双馈风力发电机高电压穿越关键技术研究

Grid voltage swell will cause transient DC flux component in the doubly fed induction wind generators stator windings, creating more serious stator and rotor current oscillation and torque oscillation more than voltage dip. The doubly fed induction wind generators as main type of wind turbine system must have the capability of high voltage ride through. The transient model of the doubly fed induction wind generators and the converter will be built under grid voltage swell, and the hybrid dynamic model will be built from grid voltage dip to grid voltage swell. The project will study the difference and relationship between grid voltage swell and grid voltage dip, avoiding the operation of the hardware circuit, The project will propose the control strategy of the rotor converter based on variable virtual impedance, which can suppress rotor current and torque oscillation under grid voltage swell.The multi-objective optimal algorithm will be used to design the value of the virtual impedance, for the hybrid dynamic process of grid voltage dip and grid voltage swell, The project will propose the control strategy of the rotor converter and the grid converter based on multiple models flexible switching. The project will study the stability of the hybrid dynamic switching by the Lyapunov methods. The project will explore the new theory and the new method of high voltage ride through for high power doubly fed induction wind generators.

电网电压骤升故障会造成双馈感应发电机定子绕组中产生定子磁链的暂态直流分量，引起比电网电压跌落更强的双馈发电机定、转子电流和电磁转矩的冲击，作为目前主力机型的双馈风力发电机组必须具备高电压穿越能力。本项目拟开展的主要研究包括：建立完整的电网电压骤升下双馈发电机及其变流器的暂态数学模型，特别是由电网电压跌落到电网电压骤升混合动态过程的建模，研究电网电压骤升与电网电压跌落的区别和联系；针对故障时硬件保护电路的频繁动作，提出一种基于变虚拟阻抗的转子侧变流器控制策略，抑制电网电压骤升时的转子电流和电磁转矩的振荡，并引入多目标优化的算法对虚拟阻抗的值进行设计；针对电网电压跌落再骤升混合过程，提出一种基于多模态柔性切换的转子侧与网侧协同的控制策略，拟采用李雅普诺夫函数研究整个混合过程切换系统的稳定性。本项目研究将探索大功率双馈风力发电机组高电压穿越的新方法、新理论。

当电网发生故障，风力发电机组不具备故障穿越能力，会造成大面积风机脱网。风电机组不能对电网提供频率及电压的支撑，将可能会导致一系列的连锁反应，对风力发电机组的安全稳定运行造成严重影响。近年来，国内外大多关注于对低电压穿越的研究，并且取得了一定的研究成果。然而，对于电网电压骤升下撬棒阻值选取，电磁暂态过程分析，电压骤升故障对风机轴系的影响，以及电网电压对称/不对称骤升故障下DFIG的控制，还没有详细的的理论分析和相应的控制策略。本项目通过对上述高电压穿越相关问题，做出理论分析并提出相应的控制策略。主要研究包括：电网电压对称骤升故障下，提出一种计算方法来准确分析投入撬棒后双馈电机电磁暂态过程；电网电压对称骤升下，采用磁链阻尼控制策略来增强系统稳定性，加速暂态分量的衰减；电网电压对称骤升下，采用虚拟阻抗控制策略来调节转子电压与转子反电势之间的相位关系，抑制转子侧过流过压，电磁转矩和电机功率的脉动；电网电压对称骤升故障过后，会产生长时间的机电暂态过程，提出一种附加阻尼的控制策略来增加系统阻尼，抑制故障后轴系的机械振荡；电网电压对称骤升下，为支撑并网点电压，网侧变流器调制度闭环无功补偿控制；电网电压不对称骤升故障下，机侧和网侧多目标协同控制，及机侧无功功率优化的控制。通过仿真与实验研究，探索高电压穿越控制的新方法、新理论。