电压跌落下双馈风力发电机矢量控制的改进

彭凌,李永东

(清华大学 电机工程与应用电子技术系,北京 100084)

1 引言

在电网出现故障时,风力发电机组都需要被电网切除,直到电网故障清除后风电机组才能重新并网运行。然而,随着风电机组的容量和风电场的规模越来越大,风力发电的容量在电力系统总装机容量中所占的比例越来越大,如果电网发生故障时大规模的风电机组从电网解列,而不是像常规发电机组一样能继续支撑电网的频率和电压,这可能会导致更为严重的连锁反应,从而对电网的稳定运行带来非常不利的影响。为此目前国外许多电网运营商针对此问题对风力发电系统提出了故障不间断运行的要求,即在电网电压发生跌落时,风电发电机必须与电网保持连接并继续运行,甚至还需要为电网提供一定的无功以帮助系统电压的恢复;而在电网电压恢复后,风力发电机必须尽快恢复正常运行,向电网输出必要的有功功率以保证系统的频率稳定。上述要求即为风力发电系统的低电压穿越(LVRT)要求[1-2]。

因为双馈发电机的定子绕组与电网直接相连,所以电网发生故障时,发电机机端电压会随之迅速跌落,从而引起双馈发电机内部剧烈的电磁过渡过程[3-4]。同时,双馈发电机励磁变流器的容量和发电机额定容量相比只占很小的一部分(30%左右),只能对发电机提供部分控制。因此,当电网发生严重故障时,发电机转子绕组中产生的过电压和过电流可能会超过变流器中电力电子器件的耐压和过流极限,从而损坏变流器,使得电网故障清除后风力发电系统无法恢复正常运行。……