電力系統(tǒng)對(duì)并網(wǎng)風(fēng)電機(jī)組承受低電壓能力的要求匯總

1、第 31 卷 第 7 期 2007 年 4 月 電 網(wǎng) 技 術(shù) Power System Technology Vol. 31 No. 7 Apr. 2007 文章編號(hào)：1000-3673(2007)07-0078-05 中圖分類號(hào)： TM614 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 學(xué)科代碼： 480·6040 電力系統(tǒng)對(duì)并網(wǎng)風(fēng)電機(jī)組承受低電壓能力的要求 關(guān)宏亮 1，趙海翔 2，遲永寧 2，王偉勝 2，戴慧珠 2，楊以涵 1 (1華北電力大學(xué) 電氣與電子工程學(xué)院，北京市 昌平區(qū) 102206； 2中國電力科學(xué)研究院，北京市 海淀區(qū) 100085) Requirement for LVRT Capabi

2、lity of Wind Turbine Generator in Power System GUAN Hong-liang1 ， ZHAO Hai-xiang2 ，CHI Yong-ning2 ，WANG Wei-sheng2 ， DAI Hui-zhu2 ，YANG Yi-han1 (1School of Electrical and Electronic Engineering，North China Electric Power University ， Changping District，Beijing 102206，China； 2 China Electric Power Re

3、search Institute，Haidian District ， Beijing 100085， China) ABSTRAC: The authors present the low voltage ride-though (LVRT) characteristic and the control strategy of wind turbine with LVRT in detail. The model and the control strategy of doubly-fed induction generator (DFIG) with LVRT are implemente

4、d in power system simulation tool DIgSILENT/ PowerFactory. The simulation of a certain domestic 220kV power grid is implemented and a method to decide the LVRT parameters of wind turbine generator and requirement is proposed. By means of calculating the terminal voltages of wind turbine generators a

5、t the short circuit moment while short circuit takes place in all buses in the power grid one after another, the impact extents of short circuits occurred in different buses of the grid to terminal voltages of wind turbine generators are marked up in geographical wiring diagram, then on this basis t

6、he voltage limit of LVRT of wind farm is given. Analysis results show that it may be somewhat unrealistic that under certain conditions to make a claim to wind turbines with very trenchant LVRT ability; and yet under other conditions it is required that the wind turbines possess more strict LVRT abi

7、lity, otherwise the stable operation of power grid may be endangered. Thus, the voltage limit of LVRT of wind farm should be calculated according to actual wiring scheme.KEY WORDS: wind farm ；wind turbine generator；low voltage ride through (LVRT) ；wiring scheme 摘要：闡述了風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越原理和相應(yīng)的控制策略，在電力系統(tǒng)仿真分析 軟件

8、 DIgSILENT/Power Factory 中建立了具有低電壓穿越功能的雙饋風(fēng)電機(jī)組模 型。以某地區(qū)電網(wǎng)為例進(jìn)行仿真計(jì)算，并提出了一種確定風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越參 數(shù)與要求的方法。通過計(jì)算系統(tǒng)中所有母線依次發(fā)生短路時(shí)風(fēng)電機(jī)組在短路瞬間 的機(jī)端電壓值，在地理接線圖中標(biāo)出了系統(tǒng)中不同母線短路時(shí)對(duì)風(fēng)電機(jī)組端電壓 的影響程度，據(jù)此給出了風(fēng)電場低電壓穿越功能中的電壓限制值。分析結(jié)果表 明，在某些情況下要求風(fēng)電機(jī)組具有很強(qiáng)的低電壓穿越能力是不符合實(shí)際的；而 在另外一些情況下則必須要求風(fēng)電機(jī) 組具有較好的低電壓穿越能力，否則會(huì)對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行構(gòu) 成威脅。因此，應(yīng)根據(jù)具體接入方案計(jì)算風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越功能中

9、的電壓限 值。關(guān)鍵詞：風(fēng)電場；風(fēng)電機(jī)組；低電壓穿越；接入方案0 引言 隨著風(fēng)電裝機(jī)容量的不斷增加，風(fēng)電在電力系統(tǒng)中的地位發(fā)生了轉(zhuǎn)變。風(fēng)電裝機(jī) 容量較小時(shí)，風(fēng)電場的運(yùn)行對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響可以不予考慮；當(dāng)風(fēng)電裝機(jī)容量 越來越大，在系統(tǒng)中所占比例逐年增加時(shí)，風(fēng)電場的運(yùn)行對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響變 得不容忽視。世界各國電力系統(tǒng)對(duì)風(fēng)電場接入電網(wǎng)時(shí)的要求越來越嚴(yán)格，甚至用 常規(guī)電源的標(biāo)準(zhǔn)來要求風(fēng)電 1 場。在風(fēng)電場容量相對(duì)較小并且分散接入電網(wǎng)時(shí)，風(fēng)電場被視作分布式電源，在 系統(tǒng)故障時(shí)可立刻退出運(yùn)行 2 。隨著新能源應(yīng)用技術(shù)的快速發(fā)展，風(fēng)電場數(shù)量和 單個(gè)風(fēng)電場的裝機(jī)容量不斷增大，風(fēng)電總裝機(jī)容量在系統(tǒng)中所占比例越來

10、越高， 對(duì)電力系統(tǒng)的影響也越來越大。為維持電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，除要求提高風(fēng)電機(jī) 組自身的技術(shù)水平外，各國電網(wǎng)公司都相繼對(duì)風(fēng)電場 /風(fēng)電機(jī)組的并網(wǎng)提出了更嚴(yán) 格的技術(shù)要求，包括低電壓穿越 (low voltage ride-though，LVRT) 能力、無功控制 能力以及輸出功率控制能力等 3-5 ，其中 LVRT 被認(rèn)為是對(duì)風(fēng)電機(jī)組設(shè)計(jì)制造技 術(shù)的最大挑戰(zhàn)。要提高風(fēng)電場 /風(fēng)電機(jī)組的 LVRT 能力，必然會(huì)導(dǎo)致風(fēng)電機(jī)組 /風(fēng) 電場的工程造價(jià)增加，而且對(duì) LVRT 能力要求越嚴(yán)格則工程造價(jià)就越高。因此， 在風(fēng)電場規(guī)劃設(shè)計(jì)階段提出對(duì)風(fēng)電機(jī)組 LVRT 能力的具體要求是非常經(jīng)濟(jì)的，即 根據(jù)風(fēng)電場所

11、用風(fēng)電機(jī)組的類型，在風(fēng)電場規(guī)劃階段對(duì)風(fēng)電機(jī)組 LVRT 功能曲線 的定值提出要求。PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 試用版本創(chuàng)建第31卷 第7期電網(wǎng)技 術(shù) 79 本文將詳細(xì)分析雙饋?zhàn)兯亠L(fēng)電機(jī)組 LVRT 功能的實(shí)現(xiàn)原理，并在電力系統(tǒng)仿真分 析軟件 DIgSILENT/ Power Factory 中建立雙饋?zhàn)兯亠L(fēng)電機(jī)組模型和 LVRT 功能模 型，采用地理接線圖直觀地表示風(fēng)電場外部系統(tǒng)故障對(duì)風(fēng)電機(jī)組端電壓的影響， 并以我國某區(qū)域電網(wǎng)為例分析在風(fēng)電場接入點(diǎn)不同的情況下系統(tǒng)故障對(duì)風(fēng)電機(jī)組 的影響，最后根據(jù)仿真結(jié)果給出對(duì)風(fēng)電機(jī)組 LVRT 能力的最低電壓限值要求

12、。1 風(fēng)電機(jī)組的 LVRT 能力風(fēng)電機(jī)組的 LVRT 能力是指其在端電壓降低到一定值的情況下不脫離電網(wǎng)而繼續(xù) 維持運(yùn)行，甚至還可為系統(tǒng)提供一定無功支持以幫助系統(tǒng)恢復(fù)電壓的能力。德國 E.ON公司對(duì)風(fēng)電場/風(fēng)電機(jī)組 LVRT能力的具體要求 6見圖1，其中陰影部分表 示風(fēng)電機(jī)組不但不脫離系統(tǒng)而且還向系統(tǒng)提供一定的無功支持，當(dāng)端電壓跌至額 定電壓的 15%時(shí)要求風(fēng)電機(jī)組能夠維持運(yùn)行 625 ms，當(dāng)風(fēng)電機(jī)組端電壓在其額定 電壓的 90%及以上時(shí)要求風(fēng)電機(jī)組能夠持續(xù)運(yùn)行。行 求進(jìn)一步增加了風(fēng)電機(jī)組造價(jià)。文獻(xiàn) 9 對(duì)幾種提高風(fēng)電機(jī)組 LVRT 能力的方 案所增加的投資進(jìn)行了對(duì)比，分析結(jié)果表明提高風(fēng)電機(jī)組

13、的 LVRT 能力加重了風(fēng) 電的高電價(jià)問題上。此外，在某些電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和風(fēng)電場接入位置情況下，外部系統(tǒng) 故障并不會(huì)使風(fēng)電機(jī)組端電壓降低很多，因此沒有必要要求風(fēng)電機(jī)組嚴(yán)格遵守圖 1 中規(guī)定的最低維持運(yùn)行端電壓和時(shí)間限制。文獻(xiàn) 9通過計(jì)算風(fēng)電場接入點(diǎn)的短 路容量對(duì)上述觀點(diǎn)進(jìn)行了說明，即接入點(diǎn)短路容量較大時(shí)可以對(duì)風(fēng)電機(jī)組 LVRT 的要求降低一些，這樣不會(huì)對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性產(chǎn)生影響?？傊陲L(fēng)電場規(guī)劃設(shè)計(jì)階 段應(yīng)詳細(xì)分析電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和風(fēng)電場接入方案，確定系統(tǒng)故障對(duì)風(fēng)電場 /風(fēng)電機(jī)組的影 響程度，并以此來決定風(fēng)電機(jī)組 LVRT 能力應(yīng)滿足的要求。2 雙饋?zhàn)兯亠L(fēng)電機(jī)組的模型 雙饋電機(jī)運(yùn)行在次同步轉(zhuǎn)速時(shí)轉(zhuǎn)子吸收有功功率

14、，運(yùn)行在超同步轉(zhuǎn)速時(shí)轉(zhuǎn)子輸出 有功功率，此時(shí)定子和轉(zhuǎn)子同時(shí)向系統(tǒng)提供功率輸出。雙饋?zhàn)兯亠L(fēng) measmeas 電機(jī)組的控制系統(tǒng)如圖 2 所示，其中： Pgrid、Qgridmeas為 M 點(diǎn)輸出的有功功率和無功功率測(cè)量值； Udc 為 meas直流電壓測(cè)量值； Iac為在 N 點(diǎn)測(cè)量的變流器交流measmeas電流； gen為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量值； Igen 為轉(zhuǎn)子電流圖 1 德國 E.ON 公司對(duì)風(fēng)電機(jī)組 LVRT 能力的要求 Fig. 1 Requirement for LVRT capability of wind turbine generator of German Company E.O

15、N 不同類型的風(fēng)電機(jī)組可采取不同技術(shù)措施來實(shí)現(xiàn)其 LVRT 功能。對(duì)于采用普通異 步電機(jī)作為發(fā)電機(jī)的固定轉(zhuǎn)速風(fēng)電機(jī)組，文獻(xiàn) 7 提出采用無功補(bǔ)償位和頻率可變 的勵(lì)磁電流，從而可對(duì)有功和無功進(jìn)的方案來實(shí)現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組的 LVRT 功能，以滿 足風(fēng)電行獨(dú)立控制。從圖 2 可見，整個(gè)風(fēng)電機(jī)組的控制系機(jī)組并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其LVRT 能力的要求，該方案需要統(tǒng)分為電機(jī)控制系統(tǒng)和風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)。電機(jī)控制 系 采用靜止無功補(bǔ)償裝置。文獻(xiàn) 8 提出通過改變轉(zhuǎn)子參量測(cè)量點(diǎn) M 回路勵(lì)磁方 式來實(shí)現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組的 LVRT 功能。文獻(xiàn) 9 分別討論了普通異步發(fā)電機(jī)、直驅(qū)風(fēng) 電機(jī)組和雙饋風(fēng)電機(jī)組實(shí)現(xiàn) LVRT 功能的方式，其中雙饋?zhàn)?/p>

16、速 N軸 雙饋電機(jī) 風(fēng)機(jī) 風(fēng)電機(jī)組可以依靠機(jī)組本身實(shí)現(xiàn) LVRT 功能，在外 PWM PWM U I 定子側(cè) 部系統(tǒng)故障引起風(fēng)電機(jī)組端電壓跌落時(shí)，風(fēng)電場仍轉(zhuǎn)子側(cè) 變流器控制 變流器控制 PI 然維持運(yùn)行，因此完全滿足風(fēng)電并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于風(fēng)電電 機(jī)控制系統(tǒng) Q 10-12QU 機(jī)組 LVRT 能力的要求。 P 調(diào)動(dòng)P 在風(fēng)電場外部系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，風(fēng)電機(jī)組的相互作用 控制 功率控制 轉(zhuǎn)速控制 系統(tǒng)LVRT 功能能夠?qū)ο到y(tǒng)起到積極的作用，而不會(huì)進(jìn)風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng) P 一步加重系統(tǒng) 故障的影響。但是從另外一個(gè)角度看，圖 2 雙饋?zhàn)兯亠L(fēng)電機(jī)組的控制系統(tǒng) Fig. 2 Control system of wind

17、 turbine 現(xiàn)階段風(fēng)電上網(wǎng)電價(jià)是制約風(fēng)力發(fā)電進(jìn)一步發(fā) 展的 equipped with DFIG 瓶頸，并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)風(fēng)電場風(fēng) /電機(jī)組 LVRT 能力的要 meas dc meas gen meas ac meas grid meas grid meas gen conv,ref grid conv,ref grid ref dc meas grid rated,ref grid 測(cè)量值。雙饋電機(jī)的最大特點(diǎn)就是轉(zhuǎn)子通過一個(gè)背靠背脈沖寬度調(diào)制 (pulse-width modulation，PWM) 變流器與電網(wǎng)相連 13。電網(wǎng)側(cè)變流器的主要功能是控制電容 電壓使其恒定，從而為轉(zhuǎn)子側(cè)變流器提

18、供電源支持；轉(zhuǎn)子側(cè)變流器為轉(zhuǎn)子繞組提 供幅值、相PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 試用版本創(chuàng)建 80 關(guān)宏亮等：電力系統(tǒng)對(duì)并網(wǎng)風(fēng)電機(jī)組承受低電壓能力的要求Vol. 31 No. 7統(tǒng)共有 3個(gè)參考值輸入量： M 點(diǎn)有功參考值conv,refPgrid 由風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)輸入； M 點(diǎn)無功參考值 conv,refrefQgrid 可以設(shè) 定；直流電壓參考值 Udc 決定于變 串連一個(gè)可關(guān)斷晶閘管和一個(gè)電阻器，并且與轉(zhuǎn)子 側(cè)變流器并聯(lián)。電阻器阻抗值不能太大，以防止轉(zhuǎn)子側(cè)變流器過電壓，但也不能 過小，否則難以達(dá)到限制電流的目的，具體數(shù)值應(yīng)根據(jù)具體情況而定。外部系統(tǒng)

19、故障清除后，轉(zhuǎn)子短路器晶閘管關(guān)斷，轉(zhuǎn)子側(cè)變流器重新投入運(yùn)行。流器容量和定、轉(zhuǎn)子變比以及變流器調(diào)制系數(shù)。風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)產(chǎn)生2 個(gè)輸出量：電機(jī)控制系統(tǒng)的有comv,refmeas 功參考值 Pgrid，由轉(zhuǎn)速測(cè)量值 gen和 M 點(diǎn)有功 測(cè)量值計(jì)算得出；風(fēng)機(jī)的槳距角 ，在風(fēng)電機(jī)組正 常運(yùn)行時(shí)由有功功率測(cè)量值 P meas grid 和額定有功功率 rated,refrated,refPgrid計(jì)算得出。 Pgrid 一般為風(fēng)電機(jī)組額定功 率，可根據(jù)控制要求進(jìn)行設(shè)定。 在外部系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，風(fēng)電機(jī)組端電壓降低，定子電流增大，轉(zhuǎn)子側(cè)電流由于 定、轉(zhuǎn)子間的相互磁場耦合而增大，此時(shí) LVRT 功能使風(fēng)電機(jī)組

20、能夠持續(xù)運(yùn)行而 不從電網(wǎng)脫離。在外部系統(tǒng)發(fā)生故障且故障導(dǎo)致的低電壓持續(xù)存在的情況下，雙 饋?zhàn)兯亠L(fēng)電機(jī)組的控制過程如下 （故障后保護(hù)迅速動(dòng)作則不考慮過程（ 2）：（1）當(dāng)轉(zhuǎn)子側(cè)電流或變流器直流電壓超過設(shè)定限值時(shí)，轉(zhuǎn)子側(cè)變流器被轉(zhuǎn)子短 路器（crowbar）旁路，電網(wǎng)側(cè)變流器仍通過變壓器與電網(wǎng)相連。（2）風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)的槳距角控制功能立刻啟動(dòng)，以減少風(fēng)機(jī)捕獲的功率并重新 建立風(fēng)電機(jī)組機(jī)端電壓。（3）故障清除后，機(jī)組端電壓恢復(fù)，轉(zhuǎn)子側(cè)變流器恢復(fù)正常運(yùn)行。需要指出的是，當(dāng)轉(zhuǎn)子側(cè)電流的升高不足以危害轉(zhuǎn)子側(cè)變流器時(shí)，轉(zhuǎn)子短路器不 會(huì)動(dòng)作，轉(zhuǎn)子側(cè)變流器仍正常工作，此時(shí)如果機(jī)端電壓降低則完全可以依靠電機(jī) 本身的

21、調(diào)節(jié)能力實(shí)現(xiàn) LVRT 功能而無需調(diào)節(jié)槳距角。圖 3 轉(zhuǎn)子短路器結(jié)構(gòu)Fig. 3 The structure of crowbar 在定子電壓和磁通跌落的同時(shí)，雙饋電機(jī)的輸出功率和電磁轉(zhuǎn)矩下降，如果此時(shí) 風(fēng)機(jī)機(jī)械功率保持不變則電磁轉(zhuǎn)矩的減小必定導(dǎo)致轉(zhuǎn)子加速，所以在外部系統(tǒng)故 障導(dǎo)致的低電壓持續(xù)存在時(shí)，風(fēng)電機(jī)組輸出功率和電磁轉(zhuǎn)距下降，保護(hù)轉(zhuǎn)子側(cè)變 流器的轉(zhuǎn)子短路器投入的同時(shí)需要調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)槳距角，減少風(fēng)機(jī)捕獲的風(fēng)能及風(fēng)機(jī) 機(jī)械轉(zhuǎn)矩，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組在外部系統(tǒng)故障時(shí)的 LVRT 功能。外部故障情況下 槳距角控制框圖如圖 4所示，其中： Veq是等效風(fēng)速； PW-lim 是系統(tǒng)外部故障時(shí) 風(fēng)機(jī)機(jī)械功率限

22、制； P0 是由風(fēng)速計(jì)算出的風(fēng)功率； Cp-lim 是與 PW-lim 相關(guān)的功 率系數(shù)； re-fnor 是 re-femer是故障情況下槳距額定運(yùn)行時(shí)槳距角參考值； 角參考值； ref是槳距角控制模塊參考值。正常運(yùn)行時(shí)槳距角參考值可根據(jù)風(fēng)速 通過查表得出，在外部系統(tǒng)故障時(shí)可根據(jù)事先給定的 PW-lim（ 通常是額定功率的 一個(gè)百分比 ）計(jì)算出相關(guān)的 Cp-lim16。re-femer可通過 Cp-lim 和葉尖速比 計(jì)算得出。 re可f 根據(jù)圖 1中 M 點(diǎn)電壓測(cè)量值來選擇 re-fnor 或 re-femer。轉(zhuǎn)子短路器 （變流器保護(hù) ）與緊急槳距 角控制相互配合共同完成雙饋?zhàn)兯亠L(fēng)電機(jī)組

23、的 LVRT 功能。3 雙饋?zhàn)兯亠L(fēng)電機(jī)組的 LVRT 原理及模型 不同類型的風(fēng)電機(jī)組實(shí)現(xiàn) LVRT 功能的原理不同。對(duì)于雙饋?zhàn)兯亠L(fēng)電機(jī)組，應(yīng)用 電力電子設(shè)備可控制其輸出的有功功率、無功功率以及與電網(wǎng)的無功交換，但這 也使得其控制系統(tǒng)更加復(fù)雜。在外部系統(tǒng)發(fā)生短路故障時(shí)，雙饋電機(jī)定子電流增 10,14-15 加，定子電壓和磁通突降，在轉(zhuǎn)子側(cè)感應(yīng)出較大的電流。轉(zhuǎn)子側(cè)變流器直接串連 在轉(zhuǎn)子回路上，為了保護(hù)變流器不受損失，雙饋?zhàn)兯亠L(fēng)電機(jī)組在轉(zhuǎn)子側(cè)都裝有轉(zhuǎn) 子短路器。當(dāng)轉(zhuǎn)子側(cè)電流超過設(shè)定值一定時(shí)間時(shí)，轉(zhuǎn)子短路器被激活，轉(zhuǎn)子側(cè)變 流器退出運(yùn)行，電網(wǎng)側(cè)變流器及定子側(cè)仍與電網(wǎng)相連。圖 3 為保護(hù)轉(zhuǎn)子側(cè)變流器 的

24、轉(zhuǎn)子短路器結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)子各相都PFig. 4 Pitch control structure during faults4 外部系統(tǒng)故障對(duì)風(fēng)電機(jī)組的影響 在各種外部系統(tǒng)故障中，屬三相短路故障時(shí)電 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 試用版本創(chuàng)建 第31卷 第7期電網(wǎng)技 術(shù)火 81 壓降低最為嚴(yán)重，故本文對(duì)外部系統(tǒng)發(fā)生三相短路故障時(shí)風(fēng)電場電壓降低值進(jìn)行 仿真計(jì)算，并針對(duì)不同母線發(fā)生的三相短路故障給出對(duì)應(yīng)于風(fēng)電場電壓降低幅度 的短路母線范圍。風(fēng)電機(jī)組采用恒功率因數(shù) (=1.0)控制的雙饋?zhàn)兯亠L(fēng)電機(jī)組。需 要指出的是，由于風(fēng)電機(jī)組的電壓保護(hù)設(shè)置是以其額定電壓為基準(zhǔn)的，

25、因此本文 給出的電壓標(biāo)幺值均以額定電壓為基準(zhǔn)。圖 5為我國某區(qū)域電網(wǎng)中的 220 kV電網(wǎng) 結(jié)構(gòu)圖，圖中還給出了風(fēng)電場接入位置，風(fēng)電場裝機(jī)容量為 300 MW；數(shù)字代表 不同的變電站。考慮 2種風(fēng)電場接入方案：變電站 1 為風(fēng)電場升壓站，風(fēng)電場 電量主要是經(jīng)過火電廠 8及變電站 4輸送到 220 kV 系統(tǒng)；變電站 17為風(fēng)電場 升壓站?；?a) 風(fēng)電機(jī)組剛達(dá)到切入風(fēng)速時(shí) 火火(b) 風(fēng)電機(jī)組額定運(yùn)行時(shí) 圖 5 算例系統(tǒng)結(jié)構(gòu) fig. 5 Diagram of power system example 圖 6 風(fēng)電場接入方案Fig. 6 Scheme 1 of wind farm integr

26、ation 在仿真計(jì)算中同時(shí)考慮 2 種情況：風(fēng)電場剛開始并網(wǎng)發(fā)電 (即風(fēng)速剛達(dá)到切入風(fēng) 速)時(shí)外部系統(tǒng)各母線分別發(fā)生三相短路故障；風(fēng)電場處于滿發(fā)狀態(tài)，所有風(fēng)電 機(jī)組都在額定運(yùn)行時(shí)，外部系統(tǒng)各母線分別發(fā)生三相短路故障。風(fēng)電場的其他運(yùn) 行情況均介于這 2 種情況之間，因此外部系統(tǒng)故障對(duì)風(fēng)電場的影響也介于這 2種 情況之間。在對(duì)風(fēng)電場進(jìn)行仿真時(shí)考慮所有風(fēng)電機(jī)組都以相同規(guī)律變化，因此可 將其等效為 1 臺(tái)機(jī)組。在仿真計(jì)算時(shí)觀察該機(jī)組的機(jī)端電壓，將發(fā)生短路時(shí)使該 電壓在相同范圍內(nèi)變化的母線在地理接線圖上劃入相同的圓內(nèi)，2 種風(fēng)電場接入方案的情況分別見圖 6、7。圖中標(biāo)幺值為圓內(nèi)母線發(fā)生三相短路時(shí)的風(fēng)電

27、機(jī)組端 電壓。采用風(fēng)電場接入方案時(shí)，圖 6(a)中變電站 4 母線、火電廠 8母線和變電站 2 母 線短路時(shí)風(fēng)電場風(fēng)電機(jī)組端電壓下降到 0.6 pu，而變電站 3母線、火電廠 2母線 和火電廠 1母線短路時(shí)風(fēng)電機(jī)組端電壓在 0.60.7 pu之間。圖 6(b)中火電廠 8母 線短路時(shí)風(fēng)電機(jī)組端電壓只下降到 0.7 pu。由此可見，在風(fēng)電場接入方案的情 況下，風(fēng)電機(jī)組 LVRT 的最低電壓要求值可定為 0.6 pu，持續(xù)時(shí)間可根據(jù)系統(tǒng)穩(wěn)定分析結(jié)果而定。 采用風(fēng)電場接入方案時(shí)，在風(fēng)電場并網(wǎng)運(yùn)行初始階段，火電廠3 母線短路時(shí)風(fēng)電機(jī)組端電壓下降到 0.4 pu，變電站 5 母線短路時(shí)風(fēng)電機(jī)組端電壓下降

28、到 0.6 pu，如圖 7(a)所示。在風(fēng)電機(jī)組處于額定運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，外部系統(tǒng)故障對(duì)風(fēng)電機(jī)組 影響較小，火電廠 3母線短路時(shí)風(fēng)電機(jī)組端電壓下降到 0.5 pu，變電站 7 母線短 路時(shí)風(fēng)電機(jī)組端電壓下降到 0.7 pu，如圖 7(b)所示。因此，在風(fēng)電場接入方案 的情況下需要嚴(yán)格要求風(fēng)電機(jī)組的 LVRT 能力，其最低電壓限值應(yīng)該不低于 0.4 pu。 以上仿真計(jì)算未考慮風(fēng)電場接入點(diǎn)發(fā)生三相短路時(shí)風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行情況，這需要 根據(jù)系統(tǒng)穩(wěn)定計(jì)算的結(jié)果來確定，在系統(tǒng)穩(wěn)定性允許的條件下，風(fēng)電場接入點(diǎn)發(fā) 生短路時(shí)風(fēng)電機(jī)組可退出運(yùn)行，否則需進(jìn)一步要求風(fēng)電機(jī)組滿足更嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)。5 結(jié)論 本文以直觀的方法在地理接

29、線圖上用一系列同心圓標(biāo)出了發(fā)生短路故障時(shí)使風(fēng)電 機(jī)組端電壓降PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 試用版本創(chuàng)建82 關(guān)宏亮等：電力系統(tǒng)對(duì)并網(wǎng)風(fēng)電機(jī)組承受低電壓能力的要求 Vol. 31 No. 7Electric Power Systems，2005，29(10)：1-5(in Chinese)6 E ON Netz Erg?nzende Netzanschlussregeln fr Windüenergieanlagen S20017 Chai Chompoo-inwai ，Chitra Yingvivatanapong， Kittipong Me

30、thaprayoon Reactive compensaton techniques to improve the ride- through capability of wind turbine during disturbanceJIEEE Trans on Industry Applications，2005，41(3)：666-6728 向大為，楊順昌，冉立電網(wǎng)對(duì)稱故障時(shí)雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)不脫網(wǎng) 運(yùn)行的系統(tǒng)仿真研究 J 中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)， 2006，26(10)： 130-135 Xiang Dawei ，Yang Shunchang，Ran Li System simulation of

31、 a doubly fed induction generator ride-through control for symmetrical grid faultJ Proceedings of the CSEE，2006，26(10)：130-135(in Chinese)9 Abbey C，Joos G Effect of low voltage ride through (LVRT) characteristic on voltage stabilityJ IEEE Trans on Industry Applications， 2005， 41(3)：1-710 Bing Xie ，B

32、rendan Fox，Damian FlynnStudy of fault ride-through for DFIG wind turbinesC IEEE International Conference on Electric Utility Deregulation，Restructuring and Power Technologies (DRPT2004，) Hong Kong， 200411 Johan M， Sjoerd W H de HRidethrough of wind trubines with doubly-fed induction generator during

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36、ct drive synchronous generator and back to back voltage source converter and its controlC European Wind Energy Conference， Copenhagen， 2001(a) 風(fēng)電機(jī)組剛達(dá)到切入風(fēng)速時(shí)(b) 風(fēng)電機(jī)組額定運(yùn)行時(shí) 圖 7 風(fēng)電場接入方案Fig. 7 Scheme 2 of wind farm integration 低到一定范圍的母線，從而簡單地劃分出系統(tǒng)中各母線對(duì)風(fēng)電機(jī)組的影響程度。 對(duì)風(fēng)電機(jī)組 LVRT 能力的具體要求與系統(tǒng)電氣接線和風(fēng)電場接入方案密切相關(guān)。 在某些系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和風(fēng)電場接入方案下需要嚴(yán)格要求風(fēng)電機(jī)組的 LVRT 電壓限值； 而在另外一些情況下可以提高風(fēng)電機(jī)組 LVRT 的電壓限值，以便降低工程成本， 吸引風(fēng)電場投資商。本文僅對(duì)孤立電網(wǎng)接入風(fēng)電場時(shí)的情況進(jìn)行了分析研究，下一步將著重