含STATCOM的双馈电机风电场无功电压协调控制策略

含STATCOM的双馈电机风电场无功电压协调控制策略

赵晶晶;胡晓光;吕雪;符杨

【摘要】为增强风电场并网点电压稳定性，提出了变速恒频双馈风电场与动态无功补偿装置STAT⁃COM间的无功电压协调控制策略。电网故障导致风电并网点不同深度的电压跌落时，根据双馈风机Crowbar保护投切状态，对DFIG风电机组转子侧及网侧变流器与STATCOM进行无功功率分配，协调控制促进风电场LVRT期间风电并网点电压的快速恢复。最后，在DIgSILENT／PowerFacto⁃ry 仿真软件中建立了风电场和STATCOM控制模型，通过仿真验证该控制策略的有效性。%To enhance the stability of the grid voltage with grid⁃connected wind farm, this paper analyzes the volt⁃age and reactive power control of wind farms, and a coordinated control strategy based on doubly fed wind turbine ( DFIG) and reactive power compensation equipment STATCOM is proposed. When the grid fault leads to different degrees of voltage sag, reactive power between DFIG and STATCOM can be allocated according to the Crowbar pro⁃tection status. By this way, DFIG grid⁃side converter and the stator side reactive power generation ability are fully utilized, providing more dynamic reactive power to the grid for voltage support during the system’ s fault. Thus the voltage at the point of common coupling ( PCC ) during the LVRT period of wind farm is controlled and transient voltage recovery process is sped up. Finally, the proposed coordinated control strategy is simulated with a DFIG wind farm with STATCOM in DIgSILENT/Power Factory, and the simulation results verify the effectiveness of the proposed scheme.

【期刊名称】《电工电能新技术》

【年(卷),期】2016(035)010

【总页数】6页(P17-22)

【关键词】双馈风电机组;STATCOM;电压协调控制;Crowbar

【作者】赵晶晶;胡晓光;吕雪;符杨

【作者单位】上海电力学院电气工程学院，上海200090;上海电力学院电气工程学院，上海200090;上海电力学院电气工程学院，上海200090;上海电力学院电气工程学院，上海200090

【正文语种】中文

【中图分类】TM464

随着风电装机容量的不断增加，大规模风电并网运行对电网的调度和控制带来一定影响。风电接入后电网的无功电压控制问题备受关注[1-3]。

近年来，可通过转子励磁电流调节实现有功、无功功率解耦控制的变速恒频双馈风电机组(Doubly Fed Induction Generator，DFIG)成为目前广泛应用的风电机型之一[4,5]。随着风电在电网中所占比例的迅速提高，为保证电网电压跌落时风电机组不脱网运行，各国风电并网导则中对风电机组提出了具备低电压穿越(Low Voltage Ride Through, LVRT)的要求，即在电网电压跌落时，风电机组应并网运行一段时间，而且还要求在故障期间风电机组向电网提供无功功率支撑[6-8]。

国内外学者就DFIG风电机组故障情况下的LVRT控制策略和暂态电压支持能力作了较多研究[9,10]。目前，DFIG的LVRT主要通过改进变流器的控制策略和增加硬件控制电路两种方式来实现。文献[11]通过采用DFIG转子侧换流器(Rotor

Side Converter，RSC)暂态电压控制与浆距角控制以实现风电机组的LVRT穿越能力，但仅利用了转子侧换流器的无功功率调节能力。文献[12]提出了基于撬棒(Crowbar)保护的考虑无功电流分配的双馈风电机组LVRT控制策略，并利用DFIG转子侧换流器和网侧换流器(Grid Side Converter，GSC)共同向电网提供无功支撑。

当电网故障导致电压跌落较深时，Crowbar保护动作。Crowbar保护投入期间，双馈感应发电机按感应电动机运行，需向电网吸收大量无功，仅靠DFIG网侧换流器向电网提供无功功率，无法支撑并网点电压快速恢复。为确保风电机组连续运行及电网安全稳定，通常风电场还安装有动态无功补偿设备(如静止同步补偿器STATCOM等)[13,14]。文献[15-17]研究了STATCOM对改善电压稳定性，促进电网故障后电压恢复的能力。但文献[13-17]对电网故障导致Crowbar保护投入期间，风电场内DFIG转子侧和网侧换流器与STATCOM间的无功电压协调控制问题未进行研究。

本文对电网故障导致Crowbar保护投入期间，风电场内风机转子侧和网侧换流器与STATCOM间的无功电压协调控制进行了研究，提出了风电场LVRT期间DFIG 风电机组与动态无功补偿装置STATCOM间的无功功率分配原则及无功电压协调控制策略，从而促进故障后电网电压的快速恢复。最后，在

DIgSILENT/PowerFactory仿真软件中建立了风电机组和STATCOM控制模型，通过仿真验证了该控制策略的有效性。

在实际运行的风电场中，当发生较为严重的故障导致电压跌落较深时，为防止风机直流母线电压过高和限制转子电流，常采用在发电机转子侧装短接Crowbar电路[18-22]。通过闭锁双馈感应发电机励磁换流器，同时投入转子回路的旁路保护装置(释能电阻)为转子侧电路提供旁路，限制励磁换流器的电流和转子绕组过电压，维持发电机不脱网运行。DFIG投入Crowbar保护可以有效防止转子侧换流器过