双馈风电系统低电压故障保护方法的研究
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Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｄｏｕｂｌｅ ｆｅｄ ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ（ＤＦＩＧ）；Ｌｏｗ ｖｏｌｔａｇｅ ｒｉｄｅ－ｔｈｒｏｕｇｈ（ＬＶＲＴ）；ｓｅｒｉｅｓ ｄｙｎａｍｉｃ ｂｒａｋｉｎｇ ｒｅｓｉｓｔｏｒ（ＳＤＢＲ）；ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｔｒａｔｅｇｙ；ｒｅａｃｔｉｖｅ ｐｏｗｅｒ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ
关键词：双馈风电系统；低 电压穿越；串联动态制动电阻 （ＳＤＢＲ）；控制策略；无功补偿
Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｔｈｅ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ Ｍ ｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｗ ｉｎｄ Ｔｕｒｂｉｎｅ ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｄｏｕｂｌｅ Ｆｅｄ Ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ Ｇ ｅｎｅｒａｔｏｒ ｉｎ Ｌｏｗ Ｖｏｌｔａｇｅｓ
ｃｏｍｐｕｔｅｒ ａｉｄｅｄ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｔｒａｎｓｉｅｎｔ ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ（ＰＳＣＡＤ／ＥＭＴＤＣ）ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ＳＤＢＲ ｃａｎ
ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｈｅｌｐ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｔｅｒｍｉｎａｌ ｖｏｌｔａｇｅ ｏｆ Ｄ ＦＩＧ ａｎｄ ｌｉｍｉｔ ｔｈｅ ｏｖｅｒ—ｃｕｒｒｅｎｔ ｏｆ ｓｔａｔｏｒ／ｒｏｔｏｒ ａｎｄ ｔｈｅ ｏｖｅｒ—ｖｏｌｔａｇｅ ｏｆ ＤＣ ｂｕｓ，ｗ ｈｉｃｈ ｃａｎ ｉｍ ｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｔｒａｎｓｉｅｎｔ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ＤＦＩＧ ｉｎ ｔｈｒｅｅ—ｐｈａｓｅ ｆａｕｌｔ．Ｉｔ ａｌｓｏ ｐｒｏｖｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ＳＤＢＲ ｇｕａｒａｎｔｅｅｓ ｔｈｅ ｓｔａｂｌｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｗｉｎｄ ｐｏｗｅｒ ｓｙｓｔｅｍ ．
于 自身结 构 的特 点 ，ＤＦＩＧ 对 电网故障 尤其敏感 电网 发 生故 障 时，定 子 电压 的突变 引起 定子磁 链振 荡 ， 定 子 电流随之 增 大 。由于定 子与转 子 的耦 合关 系 ， 会 引起 转子 电流 的增大 。过大 的转 子 电流 流过直 流 母 线会 导致直 流 母线 电压升 高 。因此 ， 电网故 障时 对 ＤＦＩＧ 保 护方法 的研 究是十分 有 必要 的 ，以保证 风 电机 组在 电压 跌落 时能够保 持不脱 网运行 ｌｌ。】。
Ａｂｓｔｒａｃｔ Ａ ｎｅｗ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｉｎｓｅｒｔｓ ｓｅｒｉｅｓ ｄｙｎａｍｉｃ ｂｒａｋｉｎｇ．ｒｅｓｉｓｔｏｒ（ＳＤＢＲ）ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｔｈｅ
ＳＤＢＲ ｄｉｓｓｉｐａｔｅｓ ｔｈｅ ｏｖｅｒ—ａｃｔｉｖｅ ｐｏｗｅｒ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｖｏｌｔａｇｅ ｄｒｏｐ ｔｏ ｅｎｓｕｒｅ ｕｎｉｎｔｅｒｒｕｐｔｅｄ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｄ ＦＩＧ．Ｔｈｅ ｔｒａｎｓｉｅｎｔ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ＤＦＩＧ ｗ ａｓ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅ ｓｗ ｉｔｃｈｉｎｇ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｔｒａｔｅｇｙ ｏｆ ＳＤＢＲ ｖｉａ ｂｕｓ
随着 风力 发 电装 机容 量在 电网中所 占比例不 断 提高 ， 电网发 生故 障时大 规模 风 电机组 脱 网将会严 重影 响 电力系统 的稳定 性【１】。ＤＦＩＧ 的定子直 接 与 电 网相连 ，转 子通 过双 ＰＷＭ 变流 器与 电网相 连 。转 子侧 变流 器实现 对 有功 功率和 无功 功率 的控 制 ，为 发 电机提 供励磁 。另外 ，转子 变流 器可 以把 风速 波 动或 阵风 产生 的功 率波 动转 化成风 轮 的动 能，再 平 滑地 转换 为 电能注 入 电网 ，降低 了对 齿轮箱 的冲 击 和注 入 电 网的闪变 ，提wk.baidu.com高风 电机组 的 出力效 应 。 由
Ｚｈａｎｇ Ｍ ｅｉｌ ＬｉＸ ｉａｎｙｕｎ２ ３ｉ Ｔｏｎｇｚｈｏｕｉ Ｗａｎｇ Ｓｈｕｚｈｅｎｇ２
（１．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌ＆Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎａｎｊｉｎｇ Ｎｏｒｍａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１００４２； ２．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎａｎｊｉｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１１１６７）
ｖｏｌｔａｇｅ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｄｏｍａｉｎ ｗａｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ Ｌｏｗ Ｖｏｌｔａｇｅ ｆａｕｌｔ ｔｈｒｏｕｇｈ（ＬＶＲＴ）ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ
ｆｏｒ ｒｅａｃｔｉｖｅ ｐｏｗ ｅｒ，ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｒｅａｃｔｉｖｅ ｐｏｗｅｒ ｗａｓ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ．Ｔｈｅ ｓｉｍ ｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔ ｉｎ ｐｏｗｅｒ ｓｙｓｔｅｍ
研 究 与 开 发
双馈风 电系统 低 电压 故 障保 护方法 的研 究
张 梅 李先允 ２ 吉 同舟 王 书征 ２
（１．南 京师 范大学 电气 与 自动化学 院 ，南京 ２１００４２； ２．南京工程学院电力工程学院，南京 ２１１１６７）
摘要 提 出一种 基 于 串联 动态制 动 电阻 （ＳＤＢＲ）的低 电压 主 动保 护 方法 ，在 电网故障 时吸收 由于 电 网电压 跌 落引起 的不平 衡功 率，保 证故障 期 间双馈 风 电机 组 不脱 网运行 。分 析 ＳＤＢＲ对 ＤＦＩＧ 的暂 态影响 ，提 出 ＳＤＢＲ 的投切控 制策 略 。根据低 电压 穿越 （ＬＶＲＴ）规 范对 无功功 率的 要求 ，研 究转子侧 变流器 无功 补偿 控制方 式 。利 用 ＰＳＣＡＤ／ＥＭＴＤＣ仿 真平 台，建 立基 于 ＳＤＢＲ 的双馈风 电 系 统仿 真模 型 ，对 三相 对称 故 障 时 ＤＦＩＧ 的低 电压 穿越 能力进 行仿 真研 究。仿真 结果表 明， 串联 动 态制 动 电阻能够 有 效 的抑 制定 、转子 过 电流 ， 限制直流 母 线过 电压 ，从 而提 高 ＤＦＩＧ 的低 电压 穿越 能力 ，保 证风 电系 统的不 脱 网运 行 。
关键词：双馈风电系统；低 电压穿越；串联动态制动电阻 （ＳＤＢＲ）；控制策略；无功补偿
Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｔｈｅ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ Ｍ ｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｗ ｉｎｄ Ｔｕｒｂｉｎｅ ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｄｏｕｂｌｅ Ｆｅｄ Ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ Ｇ ｅｎｅｒａｔｏｒ ｉｎ Ｌｏｗ Ｖｏｌｔａｇｅｓ
ｃｏｍｐｕｔｅｒ ａｉｄｅｄ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｔｒａｎｓｉｅｎｔ ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ（ＰＳＣＡＤ／ＥＭＴＤＣ）ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ＳＤＢＲ ｃａｎ
ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｈｅｌｐ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｔｅｒｍｉｎａｌ ｖｏｌｔａｇｅ ｏｆ Ｄ ＦＩＧ ａｎｄ ｌｉｍｉｔ ｔｈｅ ｏｖｅｒ—ｃｕｒｒｅｎｔ ｏｆ ｓｔａｔｏｒ／ｒｏｔｏｒ ａｎｄ ｔｈｅ ｏｖｅｒ—ｖｏｌｔａｇｅ ｏｆ ＤＣ ｂｕｓ，ｗ ｈｉｃｈ ｃａｎ ｉｍ ｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｔｒａｎｓｉｅｎｔ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ＤＦＩＧ ｉｎ ｔｈｒｅｅ—ｐｈａｓｅ ｆａｕｌｔ．Ｉｔ ａｌｓｏ ｐｒｏｖｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ＳＤＢＲ ｇｕａｒａｎｔｅｅｓ ｔｈｅ ｓｔａｂｌｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｗｉｎｄ ｐｏｗｅｒ ｓｙｓｔｅｍ ．
于 自身结 构 的特 点 ，ＤＦＩＧ 对 电网故障 尤其敏感 电网 发 生故 障 时，定 子 电压 的突变 引起 定子磁 链振 荡 ， 定 子 电流随之 增 大 。由于定 子与转 子 的耦 合关 系 ， 会 引起 转子 电流 的增大 。过大 的转 子 电流 流过直 流 母 线会 导致直 流 母线 电压升 高 。因此 ， 电网故 障时 对 ＤＦＩＧ 保 护方法 的研 究是十分 有 必要 的 ，以保证 风 电机 组在 电压 跌落 时能够保 持不脱 网运行 ｌｌ。】。
Ａｂｓｔｒａｃｔ Ａ ｎｅｗ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｉｎｓｅｒｔｓ ｓｅｒｉｅｓ ｄｙｎａｍｉｃ ｂｒａｋｉｎｇ．ｒｅｓｉｓｔｏｒ（ＳＤＢＲ）ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｔｈｅ
ＳＤＢＲ ｄｉｓｓｉｐａｔｅｓ ｔｈｅ ｏｖｅｒ—ａｃｔｉｖｅ ｐｏｗｅｒ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｖｏｌｔａｇｅ ｄｒｏｐ ｔｏ ｅｎｓｕｒｅ ｕｎｉｎｔｅｒｒｕｐｔｅｄ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｄ ＦＩＧ．Ｔｈｅ ｔｒａｎｓｉｅｎｔ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ＤＦＩＧ ｗ ａｓ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅ ｓｗ ｉｔｃｈｉｎｇ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｔｒａｔｅｇｙ ｏｆ ＳＤＢＲ ｖｉａ ｂｕｓ
随着 风力 发 电装 机容 量在 电网中所 占比例不 断 提高 ， 电网发 生故 障时大 规模 风 电机组 脱 网将会严 重影 响 电力系统 的稳定 性【１】。ＤＦＩＧ 的定子直 接 与 电 网相连 ，转 子通 过双 ＰＷＭ 变流 器与 电网相 连 。转 子侧 变流 器实现 对 有功 功率和 无功 功率 的控 制 ，为 发 电机提 供励磁 。另外 ，转子 变流 器可 以把 风速 波 动或 阵风 产生 的功 率波 动转 化成风 轮 的动 能，再 平 滑地 转换 为 电能注 入 电网 ，降低 了对 齿轮箱 的冲 击 和注 入 电 网的闪变 ，提wk.baidu.com高风 电机组 的 出力效 应 。 由
Ｚｈａｎｇ Ｍ ｅｉｌ ＬｉＸ ｉａｎｙｕｎ２ ３ｉ Ｔｏｎｇｚｈｏｕｉ Ｗａｎｇ Ｓｈｕｚｈｅｎｇ２
（１．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌ＆Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎａｎｊｉｎｇ Ｎｏｒｍａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１００４２； ２．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎａｎｊｉｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１１１６７）
ｖｏｌｔａｇｅ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｄｏｍａｉｎ ｗａｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ Ｌｏｗ Ｖｏｌｔａｇｅ ｆａｕｌｔ ｔｈｒｏｕｇｈ（ＬＶＲＴ）ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ
ｆｏｒ ｒｅａｃｔｉｖｅ ｐｏｗ ｅｒ，ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｒｅａｃｔｉｖｅ ｐｏｗｅｒ ｗａｓ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ．Ｔｈｅ ｓｉｍ ｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔ ｉｎ ｐｏｗｅｒ ｓｙｓｔｅｍ
研 究 与 开 发
双馈风 电系统 低 电压 故 障保 护方法 的研 究
张 梅 李先允 ２ 吉 同舟 王 书征 ２
（１．南 京师 范大学 电气 与 自动化学 院 ，南京 ２１００４２； ２．南京工程学院电力工程学院，南京 ２１１１６７）
摘要 提 出一种 基 于 串联 动态制 动 电阻 （ＳＤＢＲ）的低 电压 主 动保 护 方法 ，在 电网故障 时吸收 由于 电 网电压 跌 落引起 的不平 衡功 率，保 证故障 期 间双馈 风 电机 组 不脱 网运行 。分 析 ＳＤＢＲ对 ＤＦＩＧ 的暂 态影响 ，提 出 ＳＤＢＲ 的投切控 制策 略 。根据低 电压 穿越 （ＬＶＲＴ）规 范对 无功功 率的 要求 ，研 究转子侧 变流器 无功 补偿 控制方 式 。利 用 ＰＳＣＡＤ／ＥＭＴＤＣ仿 真平 台，建 立基 于 ＳＤＢＲ 的双馈风 电 系 统仿 真模 型 ，对 三相 对称 故 障 时 ＤＦＩＧ 的低 电压 穿越 能力进 行仿 真研 究。仿真 结果表 明， 串联 动 态制 动 电阻能够 有 效 的抑 制定 、转子 过 电流 ， 限制直流 母 线过 电压 ，从 而提 高 ＤＦＩＧ 的低 电压 穿越 能力 ，保 证风 电系 统的不 脱 网运 行 。