 能 围内, 故障时候风电场不用切除 .
1 . 20 1 . 00
UB / pu
Vgrms pu1

子电流I 与变流 器 直 流 侧 电 压 的 波 形 如 图 9 所 示 r

0 . 80 0 . 60 0 . 40 0 . 20 0 . 00

t/ s

2.50

2.70

2.90

3.10

3.30

3.50

3.70

3.90

60 50 40 30 20 10 0

3.90 () a 风电场不切除,2 V 母线 B 上电压 2 0k
50 25

P1 2 / MW
t/ s

t/ s

2.60

2.80

3.00

3.20

0 -25 -50 -100 -125 -150 -175 2.50 2.70 2.90 3.10 3.30 3.50 3.70 3.90

() a 闭锁 C o br电路转子电流I rw a r
10 . 00 9 . 50 9 . 00
Ir

3.20

/ kA

85 . 0 8 . 00 7 . 50 7 . 00 6 . 50

3.90 () 线路l 上有功功率 b 风电场不切除, 1

( 功率取流向母线 B 为正)

6 . 00 t/ s

2.60

2.80

3.00

3.20

1 . 20 1 . 00

Vgrms pu1

3.20 () b 开启 C o br电路时转子电流I rw a r
10 . 00 9 . 50 9 . 00 8 . 50 8 . 00 7 . 50 7 . 00 6 . 50 6 . 00 t/ s

UB / pu

0 . 80 0 . 60 0 . 40

Udc / kV

0 . 20 0 . 00 t/ s 2.50 3.00 3.50 4.00

3.90 () c 风电场被切除,2 V 母线 B 上电压 2 0k
200 2.60 2.80 3.00 3.20 150

3.20 () c 闭锁 C o br电路变流器直流电压 Ud rw a c
10 . 00 9 . 50 9 . 00 8 . 50 8 . 00 7 . 50 7 . 00 6 . 50 6 . 00 t/ s 2.60 2.80 3.00 3.20

P1 2 / MW

100 100 50 0 -50

Udc / kV

-100 t/ s

2.50

2.70

2.90

3.10

3.30

3.50

3.70

3.90

3.90 () 线路l 上有功功率 d 风电场被切除, 1

图 9暋 闭锁、 开启 C o br电路情况下, 转子侧电流 rw a

3.20 () d 开启 C o br电路变流器直流电压 Ud rw a c

图 1 系统故障时 2 0k 母线 B 上电压, 0暋 2 V 线路l 上有功功率 1

( 功率取流向母线 B 为正)

万方数据

和变流器直流侧电压 Ud 波形 c

启 C o br电路) 不切 除 时, 障 期 间 系 统 2 0k 故 rw a 2 V

由图 1 () ( ) 见, 障 发 生 后 风 电 场 ( 故 开 0a 和 b 可

8 0

湖暋北暋工暋业暋大暋学暋学暋报

2 1 年第 1 期 暋 00

母线 B 电压跌落约 7 , 0% 在故障清除后约 0.3s恢 0 复至 0. p , 线路l 上有功功率 9 u 稳定于 0.7 左右; 9 1 的方向在故障期间仍 然 流 向 系 统 侧 母 线 A, 见 在 可 为系统的恢复提供一定的有功功率支援 . 由图 1 ( ) ( ) 见, 障 发 生 后 风 电 场 ( 故 闭 0c 和 d 可 系统故障时, 风电场仍向系统输送一定的有功功率,

较分析了转子侧直 流 电 压 波 形 及 转 子 电 流 波 形, 表 明在故障期间,r w a 保 护 电 路 可 有 效 保 护 双 馈 C o br 电机, 以 不 用 切 除 风 电 机 组 . 时 也 表 明, 可 同 含 于系统的恢复 .

C o br保护电路的双馈风力发电机具有一定的低 rw a 电压穿越能力, 可对系统提供一定的功率支援, 有助

锁 C o br电路) 被切 除 时, 障 期 间 系 统 2 0k 故 rw a 2 V 母线 B 电压跌落约7 , 0% 最终只能稳定于0.3 , 93 不 符合电 能 质 量 要 求; 路l 上 的 有 功 功 率 反 向, 线 约 1 为 1 0 MW,2 V 母线 B 处负荷功率只能由系统 5 2 0k 提供, 若系统有功备用不足时, 将会对系统频率产生 未被切 除, 仍 能 给 系 统 提 供 一 定 的 则 br保护电路) a 功率支援, 并于故障发生后 0.7s将 风 电 场 并 网 点 1 有助于电网的恢复, 到 国 家 电 网 对 风 电 场 低 电 压 达 穿越要求, 说明其有一定的低电压穿越能力 . 影响 . 通过比较可知, 在故障期间, 风电场( C o 灢 含 rw

[ 参 暋 考 暋 文 暋 献 暋] 暋 [ ] 陈 暋 雷, 邢作霞, 暋 建, . 潘 等 大型风力发电机 组 技 术 发 1暋 [ ] 冯双磊, 赵海 翔, 普 春, . 于 P C D EMT C 的 任 等 基 2暋 SA/ D 双馈式变速恒频 风 电 机 组 动 态 模 型 仿 真 [ ] 电 网 技 J. 术,0 7,1 1 )3 2 0 3 (7 :0-3 5. 展趋势[] 可再生能源,0 3 1 :7-3 J. 2 0 ( )2 0.

( 线 B) 压 恢 复 至 9 , 维 持 电 网 频 率 稳 定, 母 电 7% 并

[ ] 闫广新, 暋 勤, 晁 刘新刚, . 等 并网型双馈风电 机 组 动 态 3暋 [ ] 迟永宁, 李群英, 暋 琰, . 李 等 大规模风电并网 引 起 的 电 4暋 (1 :6-1 1 )1 9. 稳定性仿真[] 电网技术,0 7,1 2 )6 J. 2 0 3 (4 :3-6 6.

4 结束语 暋
本文建立了变速恒频双馈风电机组的动态模 型, 对风速变化下大 型 风 电 场 并 网 运 行 的 端 口 特 性 进行了仿真, 仿真结果表明: 双馈风电机组可以实现 有功的最大功率跟踪, 有功和无功解耦控制, 输出功 率因数为 1, 端口电压频率稳定, 而 验 证 了 模 型 的 从 正确性 . 其次, 对系统故障情况下并网风电场的运行 特性进行了仿真, 并从控制机理上分析了转速、 有功 无功等量的动态 响 应, 仿 真 情 况 相 符 . 后, 过 与 最 通 开启、 闭锁 转 子 侧 的 C o br 保 护 电 路 的 仿 真, 比 rw a

力系统运行与稳定问题及对策[ ] 电 力 设 备,0 8,9 J. 20 1

[ ] 李 暋 晶, 宋家骅 . 大型变速恒频风力发电机组 建 模 与 仿 5暋 [ ] 胡春松, 吴先友 . 大型双馈式风力发电机组的 运 行 与 控 6暋 [ ] 韦忠朝, 辜承林, 黄声华, . 等 变速恒频双馈发 电 机 矢 控 7暋 ( )8 9 :7-9 0. 制[] 电器工业,0 9 6 :2-6 J. 2 0 ( )6 8. 真[] 中国电机工程学报,0 4,4 6 :0 J. 2 0 3 ( )1 0-1 5. 0

制策略及 特 性 分 析 [ ] 华 中 理 工 大 学 学 报,9 6,4 J. 19 2

[ ] 雷亚洲, od nLg to y 国 外 风 力 发 电 导 则 及 动 态 8暋 G ro ihb d . 模型简介[] 电网技术,0 5,9 1 )2 J. 2 0 2 (2 :7-3 2.

Rsac nteBi ig M dl n h i ua o fD ul Fd eerho h u dn oe a dteSm lt no o be e l i 灢 W n eeao o nce it o e rdB sdo S A / idG nrtrC n etd noP wrGi ae nP C D EMT C D
(lcrcP w rScr ya d H g f cec L b, Eeti o e eui n i hEf iny a t i H a h n U i . Si. dT c .Wu a 4 0 7 ,hn ) u z o g nv o c a n eh , h n 3 0 4 C ia f GAO Y灢a , HANGB 灢 a i n Z d uh n

oe r daesm ltd w ih rvs h orcns f h o e . eo dyt prt g hrcei h i s p w rgi r i uae , hc po e tecreteso tem dl Sc nl , eo ea n c aatr 灢 t so id a mc n etd nop w rgi r sm ltdw e tewn pe h n e , y a i rs o s i fwn fr o nce it o e r c dae i uae h n h ids edc a gs d n mc ep ne a ayi i gv n nldn s ed at e n rat ep w r I di o ,tspo e ysm lt n ht h nls s ie icuig pe , c v a d ec v o e .na d in ii rvdb i ua o ta te s i i t i d ul fdg nrtr ihC o brpoet nc ci ntertrs ecni po eteL R b iyo o be e e eaoswt r w a rtc o i u i r to h oo i a m rv h V Tait f d l 灢 d ul fdwn g nrtr oacranetn a dhl t etr p w r o be e id e eao t eti xet n ep orsoe o e . 灢 : o byfdtp idp w rg nrtrvco c nrldc ul gc nrlo ea n c aatr 灢 K y od d ul灢e灢y ewn o e e eao ;etr o to ;eo p n o to ;prt g hrcei e w rs i i s

A s at T i p prbi steta s n o e o be e idp w rg nrtr/ idfr bsdo bt c : hs a e u d h rni tm dld ul fdwn o e e eaosawn a m ae n r l e 灢 P C D/EMT Csm lt npafr P r hrcei iso o be e idg nrtr o nce no S A D i ua o lto m. otc aatr t i s c fd ul fdwn e eaosc n etdit 灢

ts i c

万方数据

[ 责任编校:张培炼]

并网双馈风力发电机组的建模与仿真
作者: 作者单位: 刊名: 英文刊名: 年,卷(期): 高一丹, 张步涵, GAO Yi-dan, ZHANG Bu-han 华中科技大学电力安全与高效湖北省重点实验室,湖北,武汉,430074 湖北工业大学学报 JOURNAL OF HUBEI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 2010,25(1)

参考文献(8条) 1.雷亚洲;Gordon Lightbody 国外风力发电导则及动态模型简介[期刊论文]-电网技术 2005(12) 2.韦忠朝;辜承林;黄声华 变速恒频双馈发电机矢控制策略及特性分析 1996(09) 3.胡春松;吴先友 大型双馈式风力发电机组的运行与控制[期刊论文]-电器工业 2009(06) 4.李晶;宋家骅 大型变速恒频风力发电机组建模与仿真[期刊论文]-中国电机工程学报 2004(06) 5.迟永宁;李群英;李琰 大规模风电并网引起的电力系统运行与稳定问题及对策[期刊论文]-电力设备 2008(11) 6.闫广新;晁勤;刘新刚 并网型双馈风电机组动态稳定性仿真[期刊论文]-电网技术 2007(24) 7.冯双磊;赵海翔;任普春 基于PSCAD/EMTDC的双馈式变速恒频风电机组动态模型仿真[期刊论文]-电网技术 2007(17) 8.陈雷;邢作霞;潘建 大型风力发电机组技术发展趋势[期刊论文]-可再生能源 2003(01)

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