基于STATCOM双馈风电机组高电压穿越技术研究

摘要

随着风力发电系统的引入，让我们看到了解决环境污染问题的希望，在能源结构方面也不在单一化，风力发电的发展更是符合当前能源可持续发展战略。但是，大规模的风电并网带给我们机遇的同时也带来了前所未有的挑战，风电并网故障更是时常发生，给电力系统提出了更加严格的技术要求。在电网故障时，风电并不能同如火电、水电等稳定的常规电源能给电网提供电压和频率的支撑。在风电机组脱网之后，可能还会引起更加严重的大规模连锁反应，对电网造成严重的电压和频率波动，威胁电网的安全稳定运行。
　　当前，国内外对风力发电并网的研究重点仅着落于风电机组低电压穿越部分，对风电机组高电压穿越部分并没有给予过多的关注。然而，过往众多高电压事故表明，电压骤升故障相比于电压跌落故障的危害更加严重，因而有效解决高电压脱网故障已势在必行。本文通过对双馈风力发电机组在电网电压对称骤升下的暂态分析，给出了故障下电压对称跌落过补偿、电压对称骤升的定子磁链过程。同时，还给出了在电网电压对称骤升下，目前大部分主流风电机组都具有配备的Crowbar保护电路动作响应的结果，并在MATLAB平台上仿真分析了在有无Crowbar保护电路下的双馈风电机组有功、无功功率及电磁转矩的波动，仿真结果表明，在Crowbar保护电路作用下风电机组有功、无功功率及电磁转矩的波动更加剧烈，说明了风电机组在Crowbar保护电路单独作用下无法完成高电压穿越，需与硬件或控制策略配合。此外，还分别对电网电压对称骤升下双馈风电机组的转子电压、电流做出了定量分析，并通过对比理论分析值与MATLAB平台上的仿真值，对比结果可以表明理论分析与仿真分析值近似相等，说明了理论分析的准确性。
　　本文在通过对电网电压对称骤升时风电机组的暂态过程及机组动态特性的分析后，提出了采用静止同步补偿器STATCOM实现双馈风电机组高电压穿越的方案。在电网电压对称骤升的情况下，通过含STATCOM风电系统的控制策略吸收系统过剩的容性无功并补偿感性无功支撑系统持续运行不脱网。在MATLAB/Simulink仿真平台上搭建仿真模型并进行仿真，分别仿真了有无STATCOM的双馈风电机组在电网电压对称骤升下的结果并进行了对比，结果表明，当电网电压骤升时STATCOM不仅能确保风电机组不脱网运行还能及时向故障电网提供一定的感性无功，协助电网电压快速恢复。