·研制与开发·姚骏，等基于Crowbar保护控制的交流励磁风电系统运行分析 81 2)升压变压器参数：额定容量2.5MW,额定频 率50Hz,原方绕组（△）20kV,副方绕组(Yg) 20 . 690V,短路阻抗Zr=0.0098+j0.09241。 1.0 0. 3)电网侧变换器参数：进线电抗器电阻6m2, 电感0.6mH,直流侧电容38000μF,直流链设定 电压1200V。 0 4)旁路保护电阻取为0.25Ω。 1 2 系统的仿真步骤简述如下：故障前利用文献[6] 3.2 3.4 3.6 3.8 4.0 4.24.44.5 5 所述的控制算法实现发电机定子有功和无功功率的 (a)发电机定子有功P。和无功Q 解耦控制以及网侧变换器的控制，发电机系统处于 .5 稳定运行状态。假设故障过程中发电机转速基本保 持不变，故障前发电机以最高转速1950r/min(假 -0.5 设最大运行范围为s=0.3)按功率因数1满载稳 定运行。设定风电场母线电压三相短路故障在1= 3.5s时发生，短路发生后发电机定子电压跌落至约 0.65。检测到电压跌落时，立即将转子侧变换器从 转子回路切除，同时接入转子旁路保护电阻并封锁 网侧变换器和转子侧变换器的驱动脉冲，发电机转 入异步发电方式继续运行。故障持续时间为 110ms,在t=3.61s时切除，电压恢复时立即重新 32 3.6 3.8 4.0 4.2 4.44.5 控制网侧变换器以稳定直流侧电压，这时旁路保护 (b)发电机转子电压U、转子电流I和定子电流I 电阻仍与发电机转子保持连接。当1=4s时，切除 0.5 0 转子旁路保护电阻，并将转子侧变换器接入转子回 -0.5 -1.0 路，重新控制发电机使其恢复正常运行。以下图和 -I.5 -2.0 表中有功为正表示定子输出有功，无功为负表示定 -25 子吸收滞后无功，电磁转矩为负表示为制动转矩。 1956 1954 图2给出了电压跌落情况下采用Crowbar保 1952 护控制方案的发电机系统仿真结果波形。从图中可 1950 得出以下一些结论： 1948 32 34 3.63,84.04.24.44.5 1)由图2(a)、图2(b)可知，在电压跌落和恢复 (c)发电机电磁转矩Tm和转速n 时，定子电流中均含有衰减的直流分量，因此，发电 1.0 机输出的有功和无功功率波动，其中含有逐步衰减 0.5 的工频交流分量，其衰减的速度取决于定子磁链直 0.5 流分量衰减的速度。当重新进行正常励磁控制后， -1.0 发电机可立即输出要求的有功和无功功率，为电网 1.0 提供及时支持。 05 2)电压跌落和恢复时接入转子保护电阻的转子 0.5 电压波形如图2(b)所示，故障前转子额定励磁电压 -10 峰值约为400V,故障过程中其峰值约为580V,在 350 转子耐压裕量范围内（按1.5倍耐压考虑）。在旁路 1250 20 电阻的作用下，转子峰值电流得到有效限制。电压 115 32 3.4 3.63.84.04.24.44.5 恢复后定子电流直流分量迅速衰减，电机输出较大 ()网侧变换器输人电网电压U、电流I。和直流电压'k 的定子工频电流，因此转子电流中将主要包含较大 图2三相对称故障时Crowhar保护控制下 的转差频率分量。在1=4s后，转子侧变换器将重 发电机仿真结果 新输出三相励磁电压，以恢复正常励磁控制。 Fig.2 Simulation results of AC excited generator with Crowbar protection three phase fault) 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net2) 升压变压器参数 :额定容量 215 MW ,额定频 率 50 Hz ,原方绕组 ( △) 20 kV , 副方绕组 ( Yg) 690 V ,短路阻抗 ZT = 01009 8 + j01092 41。 3) 电网侧变换器参数 :进线电抗器电阻 6 mΩ, 电感 016 mH ,直流侧电容 38 000μF ,直流链设定 电压 1 200 V 。 4) 旁路保护电阻取为 0125 Ω。 系统的仿真步骤简述如下 :故障前利用文献[ 6 ] 所述的控制算法实现发电机定子有功和无功功率的 解耦控制以及网侧变换器的控制 ,发电机系统处于 稳定运行状态。假设故障过程中发电机转速基本保 持不变 ,故障前发电机以最高转速 1 950 r/ min (假 设最大运行范围为 s = ±013) 按功率因数 1 满载稳 定运行。设定风电场母线电压三相短路故障在 t = 315 s 时发生 ,短路发生后发电机定子电压跌落至约 0165。检测到电压跌落时 ,立即将转子侧变换器从 转子回路切除 ,同时接入转子旁路保护电阻并封锁 网侧变换器和转子侧变换器的驱动脉冲 ,发电机转 入异 步 发 电 方 式 继 续 运 行。故 障 持 续 时 间 为 110 ms ,在 t = 3161 s 时切除 ,电压恢复时立即重新 控制网侧变换器以稳定直流侧电压 ,这时旁路保护 电阻仍与发电机转子保持连接。当 t = 4 s 时 ,切除 转子旁路保护电阻 ,并将转子侧变换器接入转子回 路 ,重新控制发电机使其恢复正常运行。以下图和 表中有功为正表示定子输出有功 ,无功为负表示定 子吸收滞后无功 ,电磁转矩为负表示为制动转矩。 图 2 给出了电压跌落情况下采用 Crowbar 保 护控制方案的发电机系统仿真结果波形。从图中可 得出以下一些结论 : 1) 由图 2 (a) 、图 2 ( b) 可知 ,在电压跌落和恢复 时 ,定子电流中均含有衰减的直流分量 ,因此 ,发电 机输出的有功和无功功率波动 ,其中含有逐步衰减 的工频交流分量 ,其衰减的速度取决于定子磁链直 流分量衰减的速度。当重新进行正常励磁控制后 , 发电机可立即输出要求的有功和无功功率 ,为电网 提供及时支持。 2) 电压跌落和恢复时接入转子保护电阻的转子 电压波形如图 2 (b) 所示 ,故障前转子额定励磁电压 峰值约为 400 V ,故障过程中其峰值约为 580 V ,在 转子耐压裕量范围内(按 115 倍耐压考虑) 。在旁路 电阻的作用下 ,转子峰值电流得到有效限制。电压 恢复后定子电流直流分量迅速衰减 ,电机输出较大 的定子工频电流 ,因此转子电流中将主要包含较大 的转差频率分量。在 t = 4 s 后 ,转子侧变换器将重 新输出三相励磁电压 ,以恢复正常励磁控制。 图 2 三相对称故障时 Crowbar 保护控制下 发电机仿真结果 Fig. 2 Simulation results of AC excited generator with Crowbar protection ( three2phase fault) ·研制与开发 · 姚 骏 ,等 基于 Crowbar 保护控制的交流励磁风电系统运行分析 81