双馈风力发电系统中的VRB储能网侧九开关变换器

来源:风力发电机_广州太和风力发电设备有限公司 发布时间:2019-01-08 点击次数:

2018年《电气技术杂志》第六期,国家电网公司山西省电力调度控制中心、呼和浩特供电局等研究员连茂行、任永丰等指出,双馈异步发电机(DFIG)风力发电系统定子侧直接连接对电网而言,故障交叉运行尤为重要,在研究九开关变换器各种故障电压补偿方案和脉宽调制策略的基础上,提出了一种以九开关变换器代替双馈风电系统的新型网侧变换器方案,以实现并网。并网控制和电压串联补偿。
    
     在对九开关变换器全钒液流电池数学模型、工作状态、控制策略、直流电压分布和储能电路模型进行理论分析的基础上,建立了电网侧九开关变换器双馈风力发电系统的仿真模型,并对几种并网方式进行了仿真。设计了直流电压短路故障条件,对风电系统的电气参数和运行特性进行了深入仿真。
    
     结果表明,九开关变换器能保持双馈发电机端电压稳定,在电网电压对称和不对称故障下实现灵活的故障跨越运行。
    
     双馈异步发电机(DFIG)由于其容量小、价格低、谐波含量低,已成为目前并网风力发电的主流机型,但由于其定子直接与电网相连,双馈异步发电机对电压暂降较为敏感。在众多的风电故障交叉方案中,动态电压调节器(DVR)以其优越的性能和灵活的配置越来越受到人们的关注。
    
     国内外已有大量文献对故障电压暂降的dvr补偿进行了广泛的研究,采用文献5三相全钒氧化还原液流电池(VRB)储能不间断dvr,提高了双馈风电系统的柔性过故障能力。然而,当电网电压正常时,储能单元不工作,控制复杂度增加。
    
     采用文献6共直流母线三相数字电压调节器对电网中发生率最高的单相电压暂降电能质量问题进行补偿。然而,由于每相补偿单元都含有H桥,风机体积大,成本高,参考文献7中,采用串联侧变流器来限制转子过流和直流母线过电压。
    
     九开关变换器取代了传统的背靠背双PWM变换器,为减小变换器体积提供了技术可能性。一经提出,就引起了广泛关注,参考文献8、9,传统双馈风力发电系统采用九开关变换器代替背靠背变换器,节省了三个IGBT。
    
     参考文献10,提出了一种新的双馈风电系统九开关统一电能质量调节器,抑制了双馈风电定子磁链的暂态过程,消除了电压、电流谐波和各种故障电压对双馈风电系统的影响,实现了不同电压下的低压交叉。LT条件下,鉴于九开关变换器体积小、安装灵活性高,已应用于电力船舶11、统一电能质量调节器12等领域。
    
     九开关变换器的特殊结构使其调制方式不同于传统的调制方式,为了获得与背对背变换器相同的独立输入输出和直流母线电压的合理分配,适当的调制策略是关键因素,参考文献13,14采用三角形载波,2一组具有直流偏压和逻辑运算的正弦调制参考信号,生成正弦脉宽调制方案。参考15采用空间矢量脉宽调制(SVPWM)来提高直流电压的利用率。
    
     本文提出用九开关变换器代替双馈风力发电系统的网侧变换器,实现并网控制与电压串联补偿的集成,与上述串联补偿结构相比,该方案体积小,控制复杂度低,具有许多优点。采用全钒液流电池作为直流侧高效储能单元,VRB储能网络侧九开关变换器,具有大功率、高效率、响应快、安全性高、成本低、过载过载能力强16、17、功率和容量独立设计、扩容能力强等特点。模拟了不同电压短路故障条件下的电流互感器,结果表明,九开关变换器有助于维持双馈发电机端电压稳定,实现机组的故障跨越运行。
    
     1)介绍了双馈风力发电系统中VRB储能网络侧九开关变换器的拓扑结构。与传统的双馈风力发电系统相比,增加了三个IGBT,实现了并网和电压补偿的一体化。
    
     2)九开关变换器在电压故障期间,通过其DVR功能,可以补偿电网电压在0-130%范围内的短期畸变。
    
     3)九开关变换器能够在各种短路故障条件下保持双馈风电机组端电压的稳定,并协助双馈风机实现灵活的故障跨越运行,进而研究低功耗九开关变换器在双馈风电系统中的应用。
    
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