双馈风电机组在低电压穿越时的有功、无功特性研究

刘晓欣

（云南电网有限责任公司电网怒江供电局，云南怒江　673100）

双馈风电机组在低电压穿越时的有功、无功特性研究

刘晓欣

（云南电网有限责任公司电网怒江供电局，云南怒江673100）

目前云南电网安装的双馈风力发电机所具有的低电压穿越特性，应当包含两类方式，一是无有功无功支撑的低电压穿越；二是有有功无功支撑的低电压穿越，在试验中特性的好与坏直接影响着发电机的安全稳定运行，本文旨在通过仿真探讨如上两种情况时的双馈风力发电机所具有的低电压穿越特性的特征值，找到双馈风力发电机平稳运行的特性。

风电机组有功无功特性

以云南电网打桂山300MW风电场经双回线接入紫溪220kV变电站，再经紫溪220kV变电站接入和平500kV电网，在最严重的情况下，在220kV接入电网处出现电网三相短路故障的情况就风电场在故障情况下的双馈风电机组有功、无功情况进行仿真分析计算。

1　有有功无功支撑的低电压穿越

DFIG次同步运行（风速7m/s）情况下，并网点电压在t=0.5s跌落至0.2pu，此时转子侧crowbar投入，crowbar运行80ms后切除；并网点电压在跌落625ms后恢复，此时转子侧crowbar投入，crowbar运行100ms后切除，测得风电场输出有功、定子电流的变化情况如图1所示。

由转子侧变频器电流波形可知，当t=0～0.5s时风机处于稳态，此时转子侧变频器向风机提供励磁电流，并通过直流链从电网吸收有功，整个风机处于发电状态，并保持功率因数为1；在t=0.5s控制系统检测到定子侧的电压跌落后立即投入crowbar，80ms后切出crowbar，在t=0.5～0.508s期间转子侧变频器的六个开关全部关闭，由于风速低于额定风速，风机处于异步电动状态，需要从电网吸收有功和无功（由于此时机端电压很低，故吸收的有功和无功也很少）；在t=0.508s切出crowbar后，转子侧变频器恢复控制，即在t=0.508～1.125s期间转子侧变频器在控制系统的作用下使电机发出有功和无功支持电网，由于受限于较低的机端电压，故发出的有功和无功相对较小，约为0.1～0.2pu，此时风机处于发电状态，并向电网输出无功；在t=1.125s控制系统检测到定子侧的电压恢复后立即投入crowbar，100 ms后切出crowbar，在t=1.125～1.225 s期间转子侧变频器的六个开关全部关闭，风机处于异步电动状态，需要从 电网吸收有功和无功，由于此时机端电压接近额定值，故吸收的有功和无功相对较多，约为0.3 pu；在t=1.225 s切出crowbar后，转子侧变频器恢复控制，即在t=1.225 s以后，转子侧变频器在控制系统的作用下使风机发出有功，并保持功率因数为1的控制。

图1　风电场输出有功、定子电流

图2　风电场输出有功、定子电流

2　无有功无功支撑的低电压穿越

DFIG次同步运行（风速7m/s）情况下，并网点电压在t=0.5s跌落至0.2pu，此时转子侧crowbar投入运行；并网点电压在跌落625ms后恢复，此时转子侧crowbar继续运行100ms后切除，即crowbar在电网电压跌落时间段内一直投入，测得的风电场输出有功、转子侧变频器电流的变化情况如图2所示。

由转子侧变频器电流波形可知，当t=0～0.5s时风机处于稳态，此时转子侧变频器向风机提供励磁电流，并通过直流链从电网吸收有功，整个风机处于发电状态，并保持功率因数为1；在t=0.5s控制系统检测到定子侧的电压跌落后立即投入crowbar，在t=1.125s控制系统检测到定子侧的电压恢复，再经过100ms后切出crowbar，即在t=0.5～1.225s期间crowbar一直投入，转子侧变频器的六个开关全部关闭，由于风速低于额定风速，风机处于异步电动状态，需要从电网吸收有功和无功（在t=0.5～1.125s期间由于机端电压较低，故吸收的有功和吸收的无功均较小，均约为0.04pu，在t=1.125～1.225s期间由于机端电压恢复至接近额定值，故吸收的有功和吸收的无功均较多，均约为0.25pu）；在t=1.225s切出crowbar后，转子侧变频器恢复控制，即在t=1.225s以后，转子侧变频器在控制系统的作用下使风机发出有功，并保持功率因数为1的控制。

3　特性小结

针对双馈风力发电机在不同低电压穿越的控制方式下，双馈发电机的有功、无功特性我们可以作如下的分析：（1）对于无有功、无功支持的风力发电机组，当电网出现短路故障时，发电机输出有功、无功均不受控，低风速时不但不向电网输出有关和无功，还向电网吸收有功和无功，将不利于电网的恢复，在高风速时，虽然有有功输出，但非常小，同时仍然从电网吸收无功，因此同样不利于电网电压的恢复；（2）对于无有功、无功支持的风力发电机组由于在电网故障情况下，机组几乎无有功输出，因此风力发电机转速会快速增加，也可能加速机组因超速的脱网；（3）对于有有功、无功支持的风力发电机组，当电网出现短路故障时，发电机不管在低风速还是在高风速均有有功和无功输出，将有利于电网电压的恢复。

［1］张少泉，仇英辉，刘超，平安.风电并网对云南电网潮流分布与电网调峰的影响［J］.南方电网技术，2012（05）：36-38.

［2］M.J. Hossain，Hemanshu R. Pota，Md. Apel Mahmud.Investigation of the Impacts of Large-Scale Wind Power Penetration on the Angle and Voltage Stability of Power Systems.IEEE SYSTEMS JOURNAL.2012.

刘晓欣（1986—），男，黑龙江齐齐哈尔人，调度高级工，主要研究方向为电网调度与系统分析。