雙饋風電機組在低電壓穿越時的有功、無功特性研究

【摘 要】目前云南電網安裝的雙饋風力發電機所具有的低電壓穿越特性，應當包含兩類方式，一是無有功無功支撐的低電壓穿越；二是有有功無功支撐的低電壓穿越，在試驗中特性的好與壞直接影響著發電機的安全穩定運行，本文旨在通過仿真探討如上兩種情況時的雙饋風力發電機所具有的低電壓穿越特性的特征值，找到雙饋風力發電機平穩運行的特性。

【關鍵詞】 風電機組 有功 無功 特性

以云南電網打桂山300MW風電場經雙回線接入紫溪220kV變電站，再經紫溪220kV變電站接入和平500kV電網，在最嚴重的情況下，在220kV接入電網處出現電網三相短路故障的情況就風電場在故障情況下的雙饋風電機組有功、無功情況進行仿真分析計算。

1有有功無功支撐的低電壓穿越

DFIG次同步運行（風速7m/s）情況下，并網點電壓在t=0.5s跌落至0.2pu，此時轉子側crowbar投入，crowbar運行80ms后切除；并網點電壓在跌落625ms后恢復，此時轉子側crowbar投入，crowbar運行100ms后切除，測得風電場輸出有功、定子電流的變化情況如圖1所示。

由轉子側變頻器電流波形可知，當t=0 ～ 0.5 s時風機處于穩態，此時轉子側變頻器向風機提供勵磁電流，并通過直流鏈從電網吸收有功，整個風機處于發電狀態，并保持功率因數為1；在t=0.5 s控制系統檢測到定子側的電壓跌落后立即投入crowbar，80 ms后切出crowbar，在t=0.5 ～ 0.508 s期間轉子側變頻器的六個開關全部關閉，由于風速低于額定風速，風機處于異步電動狀態，需要從電網吸收有功和無功（由于此時機端電壓很低，故吸收的有功和無功也很少）；在t=0.508 s切出crowbar后，轉子側變頻器恢復控制，即在t=0.508 ～ 1.125 s期間轉子側變頻器在控制系統的作用下使電機發出有功和無功支持電網，由于受限于較低的機端電壓，故發出的有功和無功相對較小，約為0.1～0.2 pu，此時風機處于發電狀態，并向電網輸出無功；在t=1.125 s控制系統檢測到定子側的電壓恢復后立即投入crowbar，100 ms后切出crowbar，在t=1.125 ～ 1.225 s期間轉子側變頻器的六個開關全部關閉，風機處于異步電動狀態，需要從 電網吸收有功和無功，由于此時機端電壓接近額定值，故吸收的有功和無功相對較多，約為0.3 pu；在t=1.225 s切出crowbar后，轉子側變頻器恢復控制，即在t=1.225 s以后，轉子側變頻器在控制系統的作用下使風機發出有功，并保持功率因數為1的控制。

2無有功無功支撐的低電壓穿越

DFIG次同步運行（風速7m/s）情況下，并網點電壓在t=0.5s跌落至0.2pu，此時轉子側crowbar投入運行；并網點電壓在跌落625ms后恢復，此時轉子側crowbar繼續運行100ms后切除，即crowbar在電網電壓跌落時間段內一直投入，測得的風電場輸出有功、轉子側變頻器電流的變化情況如圖2所示。

由轉子側變頻器電流波形可知，當t=0 ～ 0.5 s時風機處于穩態，此時轉子側變頻器向風機提供勵磁電流，并通過直流鏈從電網吸收有功，整個風機處于發電狀態，并保持功率因數為1；在t=0.5 s控制系統檢測到定子側的電壓跌落后立即投入crowbar，在t=1.125 s控制系統檢測到定子側的電壓恢復，再經過100 ms后切出crowbar，即在t=0.5 ～ 1.225 s期間crowbar一直投入，轉子側變頻器的六個開關全部關閉，由于風速低于額定風速，風機處于異步電動狀態，需要從電網吸收有功和無功（在t=0.5 ～ 1.125 s期間由于機端電壓較低，故吸收的有功和吸收的無功均較小，均約為0.04 pu，在t=1.125 ～ 1.225 s期間由于機端電壓恢復至接近額定值，故吸收的有功和吸收的無功均較多，均約為0.25 pu）；在t=1.225 s切出crowbar后，轉子側變頻器恢復控制，即在t=1.225 s以后，轉子側變頻器在控制系統的作用下使風機發出有功，并保持功率因數為1的控制。

3特性小結

針對雙饋風力發電機在不同低電壓穿越的控制方式下，雙饋發電機的有功、無功特性我們可以作如下的分析：（1）對于無有功、無功支持的風力發電機組，當電網出現短路故障時，發電機輸出有功、無功均不受控，低風速時不但不向電網輸出有關和無功，還向電網吸收有功和無功，將不利于電網的恢復，在高風速時，雖然有有功輸出，但非常小，同時仍然從電網吸收無功，因此同樣不利于電網電壓的恢復；

（2）對于無有功、無功支持的風力發電機組由于在電網故障情況下，機組幾乎無有功輸出，因此風力發電機轉速會快速增加，也可能加速機組因超速的脫網；（3）對于有有功、無功支持的風力發電機組，當電網出現短路故障時，發電機不管在低風速還是在高風速均有有功和無功輸出，將有利于電網電壓的恢復。

參考文獻：

[1]張少泉，仇英輝，劉超，平安.風電并網對云南電網潮流分布與電網調峰的影響[J].南方電網技術，2012（05）：36-38.

[2]M.J. Hossain，Hemanshu R. Pota，Md. Apel Mahmud.Investigation of the Impacts of Large-Scale Wind Power Penetration on the Angle and Voltage Stability of Power Systems.IEEE SYSTEMS JOURNAL . 2012.

作者簡介：劉曉欣（1986—），男，黑龍江齊齊哈爾人，助理工程師，云南電網有限責任公司怒江供電局，主要研究方向為電網調度與系統分析。