第27卷第30期 中国电机工程学报 ol.27No.30Oct.2007 2007年10月 Proceedings of the CSEE @2007 Chin.Soc.for Elec.Eng. 文章编号：0258-8013(200730-0064-08 中图分类号：TM301 文献标识码：A 学科分类号：470-40 电网短路故障时交流励磁风力发电机 不脱网运行的励磁控制策略 姚骏，廖勇，唐建平 （重庆大学电气工程学院高电压与电工新技术教育部重点实验室，重庆市沙坪坝区400044) Ride-through Control Strategy of AC Excited Wind-power Generator for Grid Short-circuit Fault YAO Jun,LIAO Yong,TANG Jian-ping (The Key Laboratory of High Voltage Engineering&Electrical New Technology,Ministry of Education,Electrical Engineering College of Chongqing University,Shapingba District,Chongqing 400044,China) ABSTRACT:A new excitation control strategy is proposed for 障条件下，对“crowbar protection”方案和该文所提方案进 the rotor side converter in an AC excited wind-power generator 行了仿真对比研究。仿真结果验证了该文所提改进方案的有 to allow the system to ride through the grid short-circuit fault. 效性，实现了电网故障期间发电机转子励磁变频器的安全运 The transient physical course of the AC excited generator 行，提高了交流励磁风力发电系统在电网故障时的不间断运 (ACEG)and the reason for the rotor over current during the 行能力。 fault are analyzed.In order to avoid the over current in the rotor 关键词：电网短路故障：风力发电：交流励磁发电机：电网 during the fault,the rotor current AC components produced by 故障励磁控制：不脱网运行 the stator currents at 50Hz have been successfully restrained and the stator resistance is also used to demagnetize the 0引言 machine.A commercial 2 MW AC excited wind-power 交流励磁发电机以其先进、灵活的运行特点在 generation simulation system is set up.Compared with the traditional 'crowbar protection'strategy,the proposed control 大型变速恒频风力发电机组中得到广泛研究和应 strategy is validated by the simulation results under the grid 用)。随着越来越多的交流励磁风力发电机组接入 symmetrical and unsymmetrical fault conditions.The rotor 电网运行，电网对并网运行的交流励磁发电机要求 excitation converter has been successfully protected during the 也越来越高。从电力系统稳定运行的角度出发，系 grid fault and it improves the fault ride-through ability of the 统要求发电机组在故障中仍能不脱网运行并在故障 AC excited wind-power generation system 切除后尽快恢复机端电压，维持系统稳定运行0-川。 KEY WORDS:grid short-circuit fault;wind-power generation; 目前MW级以上商用交流励磁风力发电机组 AC excited generator;grid fault excitation control;fault 主要采用转子短路保护技术(crowbar protection)四 ride-through 实现电网故障期间发电机不间断运行。该技术在电 摘要：提出一种电网短路故障时保持交流励磁风力发电机不 网故障时切除发电机励磁电源，利用转子旁路保护 脱网运行的新型励磁控制策略。分析了电网短路故障时交流 电阻释放能量以减小转子过电流，保护转子励磁回 励磁发电机的暂态物理过程和转子过电流的原因。改进控制 路的大功率器件，维持发电机不脱网运行。但该方 方案从限制电网故障时定子工频过电流的角度出发，有效限 案存在一定的问题：①需要增加新的硬件保护装置， 制了由定子电流工频分量引起的转子电流交流分量，同时利 从而增加了系统成本和控制难度：②在电网故障时 用发电机定子电阻对定子磁链暂态直流分量进行灭磁，实现 发电机作感应电机运行，机组将从电网吸收大量的 了故障时避免转子出现过电流的目的。建立了2MW商用交 无功功率，这对电网电压稳定性不利：③故障过程 流励磁风力发电系统仿真模型，在电网对称故障和非对称故 中发电机对电网的暂态电磁冲击和对风力机的机械 基金项目：重庆市科委科技计划项目攻关项目(2005AB6015)。 冲击均较严重。因此，目前针对电网故障时交流励 C1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net第 27 卷 第 30 期 中 国 电 机 工 程 学 报 Vol.27 No.30 Oct. 2007 2007 年 10 月 Proceedings of the CSEE ©2007 Chin.Soc.for Elec.Eng. 文章编号：0258-8013 (2007) 30-0064-08 中图分类号：TM301 文献标识码：A 学科分类号：470⋅40 电网短路故障时交流励磁风力发电机 不脱网运行的励磁控制策略 姚 骏，廖 勇，唐建平 （重庆大学电气工程学院高电压与电工新技术教育部重点实验室，重庆市 沙坪坝区 400044） Ride-through Control Strategy of AC Excited Wind-power Generator for Grid Short-circuit Fault YAO Jun, LIAO Yong, TANG Jian-ping (The Key Laboratory of High Voltage Engineering & Electrical New Technology, Ministry of Education, Electrical Engineering College of Chongqing University, Shapingba District, Chongqing 400044, China) ABSTRACT: A new excitation control strategy is proposed for the rotor side converter in an AC excited wind-power generator to allow the system to ride through the grid short-circuit fault. The transient physical course of the AC excited generator (ACEG) and the reason for the rotor over current during the fault are analyzed. In order to avoid the over current in the rotor during the fault, the rotor current AC components produced by the stator currents at 50Hz have been successfully restrained and the stator resistance is also used to demagnetize the machine. A commercial 2 MW AC excited wind-power generation simulation system is set up. Compared with the traditional ‘crowbar protection’ strategy, the proposed control strategy is validated by the simulation results under the grid symmetrical and unsymmetrical fault conditions. The rotor excitation converter has been successfully protected during the grid fault and it improves the fault ride-through ability of the AC excited wind-power generation system. KEY WORDS: grid short-circuit fault; wind-power generation; AC excited generator; grid fault excitation control; fault ride-through 摘要：提出一种电网短路故障时保持交流励磁风力发电机不 脱网运行的新型励磁控制策略。分析了电网短路故障时交流 励磁发电机的暂态物理过程和转子过电流的原因。改进控制 方案从限制电网故障时定子工频过电流的角度出发，有效限 制了由定子电流工频分量引起的转子电流交流分量，同时利 用发电机定子电阻对定子磁链暂态直流分量进行灭磁，实现 了故障时避免转子出现过电流的目的。建立了 2 MW 商用交 流励磁风力发电系统仿真模型，在电网对称故障和非对称故 基金项目：重庆市科委科技计划项目攻关项目(2005AB6015)。 障条件下，对“crowbar protection”方案和该文所提方案进 行了仿真对比研究。仿真结果验证了该文所提改进方案的有 效性，实现了电网故障期间发电机转子励磁变频器的安全运 行，提高了交流励磁风力发电系统在电网故障时的不间断运 行能力。 关键词：电网短路故障；风力发电；交流励磁发电机；电网 故障励磁控制；不脱网运行 0 引言 交流励磁发电机以其先进、灵活的运行特点在 大型变速恒频风力发电机组中得到广泛研究和应 用[1-9]。随着越来越多的交流励磁风力发电机组接入 电网运行，电网对并网运行的交流励磁发电机要求 也越来越高。从电力系统稳定运行的角度出发，系 统要求发电机组在故障中仍能不脱网运行并在故障 切除后尽快恢复机端电压，维持系统稳定运行[10-11]。 目前 MW 级以上商用交流励磁风力发电机组 主要采用转子短路保护技术(crowbar protection)[11] 实现电网故障期间发电机不间断运行。该技术在电 网故障时切除发电机励磁电源，利用转子旁路保护 电阻释放能量以减小转子过电流，保护转子励磁回 路的大功率器件，维持发电机不脱网运行。但该方 案存在一定的问题：①需要增加新的硬件保护装置， 从而增加了系统成本和控制难度；②在电网故障时 发电机作感应电机运行，机组将从电网吸收大量的 无功功率，这对电网电压稳定性不利；③故障过程 中发电机对电网的暂态电磁冲击和对风力机的机械 冲击均较严重。因此，目前针对电网故障时交流励