郎朗

隨著全世界對環(huán)境的關注，越來越多的人更加關注可再生能源技術。使用風力渦輪機發(fā)電是一種來自可再生能源的發(fā)電方式。最多的常見的風力機類型是定速風力機，感應發(fā)電機直接與電網(wǎng)相連。然而，這個系統(tǒng)有許多缺點。主要體現(xiàn)在，無功功率和電網(wǎng)電壓水平不能根據(jù)葉片旋轉而改變其功率變化。

當我們使用變速風力渦輪機時，這些渦輪機改進了水輪機的動態(tài)特性及低噪聲而降低風速。變速渦輪發(fā)電比定速渦輪高，因為它們可以在每種風速下的最佳轉速。其他得優(yōu)點還有就是變速風力渦輪機是減少機械損耗的，它提高了電能質(zhì)量，并且補償了用于扭矩和功率脈動。由于需要電力電子轉換器，變速渦輪機的缺點是使風力發(fā)電機電氣系統(tǒng)更為復雜。

由于需要轉換器，變速渦輪機的價格往往高于恒速渦輪機。獲得變速的一個簡單方法是在發(fā)電機的定子電路和電網(wǎng)之間直接連接一個轉換器。該轉換器必須根據(jù)渦輪機的額定功率進行設計。與變頻器與定子相連的水輪機相比，雙饋發(fā)電機具有許多優(yōu)點。由于變頻器的額定功率通常占系統(tǒng)總功率的25%，而發(fā)電機的轉速范圍約為同步轉速的33%，因此變頻器更便宜。此外，逆變器濾波器更便宜，因為它們的額定功率也是總功率的25%。此外，功率因數(shù)控制可以以較低的成本實現(xiàn)，因為雙饋發(fā)電機的運行基本上類似于同步發(fā)電機。

變速風力發(fā)電機的一個主要缺點是在電網(wǎng)故障時運行，特別是對于帶雙饋發(fā)電機的風力發(fā)電機。電力系統(tǒng)中的故障，即使遠離風機的位置，也可能導致風機連接點的電壓驟降。電網(wǎng)電壓的下降將導致雙饋發(fā)電機定子繞組中的電流增加。由于定子和轉子之間的磁耦合，這種電流也會流過轉子電路和電力電子變換器。這可能導致轉換器損壞。可以嘗試通過變頻器轉子側的電流控制來限制電流；但是，這將導致變頻器終端的高電壓，這也可能導致變頻器的損壞。

在世界范圍內(nèi)，人們有一個雄心壯志，即安裝大量的風力發(fā)電設備，并提高風力渦輪機產(chǎn)生的能源消耗份額。與網(wǎng)格的交互變得越來越重要。這可以理解為如下，當所有風力渦輪機在電網(wǎng)故障時斷開時，這些可再生發(fā)電機將不同于傳統(tǒng)的發(fā)電廠，無法在電網(wǎng)故障期間和之后立即支持電網(wǎng)的電壓和頻率。這將導致系統(tǒng)穩(wěn)定性的主要問題。因此，全世界都認識到，為了在不影響系統(tǒng)穩(wěn)定性的情況下實現(xiàn)風能的大規(guī)模應用，渦輪機應在發(fā)生故障時與電網(wǎng)保持連接。它們應該類似于傳統(tǒng)的發(fā)電廠，在故障排除后立即為頻率和電壓支持提供有功和無功功率，通常在一秒鐘之內(nèi)能實施動作。

本文提出了一種使風力發(fā)電機組在電網(wǎng)故障時，利用雙饋發(fā)電機保持并網(wǎng)的方法。解決方案的關鍵是限制轉子中的高電流，并通過一組與轉子繞組相連的電阻器為其提供旁路。有了這些復位器，就可以在不斷開渦輪機與電網(wǎng)的情況下，在電網(wǎng)故障中生存下來。由于發(fā)電機和變頻器保持連接，因此故障期間和故障后的運行同步保持不變，故障排除后可以立即繼續(xù)正常運行。已經(jīng)制定了一種控制策略，負責恢復正常運行。如果沒有這種過渡控制，就會產(chǎn)生極大的瞬間功率。

當DIP 持續(xù)時間超過幾百毫秒時，可以斷開短路電阻，系統(tǒng)可以在降低的電網(wǎng)電壓下恢復正常運行。甚至可以在故障發(fā)生時向電網(wǎng)提供無功功率。傳統(tǒng)的保護方案僅給出了干擾期間轉子電壓和電流行為的有限信息，而這些信號在干擾期間很重要。轉子電流或電壓過高可能會破壞轉子電路中的轉換器。本文主要研究雙饋發(fā)電機轉子側信號，用變換器將雙饋發(fā)電機的轉子電路與電網(wǎng)相連，而定子電路則直接與電網(wǎng)相連。轉換器必須能夠在兩個方向上傳輸能量。無論轉子功率的大小和方向如何，電網(wǎng)側變流器必須控制直流鏈路電壓，而轉子側變流器必須控制轉子電流。對于轉換器模型，假設轉換器是理想的。它們精確地產(chǎn)生由控制器設置的參考電壓信號。此外，本文還討論了故障時向電網(wǎng)提供無功功率以支持電壓恢復的可能性。首先，簡短地介紹了一些關于系統(tǒng)建模的信息。然后，描述了控制器。通過對電壓暫降的簡要討論，給出了論證結果，證明了該保護方案的有效性。