直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)低電壓穿越技術(shù)

摘要：為提高直驅(qū)式變速恒頻風(fēng)電系統(tǒng)的故障穿越能力，采用直流側(cè)過壓保護(hù)Crowbar電路，使電網(wǎng)電壓跌落時(shí)風(fēng)機(jī)能夠正常運(yùn)行，故障消除后系統(tǒng)能快速恢復(fù)至額定輸出。在電壓跌落期間，控制網(wǎng)側(cè)變流器發(fā)出無功功率，即運(yùn)行STATCOM模式，快速向電網(wǎng)提供無功功率，穩(wěn)定電網(wǎng)電壓，幫助電網(wǎng)電壓快速恢復(fù)。據(jù)此提出基于Crowbar卸荷電路和STATCOM運(yùn)行策略的直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的低電壓穿越(LVRT)方案，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電；低電壓穿越；保護(hù)電路

1 引言
隨著風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)裝機(jī)容量的增加，電網(wǎng)對風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)提出了新的要求，即LVRT能力。由于直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)無需高速齒輪組，其運(yùn)行效率高，對電網(wǎng)沖擊小，因此引起了國內(nèi)外的廣泛關(guān)注。尤其是發(fā)電機(jī)通過全功率整流器與電網(wǎng)隔離，故應(yīng)對電網(wǎng)故障的能力更強(qiáng)，與DFIG風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)相比，更容易實(shí)現(xiàn)LVRT。

2 原理與設(shè)計(jì)
直驅(qū)系統(tǒng)在電壓跌落期間實(shí)現(xiàn)其故障穿越，可通過以下兩方面完成：①在直流側(cè)增加Crowbar電路，即直流電壓斬波電路。電壓跌落期間，變流器的輸出電流會迅速增大，當(dāng)增加到變流器的限流閾值時(shí)，其功率輸出達(dá)到極限，此時(shí)輸出功率將小于輸入功率，直流母線電壓將會升高。該方法可匹配變流器無法輸出的那部分功率，從而維持功率守恒，限制直流母線電壓的增加；②在電壓跌落期間，控制網(wǎng)側(cè)變流器發(fā)出無功功率即運(yùn)行STATCOM模式，快速向電網(wǎng)提供無功功率，穩(wěn)定電網(wǎng)電壓，幫助電網(wǎng)電壓快速恢復(fù)。
典型的直流電壓Crowbar電路如圖1所示。該電路實(shí)現(xiàn)電阻變換模塊的原理是：在保持直流電壓恒定的條件下，調(diào)節(jié)開關(guān)的占空比，實(shí)現(xiàn)不同的功率輸出，等效于直流側(cè)的一個(gè)可變電阻。

控制網(wǎng)側(cè)變流器運(yùn)行STATCOM模式的核心問題是在變流器功率等級一定的條件下如何分配有、無功的電流指令。變流器輸出功率不僅受網(wǎng)側(cè)電壓的限制，而且受變流器輸出最大電流Ismax的限制。設(shè)，id，iq分別為有、無功電流。無功指令可根據(jù)電壓跌落的程度向電網(wǎng)輸出不同的無功功率，跌落越嚴(yán)重，變流器提供的無功越大，從而幫助電網(wǎng)快速恢復(fù)。圖2提供了一種帶有Crowbar保護(hù)的STATCOM運(yùn)行控制算法。