新能源發(fā)電技術(shù) 課件 第七章-新能源發(fā)電的故障穿越技術(shù)

新能源發(fā)電的故障穿越技術(shù)第七章新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電技術(shù)的故障穿越技術(shù)?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院本章內(nèi)容：新能源發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)規(guī)范電網(wǎng)電壓故障下新能源發(fā)電設(shè)備的暫態(tài)數(shù)學(xué)模型網(wǎng)側(cè)變流器的低電壓穿越技術(shù)雙饋風(fēng)機(jī)的低電壓穿越技術(shù)換相失敗引發(fā)的送端電網(wǎng)電壓故障

第七章新能源發(fā)電技術(shù)的故障穿越技術(shù)?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院7.1能源發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)規(guī)范頻率故障穿越要求新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電技術(shù)的故障穿越技術(shù)電力系統(tǒng)的頻率變化是受到電網(wǎng)的有功功率平衡決定的，當(dāng)發(fā)電量大于負(fù)荷時(shí)電網(wǎng)頻率會(huì)升高，當(dāng)發(fā)電量小于負(fù)荷時(shí)電網(wǎng)頻率會(huì)下降。因此根據(jù)電網(wǎng)頻率實(shí)時(shí)調(diào)整新能源機(jī)組有功輸出。48.5-50.5Hz要求風(fēng)電機(jī)組維持正常工作狀態(tài)48-48.5Hz、47.5-48Hz、47-47.5Hz或46.5-47Hz分別要求風(fēng)電機(jī)組維持30分鐘、60秒、20秒或5秒的持續(xù)運(yùn)行低于46.5Hz具體運(yùn)行要求需根據(jù)其允許運(yùn)行最低頻率而定處于50.5-51Hz或51-51.5Hz分別要求風(fēng)電機(jī)組維持3分鐘或30秒的持續(xù)運(yùn)行高于51.5Hz具體運(yùn)行要求需根據(jù)其允許運(yùn)行最高頻率而定《GB/T19963-2021風(fēng)電場接入電力系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定》?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院7.1能源發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)規(guī)范電壓故障穿越要求新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電技術(shù)的故障穿越技術(shù)國家電網(wǎng)電壓驟降電網(wǎng)電壓驟升剩余電壓(p.u.)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)間(s)剩余電壓(p.u.)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)間(s)丹麥0.20.51.30.1澳大利亞00.11.30.06德國00.151.20.1西班牙00.151.30.25加拿大00.15——愛爾蘭0.150.625——新西蘭00.2——英國0.150.14——美國0.150.6251.21中國0.20.6251.30.5電力系統(tǒng)的電壓變化是受到電網(wǎng)的無功功率平衡決定的。無功過多時(shí)電網(wǎng)電壓會(huì)升高，無功不足時(shí)電網(wǎng)電壓會(huì)降低。各國并網(wǎng)導(dǎo)則和標(biāo)準(zhǔn)均要求風(fēng)電機(jī)組能夠在一定的電壓波動(dòng)范圍內(nèi)正常運(yùn)行。?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院7.1能源發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)規(guī)范新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電技術(shù)的故障穿越技術(shù)以高電壓穿越為例：自并網(wǎng)點(diǎn)電壓升高出現(xiàn)的時(shí)刻起，風(fēng)電場動(dòng)態(tài)無功電流上升時(shí)間不大于40ms；自并網(wǎng)點(diǎn)電壓恢復(fù)至標(biāo)稱電壓110%以下的時(shí)刻起，風(fēng)電場應(yīng)在40ms內(nèi)退出主動(dòng)提供的動(dòng)態(tài)無功電流增量。電壓故障穿越要求新能源發(fā)電設(shè)備發(fā)出的有功功率與網(wǎng)側(cè)變流器輸出的有功功率相等（Ps=Pg）時(shí)網(wǎng)側(cè)變流器的直流母線電壓可以保持恒定。當(dāng)Ps>Pg時(shí)，網(wǎng)側(cè)變流器直流母線電壓會(huì)升高.?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院7.2電壓故障下新能源設(shè)備暫態(tài)數(shù)學(xué)模型網(wǎng)側(cè)變流器暫態(tài)數(shù)學(xué)模型新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電技術(shù)的故障穿越技術(shù)新能源發(fā)電設(shè)備可以是儲(chǔ)能電池、光伏發(fā)電板、風(fēng)力發(fā)電機(jī)接機(jī)側(cè)變流器等多種形式。流經(jīng)直流母線電容的電流電容電流方程能量關(guān)系?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院7.2電壓故障下新能源設(shè)備暫態(tài)數(shù)學(xué)模型雙饋風(fēng)機(jī)暫態(tài)數(shù)學(xué)模型新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電技術(shù)的故障穿越技術(shù)假設(shè)t=tf時(shí)刻，電網(wǎng)發(fā)生三相對(duì)稱電壓故障，忽略機(jī)端電壓相位跳變，短路前、后同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的機(jī)端電壓矢量us為故障前后的定子磁鏈ψs為Us0、φ：機(jī)端電壓穩(wěn)態(tài)運(yùn)行幅值和初始相角K：電網(wǎng)電壓發(fā)生故障后機(jī)端電壓幅值變化比例Us0：穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的機(jī)端電壓矢量Ω1：同步角速度τ1=jω1+Rs/Ls：定子暫態(tài)磁鏈的衰減時(shí)間常數(shù)?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院7.2電壓故障下新能源設(shè)備暫態(tài)數(shù)學(xué)模型雙饋風(fēng)機(jī)暫態(tài)數(shù)學(xué)模型新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電技術(shù)的故障穿越技術(shù)在故障發(fā)生后，定子磁鏈包含一個(gè)由

主導(dǎo)的周期交流成分和一個(gè)由

主導(dǎo)的衰減直流成分。為了補(bǔ)償機(jī)端電壓瞬間變化造成的定子磁鏈變化，定子繞組中感應(yīng)出暫態(tài)直流磁鏈分量暫態(tài)分量的最大值和機(jī)端電壓變化量的大小和故障時(shí)刻有關(guān)定子磁鏈動(dòng)態(tài)表現(xiàn)為弱阻尼模式，衰減持續(xù)時(shí)間通常較長隨著暫態(tài)磁鏈衰減為零，定子磁鏈將穩(wěn)定于新的穩(wěn)態(tài)值電網(wǎng)電壓跌落50%

電網(wǎng)電壓驟升30%

?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院7.2電壓故障下新能源設(shè)備暫態(tài)數(shù)學(xué)模型雙饋風(fēng)機(jī)暫態(tài)數(shù)學(xué)模型新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電技術(shù)的故障穿越技術(shù)轉(zhuǎn)子磁鏈ψr和轉(zhuǎn)子電壓ur為轉(zhuǎn)子側(cè)的電壓平衡方程為反電動(dòng)勢e表示定子磁鏈動(dòng)態(tài)對(duì)轉(zhuǎn)子電流的影響ur為轉(zhuǎn)子側(cè)變流器交流輸出的等效電壓矢量，反映轉(zhuǎn)子側(cè)變流器控制性能對(duì)轉(zhuǎn)子電流的影響轉(zhuǎn)子電流的變化由定子磁鏈以及轉(zhuǎn)子側(cè)變流器共同決定?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院7.2電壓故障下新能源設(shè)備暫態(tài)數(shù)學(xué)模型雙饋風(fēng)機(jī)暫態(tài)數(shù)學(xué)模型新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電技術(shù)的故障穿越技術(shù)將反電勢變化為機(jī)端電壓的函數(shù)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，DFIG的反電勢保持恒定電網(wǎng)電壓故障后，在定子磁鏈暫態(tài)直流分量的作用下，反電勢中感生出暫態(tài)直流分量定子磁鏈暫態(tài)直流分量的大小和機(jī)端電壓變化量和故障時(shí)刻有關(guān)，而反電勢除了上述因素外還與DFIG的滑差率有關(guān)S：感應(yīng)發(fā)電機(jī)滑差率，s=(ω1-ωr)/ω1Ωr：轉(zhuǎn)子電角速度Ep：反電動(dòng)的周期分量，ep=sLmkus0/LsEd：反電勢的暫態(tài)直流分量初始量，ed=(s-1)(1-k)Lmus0/Ls?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院7.2電壓故障下新能源設(shè)備暫態(tài)數(shù)學(xué)模型雙饋風(fēng)機(jī)暫態(tài)數(shù)學(xué)模型新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電技術(shù)的故障穿越技術(shù)將反電勢變化為機(jī)端電壓的函數(shù)S：感應(yīng)發(fā)電機(jī)滑差率，s=(ω1-ωr)/ω1Ωr：轉(zhuǎn)子電角速度Ep：反電動(dòng)的周期分量，ep=sLmkus0/LsEd：反電勢的暫態(tài)直流分量初始量，ed=(s-1)(1-k)Lmus0/Ls反電勢的周期分量與滑差率成正比，考慮到DFIG的滑差率通常來說不會(huì)超過0.3，周期反電勢一般較小。暫態(tài)直流反電勢的幅值與(s-1)成正比，其值可能遠(yuǎn)大于周期反電勢。?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院7.2電壓故障下新能源設(shè)備暫態(tài)數(shù)學(xué)模型雙饋風(fēng)機(jī)暫態(tài)數(shù)學(xué)模型新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電技術(shù)的故障穿越技術(shù)假設(shè)變流器容量足夠大，DFIG轉(zhuǎn)子側(cè)的保護(hù)未動(dòng)作。轉(zhuǎn)子電壓的大小由轉(zhuǎn)子側(cè)變流器的控制決定，DFIG轉(zhuǎn)子側(cè)變流器控制采用定子磁鏈定向矢量控制技術(shù)。轉(zhuǎn)子側(cè)變流器的電流內(nèi)環(huán)控制回路，其控制方程為?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院7.2電壓故障下新能源設(shè)備暫態(tài)數(shù)學(xué)模型雙饋風(fēng)機(jī)暫態(tài)數(shù)學(xué)模型新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電技術(shù)的故障穿越技術(shù)假設(shè)電流控制回路閉環(huán)帶寬足夠大，變流器交流側(cè)電壓能無差地跟蹤參考值，忽略開關(guān)暫態(tài)特性，電網(wǎng)電壓故障下的轉(zhuǎn)子電壓ur為由于采用定子磁鏈定向控制，轉(zhuǎn)子電流參考值為考慮定子磁鏈與變流器控制系統(tǒng)對(duì)轉(zhuǎn)子電流的影響，電網(wǎng)電壓故障后的轉(zhuǎn)子電流動(dòng)態(tài)方程為式中，μ=(Rr+krip)/σLr；λ=krii/σLr?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院7.2電壓故障下新能源設(shè)備暫態(tài)數(shù)學(xué)模型雙饋風(fēng)機(jī)暫態(tài)數(shù)學(xué)模型新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電技術(shù)的故障穿越技術(shù)電網(wǎng)電壓故障下DFIG的轉(zhuǎn)子回路為2階動(dòng)態(tài)電路，求解微分方程可得電網(wǎng)電壓故障下DFIG的轉(zhuǎn)子電流為其中的irn為轉(zhuǎn)子電流的自然分量，與轉(zhuǎn)子正常運(yùn)行的電流ir0有關(guān)，具體為式中，Ps0為DFIG穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的功率

irf1為轉(zhuǎn)子電流對(duì)轉(zhuǎn)子電流指令的響應(yīng)，irf2為轉(zhuǎn)子電流對(duì)暫態(tài)直流反電勢的響應(yīng)，具體為?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院7.2電壓故障下新能源設(shè)備暫態(tài)數(shù)學(xué)模型雙饋風(fēng)機(jī)暫態(tài)數(shù)學(xué)模型新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電技術(shù)的故障穿越技術(shù)電網(wǎng)發(fā)生對(duì)稱電壓故障時(shí)轉(zhuǎn)子三相電流在三相靜止坐標(biāo)系中表示為在轉(zhuǎn)子側(cè)變流器可控條件下，DFIG的轉(zhuǎn)子電流包含周期分量和暫態(tài)直流分量電網(wǎng)對(duì)稱短路時(shí)的轉(zhuǎn)子電流相當(dāng)于在轉(zhuǎn)子電流基頻參考值上疊加了2個(gè)暫態(tài)分量?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院7.2電壓故障下新能源設(shè)備暫態(tài)數(shù)學(xué)模型雙饋風(fēng)機(jī)暫態(tài)數(shù)學(xué)模型新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電技術(shù)的故障穿越技術(shù)電網(wǎng)對(duì)稱短路時(shí)的轉(zhuǎn)子電流相當(dāng)于在轉(zhuǎn)子電流基頻參考值上疊加了2個(gè)暫態(tài)分量，自然分量和暫態(tài)直流分量。自然分量暫態(tài)直流分量變流器參數(shù)目標(biāo)轉(zhuǎn)子電流暫態(tài)直流反電勢目標(biāo)轉(zhuǎn)子電流機(jī)端電壓變化量風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)子側(cè)變流器控制參數(shù)電網(wǎng)電壓跌落50%電網(wǎng)電壓驟升30%?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院7.3網(wǎng)側(cè)變流器的低電壓穿越技術(shù)Chopper電路新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電技術(shù)的故障穿越技術(shù)為了實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)電壓跌落故障下的網(wǎng)側(cè)變流器中的直流側(cè)過電壓實(shí)現(xiàn)有效抑制，直流斬波器（Chopper）是一種廣泛采用的低電壓穿越技術(shù)。直流母線電容的功率平衡方程為若Chopper動(dòng)作后，直流電壓不超過直流側(cè)電壓最大允許值，則卸荷電阻RL的值應(yīng)滿足Udcmax：直流側(cè)允許最大電壓值?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院7.3網(wǎng)側(cè)變流器的低電壓穿越技術(shù)新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電技術(shù)的故障穿越技術(shù)依據(jù)經(jīng)驗(yàn)綜合考慮各種因素，卸荷電阻的理論范圍為Chopper電路除了通過開關(guān)管直接連接卸荷電阻的形式，還有一些改進(jìn)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：直流降壓式變換電路（Buck電路）在風(fēng)機(jī)中加裝機(jī)側(cè)變頻器Chopper電路?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院7.3網(wǎng)側(cè)變流器的低電壓穿越技術(shù)直流儲(chǔ)能單元新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電技術(shù)的故障穿越技術(shù)直流儲(chǔ)能單元采用儲(chǔ)能系統(tǒng)將多余的能量儲(chǔ)存起來，在實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)變流器的低電壓穿越的同時(shí)避免了能量的浪費(fèi)。超級(jí)電容儲(chǔ)能系統(tǒng)（supercapacitorenergystoragesystem，SC_ESS）由超級(jí)電容器組和雙向Buck/Boost變換器構(gòu)成，Lsc為雙向Buck/Boost變換器濾波電感。超級(jí)電容儲(chǔ)能的直流儲(chǔ)能單元拓?fù)渲绷鲀?chǔ)能單元飛輪儲(chǔ)能超級(jí)電容儲(chǔ)能電池儲(chǔ)能超導(dǎo)儲(chǔ)能?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院7.3網(wǎng)側(cè)變流器的低電壓穿越技術(shù)直流儲(chǔ)能單元新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電技術(shù)的故障穿越技術(shù)SC_ESS在低電壓故障下的控制分為三個(gè)階段。故障開始后又切除直至Ps=Pg的時(shí)刻，直流母線給超級(jí)電容充電，在Ps=Pg時(shí)刻超級(jí)電容端電壓達(dá)到最大值。Ps<Pg，直至超級(jí)電容端電壓下降到設(shè)定切除值，網(wǎng)側(cè)輸出有功功率的能力大于新能源發(fā)電設(shè)備注入的功率，超級(jí)電容按設(shè)定功率或者恒定電流進(jìn)行放電，將LVRT過程中存儲(chǔ)的能量注入電網(wǎng)，保證超級(jí)電容在每次LVRT后的一定時(shí)間內(nèi)恢復(fù)到初始狀態(tài)。SC_ESS停止工作。隨著SC_ESS完成能量輸出，各個(gè)變流器環(huán)節(jié)恢復(fù)正常工作。?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院7.3網(wǎng)側(cè)變流器的低電壓穿越技術(shù)動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電技術(shù)的故障穿越技術(shù)動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器(dynamicvoltagerestorer，DVR)是一種具有很好動(dòng)態(tài)性能的串聯(lián)型電能質(zhì)量控制器。當(dāng)電網(wǎng)電壓發(fā)生跌落時(shí)，動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器能夠在幾個(gè)毫秒內(nèi)向電網(wǎng)注入一個(gè)幅值、相位可控的串聯(lián)補(bǔ)償電壓，從而確保負(fù)荷側(cè)電壓與故障前的電壓一致。?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院7.3網(wǎng)側(cè)變流器的低電壓穿越技術(shù)動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電技術(shù)的故障穿越技術(shù)DVR電壓控制的主要目的是維持負(fù)荷電壓的穩(wěn)定。通常采用電壓反饋控制，將負(fù)荷側(cè)電壓或者DVR輸出電壓作為反饋信號(hào)，保證響應(yīng)速度的同時(shí)使所控制的機(jī)端電壓準(zhǔn)確跟蹤參考指令。電壓反饋采用傳統(tǒng)的PI控制器，控制器的傳遞函數(shù)為動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器的電壓反饋控制框圖為?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院7.4雙饋風(fēng)機(jī)的低電壓穿越技術(shù)Crowbar電路新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電技術(shù)的故障穿越技術(shù)抑制雙饋風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子過電流的最常用方法是采用撬棒（Crowbar）保護(hù)電路，通過在雙饋風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)加裝Crowbar電路來短接雙饋風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組、旁路轉(zhuǎn)子側(cè)變流器，為轉(zhuǎn)子暫態(tài)電流提供回路。其中二極管橋型Crowbar由于其控制簡單、成本低等特點(diǎn)，而成為主流的Crowbar電路拓?fù)?。所用開關(guān)器件類型反并聯(lián)晶閘管帶旁路電阻型被動(dòng)式主動(dòng)式二極管橋型全控橋型?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院7.4雙饋風(fēng)機(jī)的低電壓穿越技術(shù)勵(lì)磁強(qiáng)化措施新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電技術(shù)的故障穿越技術(shù)勵(lì)磁強(qiáng)化措施的基本思路是在雙饋風(fēng)機(jī)的低電壓穿越過程中重新設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)子電流指令，使之具有抵消雙饋電機(jī)定子磁鏈暫態(tài)分量與負(fù)序分量的能力。這種“主動(dòng)消磁”的控制策略可以衰減暫態(tài)磁鏈、抵消負(fù)序磁鏈，從而降低電網(wǎng)電壓驟變瞬間雙饋電機(jī)產(chǎn)生的過電流效應(yīng)。基本不改變傳統(tǒng)矢量控制結(jié)構(gòu)，僅在前向通道添加電壓或電流補(bǔ)償項(xiàng)。加入前饋補(bǔ)償“滅磁”控制虛擬阻尼技術(shù)采用比例反饋校正的方式增加轉(zhuǎn)子側(cè)的等效電阻，從而抑制低電壓穿越過程中雙饋風(fēng)機(jī)磁鏈和電流的振蕩。重新設(shè)計(jì)故障條件下轉(zhuǎn)子電流參考值，使之產(chǎn)生出與定子磁鏈暫態(tài)直流分量反相位的轉(zhuǎn)子電流空間矢量及其相應(yīng)漏磁場分量，以加速定子磁鏈暫態(tài)直流分量的衰減。?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院7.4雙饋風(fēng)機(jī)的低電壓穿越技術(shù)勵(lì)磁強(qiáng)化措施新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電技術(shù)的故障穿越技術(shù)與傳統(tǒng)的控制方案相比，加入前饋補(bǔ)償?shù)乃悸敷w現(xiàn)在原來控制器基礎(chǔ)上再加上計(jì)及定子勵(lì)磁電流變化的補(bǔ)償量，以此對(duì)解耦電路作了必要的修正。優(yōu)點(diǎn)：不改變傳統(tǒng)矢量控制結(jié)構(gòu)，易于移植和工程化不足：控制效果依賴變流器容量，只能應(yīng)對(duì)輕度的對(duì)稱電壓跌落故障加入前饋補(bǔ)償?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院7.4雙饋風(fēng)機(jī)的低電壓穿越技術(shù)勵(lì)磁強(qiáng)化措施新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電技術(shù)的故障穿越技術(shù)考慮雙饋風(fēng)機(jī)中的互感遠(yuǎn)大于定轉(zhuǎn)子的漏感值，電網(wǎng)電壓故障下的轉(zhuǎn)子電流可以近似表示為為了降低DFIG中的轉(zhuǎn)子電流，可以將轉(zhuǎn)子磁鏈控制為定子磁鏈的減小部分。這樣，故障轉(zhuǎn)子電流可以得到有效抑制。基于上述分析，提出了一種基于磁鏈跟蹤的LVRT控制策略?！皽绱拧笨刂苾?yōu)點(diǎn)：可以加速磁鏈衰減，顯著降低電磁轉(zhuǎn)矩波動(dòng)不足：要求利用轉(zhuǎn)子側(cè)變流器的電壓容量產(chǎn)生出抵消定子磁鏈暫態(tài)分量的轉(zhuǎn)子電流，控制效果同樣受到轉(zhuǎn)子側(cè)變流器的容量限制?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院7.4雙饋風(fēng)機(jī)的低電壓穿越技術(shù)勵(lì)磁強(qiáng)化措施新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電技術(shù)的故障穿越技術(shù)P為比例控制環(huán)節(jié)，轉(zhuǎn)子側(cè)電壓的參考值的計(jì)算傳遞函數(shù)為“滅磁”控制urdc和urqc分別為轉(zhuǎn)子電壓的增益分量，具體為?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院7.4雙饋風(fēng)機(jī)的低電壓穿越技術(shù)勵(lì)磁強(qiáng)化措施新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電技術(shù)的故障穿越技術(shù)為加快電流調(diào)節(jié)器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)實(shí)現(xiàn)對(duì)故障瞬間電流的有效控制，基于反饋校正理論將虛擬阻尼技術(shù)引入雙饋風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)子側(cè)變流器控制中。虛擬阻尼技術(shù)C(s)：電流調(diào)節(jié)器傳遞函G(s)：轉(zhuǎn)子側(cè)變流器電流閉環(huán)被控對(duì)象的傳遞函數(shù)H(s)：轉(zhuǎn)子電流反饋環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)。電流調(diào)節(jié)器采用PI控制，其傳遞函數(shù)為轉(zhuǎn)子側(cè)變流器電流閉環(huán)被控對(duì)象的傳遞函數(shù)G(s)為優(yōu)點(diǎn)：有效降低對(duì)轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢對(duì)系統(tǒng)的低頻擾動(dòng)不足：同樣受到雙饋?zhàn)兞髌魅萘康南拗?，在發(fā)生更為嚴(yán)重的電網(wǎng)故障時(shí)無法有效實(shí)現(xiàn)穿越運(yùn)行，需采用額外的硬件保護(hù)措施。?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院7.4雙饋風(fēng)機(jī)的低電壓穿越技術(shù)勵(lì)磁強(qiáng)化措施新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電技術(shù)的故障穿越技術(shù)虛擬阻尼技術(shù)轉(zhuǎn)子電流反饋環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)H(s)為此時(shí)，電流閉環(huán)被控對(duì)象傳遞函數(shù)可表示為采用比例反饋校正后，等效電阻Ra的串入相當(dāng)于增加了DFIG轉(zhuǎn)子側(cè)等效電阻，等效電阻Ra并不實(shí)際存在于轉(zhuǎn)子回路中，因此稱為虛擬阻尼。特高壓直流輸電技術(shù)是指±800kV及以上電壓等級(jí)的直流輸電及相關(guān)技術(shù)。特高壓直流輸電的主要特點(diǎn)是輸送容量大、輸電距離遠(yuǎn)，電壓高，可用于電力系統(tǒng)非同步聯(lián)網(wǎng)。?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院7.5換相失敗引發(fā)的送端電網(wǎng)電壓故障新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電技術(shù)的故障穿越技術(shù)隨著能源危機(jī)和環(huán)境問題日趨嚴(yán)峻，以風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電為代表的新能源發(fā)電技術(shù)得到了快速發(fā)展。我國的風(fēng)光能資源分布極為不均勻，資源與負(fù)荷中心的逆向分布導(dǎo)致新能源發(fā)電無法就地消納。特高壓直流（UltraHighVoltageDirectCurrent，UHVDC）輸電技術(shù)是實(shí)現(xiàn)新能源發(fā)電遠(yuǎn)距離傳輸?shù)挠行Х绞健?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院7.5換相失敗引發(fā)的送端電網(wǎng)電壓故障換相失敗引發(fā)的送端電網(wǎng)電壓波動(dòng)機(jī)理新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電技術(shù)的故障穿越技術(shù)換相失?。寒?dāng)兩閥臂之間換相結(jié)束后，若預(yù)計(jì)關(guān)斷的閥在反向電壓作用的一段時(shí)間內(nèi)未能恢復(fù)正向電壓阻斷能力，或在反向電壓作用期間換相過程一直未能進(jìn)行完畢，則在閥電壓由負(fù)變正時(shí)預(yù)計(jì)導(dǎo)通的閥將向預(yù)計(jì)關(guān)斷的閥倒換相。在直流系統(tǒng)中通常用關(guān)斷角γ來描述換向失敗的裕度，當(dāng)γ小于晶閘管恢復(fù)正向電壓阻斷能力所需的最小關(guān)斷角γmin時(shí)會(huì)發(fā)生換相失敗。?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院7.5換相失敗引發(fā)的送端電網(wǎng)電壓故障新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電技術(shù)的故障穿越技術(shù)以閥3對(duì)閥1換相失敗為例，來說明單次換相失敗過程：若閥3觸發(fā)時(shí)換相角較大，閥1在閥電壓過零點(diǎn)后有剩余載流子，則當(dāng)閥電壓由負(fù)轉(zhuǎn)正后，閥1不加觸發(fā)脈沖亦可重新導(dǎo)通，發(fā)生閥3向閥1的倒換相，閥3關(guān)斷。若換相角足夠大，甚至可能在閥1向閥3換相過程尚未完成時(shí)，發(fā)生閥3向閥1倒換相。倒換相結(jié)束后，閥1和閥2繼續(xù)導(dǎo)通，若無故障控制，仍按原定次序觸發(fā)各閥，在閥4導(dǎo)通后，閥4和閥1在直流側(cè)短路，導(dǎo)致直流電壓和功率驟降。換相失敗引發(fā)的送端電網(wǎng)電壓波動(dòng)機(jī)理當(dāng)在受端換流站近區(qū)發(fā)生電網(wǎng)電壓故障時(shí)逆變橋的最小關(guān)斷角會(huì)快速增大，導(dǎo)致LCC-HVDC系統(tǒng)發(fā)生換相失敗故障。?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院7.5換相失敗引發(fā)的送端電網(wǎng)電壓故障新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電技術(shù)的故障穿越技術(shù)以下為典型±800kVLCC-HVDC系統(tǒng)的拓?fù)鋱D，送/受端換流站采用雙十二脈動(dòng)換流橋結(jié)構(gòu)。換相失敗引發(fā)的送端電網(wǎng)電壓波動(dòng)機(jī)理?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院7.5換相失敗引發(fā)的送端電網(wǎng)電壓故障新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電技術(shù)的故障穿越技術(shù)故障期間直流電壓和直流電流快速波動(dòng)送端換流站從送端電網(wǎng)中吸收的無功功率先快速增加后快速減小送端電網(wǎng)中無功補(bǔ)償設(shè)備無法快速投切，導(dǎo)致送端換流站吸收無功功率快速增加時(shí)送端電網(wǎng)會(huì)出現(xiàn)低電壓故障在送端換流站吸收無功功率快速減少時(shí)送端電網(wǎng)則會(huì)出現(xiàn)過電壓故障換相失敗引發(fā)的送端電網(wǎng)電壓波動(dòng)機(jī)理?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院7.5換相失敗引發(fā)的送端電網(wǎng)電壓故障換相失敗下送端電網(wǎng)的新能源發(fā)電設(shè)備數(shù)學(xué)模型新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電技術(shù)的故障穿越技術(shù)網(wǎng)側(cè)濾波器是一個(gè)線性電路，其輸出電流可以通過電源疊加定理進(jìn)行分析。將電網(wǎng)故障下網(wǎng)側(cè)變流器的暫態(tài)響應(yīng)計(jì)算分為三個(gè)狀態(tài)分量：故障發(fā)生前的穩(wěn)態(tài)（狀態(tài)0）電網(wǎng)電壓變化的狀態(tài)（狀態(tài)1）GSC輸出電壓變化的狀態(tài)（狀態(tài)2）網(wǎng)側(cè)變流器數(shù)學(xué)模型?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院7.5換相失敗引發(fā)的送端電網(wǎng)電壓故障新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電技術(shù)的故障穿越技術(shù)在發(fā)生故障前，在dq旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下網(wǎng)側(cè)變流器的電壓電流為網(wǎng)側(cè)變流器數(shù)學(xué)模型—狀態(tài)0Ugd、Ugq、Igd、Igq：在dq軸上的電網(wǎng)電壓分量與輸出到電網(wǎng)的電流分量Uvscd、Uvscq、Ivscd、Ivscq：在dq軸上的網(wǎng)側(cè)變流器的電壓分量與輸出的電流分量IRCd和IRCq：在dq軸上輸出到RC濾波支路的電流分量Ugbase：電網(wǎng)的相電壓幅值Ig：輸出到電網(wǎng)的相電流幅值換相失敗下送端電網(wǎng)的新能源發(fā)電設(shè)備數(shù)學(xué)模型?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院7.5換相失敗引發(fā)的送端電網(wǎng)電壓故障新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電技術(shù)的故障穿越技術(shù)假設(shè)電網(wǎng)發(fā)生故障后，電網(wǎng)電壓幅值的變化量表示為時(shí)間函數(shù)u1g(t)。網(wǎng)側(cè)變流器輸出電流與電網(wǎng)電壓的關(guān)系為網(wǎng)側(cè)變流器數(shù)學(xué)模型—狀態(tài)1在電網(wǎng)電壓定向矢量控制下，在dq旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電網(wǎng)電壓為換相失敗下送端電網(wǎng)的新能源發(fā)電設(shè)備數(shù)學(xué)模型?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院7.5換相失敗引發(fā)的送端電網(wǎng)電壓故障新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電技術(shù)的故障穿越技術(shù)網(wǎng)側(cè)變流器數(shù)學(xué)模型—狀態(tài)1網(wǎng)側(cè)變流器的LC濾波環(huán)節(jié)的數(shù)學(xué)模型為網(wǎng)側(cè)變流器的輸出電流在復(fù)頻域表示為換相失敗下送端電網(wǎng)的新能源發(fā)電設(shè)備數(shù)學(xué)模型?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院7.5換相失敗引發(fā)的送端電網(wǎng)電壓故障新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電技術(shù)的故障穿越技術(shù)網(wǎng)側(cè)變流器數(shù)學(xué)模型—狀態(tài)1濾波器的RC支路電流在復(fù)頻域表示為計(jì)算得到的i1vscd(s)、i1vscq(s)、i1RCd(s)和i1RCq(s)變換到時(shí)域下，狀態(tài)1下網(wǎng)側(cè)變流器的輸出電流為換相失敗下送端電網(wǎng)的新能源發(fā)電設(shè)備數(shù)學(xué)模型?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院7.5換相失敗引發(fā)的送端電網(wǎng)電壓故障新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電技術(shù)的故障穿越技術(shù)網(wǎng)側(cè)變流器數(shù)學(xué)模型—狀態(tài)2濾波器RC支路的電流分量為狀態(tài)2下網(wǎng)側(cè)變流器輸出的電流可表示為濾波器電感Lf上電壓電流的關(guān)系式為換相失敗下送端電網(wǎng)的新能源發(fā)電設(shè)備數(shù)學(xué)模型?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院7.5換相失敗引發(fā)的送端電網(wǎng)電壓故障新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電技術(shù)的故障穿越技術(shù)網(wǎng)側(cè)變流器數(shù)學(xué)模型—狀態(tài)2網(wǎng)側(cè)變流器輸出電壓受電流環(huán)PI調(diào)節(jié)器參數(shù)以及解耦補(bǔ)償項(xiàng)的共同影響，網(wǎng)側(cè)變流器的輸出電壓為根據(jù)電源疊加定理，

igd(t)、

igq(t)、icd(t)和icq(t)為狀態(tài)2下網(wǎng)側(cè)變流器的輸出電壓為換相失敗下送端電網(wǎng)的新能源發(fā)電設(shè)備數(shù)學(xué)模型?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院7.5換相失敗引發(fā)的送端電網(wǎng)電壓故障新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電技術(shù)的故障穿越技術(shù)網(wǎng)側(cè)變流器數(shù)學(xué)模型—狀態(tài)2由此得到狀態(tài)2下的無功電流分量為網(wǎng)側(cè)變流器輸出的有功功率受到變流器容量以及新能源發(fā)電設(shè)備的輸出特性的影響，需根據(jù)具體的設(shè)備情況具體分析。對(duì)i2gq(s)作反拉普拉斯變換，可以得到狀態(tài)2電流時(shí)域解i2gq(t)。網(wǎng)側(cè)變流器輸出到電網(wǎng)的暫態(tài)無功功率為換相失敗下送端電網(wǎng)的新能源發(fā)電設(shè)備數(shù)學(xué)模型?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院7.5換相失敗引發(fā)的送端電網(wǎng)電壓故障新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電技術(shù)的故障穿越技術(shù)下圖所示為雙饋風(fēng)機(jī)的T型等效電路圖?？紤]到雙饋風(fēng)機(jī)也是線性電路，可以根據(jù)電源疊加定理將DFIG的暫態(tài)電流響應(yīng)劃分為三個(gè)狀態(tài)分量：故障發(fā)生前的穩(wěn)狀（狀態(tài)0）定子電壓變化的狀態(tài)（狀態(tài)1）轉(zhuǎn)子電壓變化的狀態(tài)（狀態(tài)2）雙饋風(fēng)機(jī)數(shù)學(xué)模型換相失敗下送端電網(wǎng)的新能源發(fā)電設(shè)備數(shù)學(xué)模型?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院7.5換相失敗引發(fā)的送端電網(wǎng)電壓故障新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電技術(shù)的故障穿越技術(shù)在發(fā)生故障前，在dq