《電子技術(shù)應(yīng)用》
您所在的位置:首頁 > 電源技術(shù) > 設(shè)計(jì)應(yīng)用 > 含風(fēng)場(chǎng)的特高壓直流輸電換相失敗及其引起的過電壓機(jī)理分析
含風(fēng)場(chǎng)的特高壓直流輸電換相失敗及其引起的過電壓機(jī)理分析
2018智能電網(wǎng)增刊
王瑞明1,張 利1,劉 橋2,姜蓉蓉2,劉 晉2
1. 中國電力科學(xué)研究院新能源與儲(chǔ)能運(yùn)行控制國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100192; 2. 華北電力大學(xué),北京 102206
摘要: 隨著資源的日益短缺,風(fēng)力發(fā)電逐漸發(fā)展,成為新興的環(huán)保能源?,F(xiàn)在大量風(fēng)電機(jī)組所生產(chǎn)的電能經(jīng)由直流輸電線路輸送,可以更好地適應(yīng)長距離、大容量傳輸。風(fēng)力資源在運(yùn)行和發(fā)展的同時(shí)也遇到了亟需解決的問題,如風(fēng)電機(jī)組的低電壓穿越能力和對(duì)過電壓的應(yīng)對(duì)能力?,F(xiàn)階段對(duì)風(fēng)電機(jī)組的低電壓穿越能力已經(jīng)有了比較完善的研究,因此主要針對(duì)特高壓直流輸電系統(tǒng)故障對(duì)風(fēng)電機(jī)組的影響進(jìn)行研究,通過運(yùn)用軟件PSCAD對(duì)風(fēng)電機(jī)組和直流輸電線路進(jìn)行建模,并對(duì)各種故障進(jìn)行仿真,對(duì)風(fēng)電場(chǎng)產(chǎn)生的過電壓進(jìn)行分析。
中圖分類號(hào): TM72
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A
DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.2018.S1.075
Abstract:
Key words :

0  引言

    從能源可持續(xù)發(fā)展的角度來看,煤等化石能源終將消耗殆盡,清潔可持續(xù)能源必將成為各國發(fā)展的主要目標(biāo),風(fēng)能作為一種新興的環(huán)境友好、取之不盡的能源,已經(jīng)成為目前新能源發(fā)電技術(shù)中最成熟、開發(fā)規(guī)模最大、商業(yè)化發(fā)展最好的發(fā)電方式之一[1]

    但基于傳統(tǒng)高壓直流輸電的風(fēng)電場(chǎng)現(xiàn)在在運(yùn)行中也存在著許多可能發(fā)生的問題,如風(fēng)電場(chǎng)電壓過低導(dǎo)致風(fēng)電機(jī)組脫網(wǎng),以及直流系統(tǒng)中出現(xiàn)故障引起系統(tǒng)過電壓導(dǎo)致嚴(yán)重問題。在現(xiàn)階段,對(duì)于風(fēng)力機(jī)組的低電壓穿越能力已經(jīng)有了足夠的研究,但是對(duì)風(fēng)電機(jī)組的高電壓故障穿越并沒有足夠的相關(guān)研究[2]。另外在現(xiàn)在的大型直流輸電項(xiàng)目中系統(tǒng)出現(xiàn)過電壓而引起的問題要更為頻繁。

    在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行中,傳統(tǒng)高壓直流系統(tǒng)發(fā)生故障而引起交流系統(tǒng)過電壓的問題已經(jīng)日益突出,并且現(xiàn)在隨著直流輸送容量的不斷增加,整個(gè)系統(tǒng)的規(guī)模不斷擴(kuò)大,交流系統(tǒng)過電壓可能會(huì)引起風(fēng)電機(jī)組脫網(wǎng),進(jìn)一步導(dǎo)致功率的缺失,可能電壓情況愈發(fā)嚴(yán)重,造成的影響也會(huì)越來越大[3]。例如,交流系統(tǒng)的過電壓會(huì)對(duì)風(fēng)電機(jī)組產(chǎn)生影響,會(huì)造成更大的輸送電故障。

    目前,國內(nèi)外關(guān)于電網(wǎng)電壓在驟升情況下風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行與控制方面的研究較少[4]。事實(shí)上,風(fēng)電機(jī)組的高電壓脫網(wǎng)故障在運(yùn)行中時(shí)有發(fā)生。如甘肅風(fēng)電地區(qū)于2011年2月24日脫網(wǎng)的598臺(tái)風(fēng)電機(jī)組中,低電壓脫網(wǎng)風(fēng)機(jī)占46%,而高電壓脫網(wǎng)風(fēng)機(jī)比例竟高達(dá)54%[5]。

    可見,直流系統(tǒng)產(chǎn)生的故障已經(jīng)會(huì)限制高壓直流系統(tǒng)對(duì)風(fēng)電的傳輸,因此對(duì)傳統(tǒng)高壓直流輸電系統(tǒng)的故障進(jìn)行研究,可以有助于風(fēng)電機(jī)組提高高壓故障穿越能力并進(jìn)行改善。

1  傳統(tǒng)風(fēng)電高壓直流輸電系統(tǒng)的建模

1.1  傳統(tǒng)高壓直流輸電構(gòu)成

    傳統(tǒng)高壓直流輸電是指基于晶閘管進(jìn)行換相的直流輸電方式。在整個(gè)直流輸電系統(tǒng)中最重要的就是換流裝置,進(jìn)行交直流之間的轉(zhuǎn)換,是整個(gè)過程中最重要的一次設(shè)備。但是為了系統(tǒng)的輸電穩(wěn)定性和提高電能質(zhì)量,還需要許多其他設(shè)備,如:換流變壓器、濾波器、平波電抗器、交直流開關(guān)設(shè)備、無功補(bǔ)償裝置、直流接地極,以及保護(hù)裝置、遠(yuǎn)程通信等二次設(shè)備。

1.2  高壓直流輸電系統(tǒng)的整體模型

    PSCAD中傳統(tǒng)高壓直流輸電系統(tǒng)電路圖如圖1所示,在PSCAD仿真軟件中建立的特高壓直流輸電系統(tǒng)仿真參數(shù)如下:

    特高壓直流輸電系統(tǒng): ±500 kV,2000 MW, RR= RI= 2.5 Ω,LR= LI=0.5968 H, CL= 26 μF;

    交流電網(wǎng):(1)345 kV,SCR=2.5(相角為84°);(2)230kV,無窮大電網(wǎng)。功率由25臺(tái)2 MW風(fēng)電機(jī)組與火電廠打捆送出。

wrm-t1.gif

1.3  雙饋風(fēng)機(jī)模型

    雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)主要由風(fēng)機(jī)系統(tǒng)、雙饋發(fā)電系統(tǒng)組成。風(fēng)機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)風(fēng)能捕獲和功率控制,將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能;雙饋發(fā)電系統(tǒng)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能,雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

wrm-t2.gif

    由圖2可知,風(fēng)機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)風(fēng)能到機(jī)械能的轉(zhuǎn)換,風(fēng)機(jī)拖動(dòng)雙饋發(fā)電機(jī)實(shí)現(xiàn)機(jī)械能向電能的轉(zhuǎn)換。其中,雙饋發(fā)電機(jī)是通過由電力電子變流器構(gòu)成的變流系統(tǒng)對(duì)雙饋電機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)行可控勵(lì)磁調(diào)節(jié),使得雙饋電機(jī)在應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電時(shí),可以實(shí)現(xiàn)變速恒頻發(fā)電。由于雙饋電機(jī)的調(diào)速范圍較大,通常為同步速,需要轉(zhuǎn)子的勵(lì)磁容量約為發(fā)電機(jī)額定容量,以大大減小變流器容量,因此雙饋發(fā)電系統(tǒng)得到較為深入的研究和廣泛的應(yīng)用[6]。

2  輸電系統(tǒng)中多工況仿真

2.1  正常運(yùn)行

    在0.04s系統(tǒng)解鎖后,電能的輸送進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài),基本上保持在額定水平,功率正常傳輸。系統(tǒng)正常運(yùn)行波形如圖3~圖7所示。

wrm-t3.gif

wrm-t4.gif

wrm-t5.gif

wrm-t6.gif

wrm-t7.gif

2.2  故障工況時(shí)產(chǎn)生的換相失敗

    在眾多故障中最容易造成的換流器故障就是換相失敗,換流器進(jìn)行換相的兩個(gè)閥由于未能正常進(jìn)行換相完成,或者是在應(yīng)該關(guān)斷的閥關(guān)斷之后,其在加上反向電壓的作用之下并未恢復(fù)正常的阻斷能力,當(dāng)系統(tǒng)加在該閥上的電壓再次為正時(shí),就會(huì)立即重新導(dǎo)通,這樣就發(fā)生了倒換相故障,會(huì)使預(yù)計(jì)應(yīng)該開通的閥再次關(guān)斷,這種現(xiàn)象就被稱為換流器的換相失敗[5]。

    換相失敗一般多發(fā)生在換流閥外部電路出現(xiàn)故障的情況下,而且一般都會(huì)發(fā)生在逆變器的換流閥處。這主要是因?yàn)樵陔娏麝P(guān)斷之后的較長時(shí)間內(nèi),整流器的閥組一直都處在反向電壓的作用下,不會(huì)再次重新導(dǎo)通。就只有當(dāng)觸發(fā)電路發(fā)生故障時(shí),整流器電路才可能會(huì)因?yàn)槊}沖的延遲或者是丟失而引起換相失敗。在傳統(tǒng)高壓直流輸電的運(yùn)行過程中,可能會(huì)引發(fā)換相失敗的原因如下:

    (1)熄弧角γ過??;

    (2)換流母線的電壓下降過大;

    (3)直流系統(tǒng)電流增大;

    (4)換相電抗增大;

    (5)觸發(fā)超前角β過??;

    (6)交流系統(tǒng)發(fā)生不對(duì)稱故障時(shí)換相線電壓的過零點(diǎn)出現(xiàn)相位移。

    高壓直流輸電系統(tǒng)發(fā)生換相失敗之后,直流線路的電流會(huì)迅速增加,換流站的無功功率消耗也會(huì)相應(yīng)增多,如果與直流系統(tǒng)所聯(lián)接的交流電力系統(tǒng)強(qiáng)度較弱(如風(fēng)電發(fā)電機(jī)組),就可能引起交流側(cè)的電壓產(chǎn)生嚴(yán)重的波動(dòng),進(jìn)一步則可能會(huì)導(dǎo)致直流系統(tǒng)發(fā)生連續(xù)的換相失敗故障,嚴(yán)重時(shí)將會(huì)造成換流器閉鎖[7]。

    如果發(fā)生了換相失敗,相當(dāng)于在直流側(cè)產(chǎn)生了系統(tǒng)短路,直流系統(tǒng)的電壓會(huì)下降,直流側(cè)電流會(huì)上升,交流電路的電流直接介入直流系統(tǒng)。

    在整個(gè)直流輸電系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí),每一個(gè)換流閥組的導(dǎo)通周期都是基波周期長度的1/3。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生換相失敗時(shí),換相失敗的閥組將會(huì)相應(yīng)地持續(xù)導(dǎo)通超過正常時(shí)間,并且會(huì)承受較大的電流,這會(huì)嚴(yán)重影響閥組的使用壽命。

    在發(fā)生換相失敗的情況下,逆變器的交流測(cè)線電流在正負(fù)半周期內(nèi)是不對(duì)稱的,因此會(huì)有直流分量產(chǎn)生,直接導(dǎo)致?lián)Q流變壓器出現(xiàn)直流偏磁,增加變壓器的空載損耗。

    在發(fā)生換相失敗之后,由于直流系統(tǒng)電流迅速增大,換流站內(nèi)消耗的無功功率便會(huì)增多,從而引起傳輸母線交流電壓的下降;在故障消除之后,在控制系統(tǒng)的作用下各直流電氣量會(huì)逐漸恢復(fù)初始狀態(tài),但是如果交流系統(tǒng)站內(nèi)并聯(lián)的濾波器和無功補(bǔ)償裝置的無功補(bǔ)償能力高于直流控統(tǒng)的設(shè)置,站內(nèi)無功功率將會(huì)過剩,可能會(huì)產(chǎn)生交流測(cè)電壓過高的現(xiàn)象[7]。

    當(dāng)交流側(cè)清除了引發(fā)換相失敗的故障之后,直流傳輸功率應(yīng)該被快速恢復(fù)到初始狀態(tài),可以平衡交流系統(tǒng)的功率。但是直流功率恢復(fù)過快就可能會(huì)造成系統(tǒng)的無功功率不平衡,接著會(huì)影響交流系統(tǒng)電壓水平,當(dāng)情況嚴(yán)重時(shí)則會(huì)引發(fā)連續(xù)的換相失敗,造成更大的故障,甚至?xí)箵Q流器閉鎖。

2.3  典型換相失敗分析

2.3.1  逆變側(cè)三相短路

    如圖8,整流器的交流測(cè)電壓波形在故障瞬間產(chǎn)生了超過1.2倍的過電壓,在5 s~5.5 s時(shí)維持在1.14 p.u. 左右。在故障消除時(shí)恢復(fù)到正常額定電壓。直流母線的電壓在故障產(chǎn)生時(shí)急劇下降。

wrm-t8.gif

    交流系統(tǒng)發(fā)生三相接地短路時(shí),不會(huì)發(fā)生相位角的偏移,只會(huì)出現(xiàn)母線電壓的下降進(jìn)而引起換相失敗,其值如下:

wrm-gs1.gif

    可以觀察到在故障未消除的時(shí)間里,逆變側(cè)電壓由于短路降為零,無法完成換相過程,引起連續(xù)的換相失敗,熄滅角降至0,系統(tǒng)停止有功功率的傳輸。長時(shí)間的換相失敗會(huì)引起輸電系統(tǒng)的換流器閉鎖,導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的停止運(yùn)行,引起更大的故障。

    有功功率在5 s故障發(fā)生時(shí)迅速下降,在系統(tǒng)采取一定措施后開始恢復(fù)正常。整流側(cè)的無功功率通過系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)償,用于換流站發(fā)生故障時(shí)吸收的大量無功。無功功率的量會(huì)對(duì)系統(tǒng)的電壓水平產(chǎn)生極大的影響。

    換流站無功功率交換如圖9所示,換流站與交流系統(tǒng)無之間的功功率平衡關(guān)系式:

    wrm-gs2.gif

式中,Qdc是直流系統(tǒng)的換流器處所消耗的無功功率(Mvar ) ; Qac是交流系統(tǒng)和直流系統(tǒng)進(jìn)行交換的無功功率,規(guī)定功率由交流系統(tǒng)輸送至直流系統(tǒng)的方向?yàn)檎较? Mvar ) ;  Qc是換流站內(nèi)進(jìn)行無功補(bǔ)償?shù)难b置所發(fā)出的無功功率( Mvar )。

wrm-t9.gif

    直流系統(tǒng)在發(fā)生換相失敗的恢復(fù)過程中,因?yàn)閾Q流站內(nèi)會(huì)有剩余的無功功率向交流側(cè)系統(tǒng)不斷涌入,極易造成交流側(cè)電壓過高。當(dāng)風(fēng)電場(chǎng)在并網(wǎng)母線處的電壓值高于保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)定值時(shí),勢(shì)必會(huì)造成風(fēng)機(jī)組的大規(guī)模脫網(wǎng),導(dǎo)致功率的進(jìn)一步缺失,引發(fā)更大的輸電問題。但另一方面,由于在換相失敗過程中直流輸電系的統(tǒng)輸送功率會(huì)減少,交流電網(wǎng)將會(huì)有大量潮流轉(zhuǎn)入,交流系統(tǒng)如果在短時(shí)接納大量的有功功率,將會(huì)對(duì)系統(tǒng)的電壓產(chǎn)生一定的影響。

2.3.2  逆變側(cè)雙調(diào)諧濾波器投切

    系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行中產(chǎn)生大量的無功功率需求,兩側(cè)換流站的無功功率需求與換流站和交流電網(wǎng)之間傳輸?shù)挠泄β食杀龋摕o功功率需求在額定情況下為所傳輸有功功率的。但是這些消耗量巨大的無功功率并不能依賴換流站連接的交流電網(wǎng)來提供,這是因?yàn)槿绻罅康臒o功功率由交流電網(wǎng)提供,則交流輸電吸納電路的線損將大幅度增加,線路電壓損失加大,換流站交流母線電壓會(huì)大幅降低,換流器及其他電氣設(shè)備將無法正常運(yùn)行,危及HVDC系統(tǒng)和交流電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

    交流測(cè)濾波器如圖10所示。在高壓直流輸電系統(tǒng)中,無功控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)完成對(duì)交流濾波器的控制,目前采用的是定無功控制方式,控制目標(biāo)是直流系統(tǒng)(含交流濾波器)與交流系統(tǒng)之間的無功平衡,該平衡由換流器消耗的無功功率及交流濾波器產(chǎn)生的無功功率共同確定。定無功控制方式是在滿足換流器的諧波濾波要求的前提下,通過投切無功元件和調(diào)整換流變抽頭來盡可能地將直流系統(tǒng)與交流系統(tǒng)之間的無功交換控制在預(yù)定的范圍內(nèi)。

wrm-t10.gif

    當(dāng)濾波器投切造成諧波不穩(wěn)定時(shí),由于交流母線電壓的嚴(yán)重畸變,換相電壓過零點(diǎn)發(fā)生漂移,假定換相電壓過零點(diǎn)漂移所產(chǎn)生的相移角為wrm-t10-x1.gif,則此時(shí)逆變器的關(guān)斷角為:

    wrm-gs3.gif

式中,k為換流變壓器變比;Id為直流電流;β為觸發(fā)超前角;XC為換相電抗;UL為交流換流母線電壓。由式(3)可知,換相電壓過零點(diǎn)發(fā)生漂移時(shí),如果wrm-t10-x1.gif為正值,就會(huì)造成逆變側(cè)的關(guān)斷角γ減小,減小的量即為漂移的相wrm-t10-x1.gif。隨著γ的減小,換相裕度也會(huì)減小,系統(tǒng)面臨換相失敗的危險(xiǎn)。當(dāng)γ進(jìn)一步減小且小于minγ時(shí),逆變側(cè)發(fā)生換相失敗。

    濾波器高壓直流輸電系統(tǒng)正常工作時(shí),整流側(cè)逆變側(cè)每極各有3組濾波器,分別是雙調(diào)諧濾波器、高通濾波器和純電容。在濾波器進(jìn)行投切時(shí)會(huì)引起系統(tǒng)的電壓波動(dòng),甚至可能造成換相失敗。

    本文進(jìn)行了多組結(jié)合的濾波器投切實(shí)驗(yàn),其中純電容以及高通濾波器的投切并未引起系統(tǒng)的較大擾動(dòng)。在雙調(diào)諧濾波器動(dòng)作時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的擾動(dòng),結(jié)果如圖11所示。

wrm-t11.gif

    根據(jù)直流母線電壓的下降以及a相電壓的畸變,可以得出在投入雙調(diào)諧濾波器時(shí),產(chǎn)生了一次換相失敗。

    在投切交流濾波器時(shí),時(shí)而發(fā)生換相失敗的情況,這是因?yàn)镾C型并聯(lián)電容器并不帶有串聯(lián)電抗器,這使得其沒有限制電流的能力。由于換流站交流濾波器容量很大,因此在投入時(shí)會(huì)產(chǎn)生很大的沖擊電流,導(dǎo)致500 kV交流系統(tǒng)電壓波形瞬時(shí)凹陷,從而使換流閥的關(guān)斷電壓降低,此時(shí)若正好有閥處于換相過程中,由于交流電壓波形凹陷、反向關(guān)斷電壓不足以將導(dǎo)通閥關(guān)斷,其會(huì)繼續(xù)導(dǎo)通,而另一橋臂上的閥扔正常換相,這樣的過程就會(huì)造成同一相的上下2個(gè)閥同時(shí)導(dǎo)通,形成旁通對(duì),導(dǎo)致?lián)Q相失敗。

    改變?yōu)V波器的投切時(shí)間,使濾波器投切時(shí)處于不同的相位角,觀察輸電系統(tǒng)的電氣量變化。

    (1)進(jìn)行小組交流濾波器投入操作時(shí),將會(huì)導(dǎo)致交流母線電壓發(fā)生畸變,延遲交流母線電壓過零點(diǎn)90°合閘時(shí)電壓畸變最為嚴(yán)重,同時(shí)將會(huì)引起直流系統(tǒng)瞬時(shí)換相失敗。引發(fā)換相失敗的原因是逆變站交流母線電壓發(fā)生畸變,該畸變持續(xù)時(shí)間很短,通常不超過一個(gè)周波,不會(huì)引起直流系統(tǒng)多次換相失敗,也不會(huì)引起直流閉鎖。

    (2)進(jìn)行小組交流濾波器切除操作時(shí),即使濾波器開關(guān)不滿足在交流母線電壓過零點(diǎn)附近分閘,也不會(huì)導(dǎo)致交流母線電壓畸變和直流系統(tǒng)換相失敗。

3  故障對(duì)風(fēng)機(jī)組的影響

    對(duì)比所得的不含風(fēng)場(chǎng)的輸電線路與含風(fēng)場(chǎng)的仿真結(jié)果,發(fā)現(xiàn)含風(fēng)場(chǎng)的系統(tǒng)更加不穩(wěn)定,電壓波動(dòng)較大,更易產(chǎn)生換相失敗。同時(shí)風(fēng)場(chǎng)處產(chǎn)生的過電壓可能會(huì)導(dǎo)致風(fēng)電場(chǎng)的大規(guī)模脫網(wǎng),從而引起更大的功率缺失。因此,為了達(dá)到現(xiàn)有的高電壓穿越的技術(shù)要求,需要采取一定的措施降低風(fēng)機(jī)側(cè)電壓與定轉(zhuǎn)子側(cè)電流,以保證風(fēng)機(jī)的連續(xù)運(yùn)行。

3.1  輸電系統(tǒng)措施

3.1.1  利用無功補(bǔ)償

    HVDC在運(yùn)行時(shí)需要消耗大量無功功率,對(duì)其(特別是與弱交流系統(tǒng)相連時(shí))進(jìn)行無功補(bǔ)償采用動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置,增大系統(tǒng)的有效短路比,從而降低逆變站換流母線電壓對(duì)暫態(tài)故障的靈敏度,在一定程度上維持直流系統(tǒng)換相電壓穩(wěn)定,減小交流系統(tǒng)母線電壓大幅度下降時(shí)逆變器換相失敗的發(fā)生幾率[8-9]。

3.1.2  采用較大平波電抗器

    交流系統(tǒng)故障時(shí),直流電壓下降,在HVDC施加平波電抗可一定程度上抑制直流線路電容的放電電流,一般整流側(cè)平波電抗器的電感量比逆變側(cè)稍小[10]。

3.1.3  采取改進(jìn)控制方式

    等間隔觸發(fā)脈沖控制方式:逆變側(cè)交流系統(tǒng)不對(duì)稱故障時(shí),這種控制方式有利于系統(tǒng)穩(wěn)定性,相對(duì)于分相觸發(fā)方式而言,可在一定程度上減小換相失敗的發(fā)生幾率[11]

3.1.4  發(fā)生連續(xù)換相失敗時(shí)的控制

    逆變器2次連續(xù)換相失敗時(shí),直流電壓極性將會(huì)發(fā)生倒轉(zhuǎn),致使工頻交流介入直流回路中,此時(shí)應(yīng)將電流從故障閥轉(zhuǎn)移到旁通對(duì),從而減少故障閥中故障電流流過的時(shí)間。旁通對(duì)可使得逆變器交流側(cè)中與之相連的交流相接入直流回路,直流回路短路、閥組閉鎖以減少交流系統(tǒng)故障時(shí)換流變壓器造成的直流偏磁[12]。逆變器多次連續(xù)換相失敗難以自行恢復(fù)時(shí),換流閥閉鎖和旁通,待交流電壓恢復(fù)后,直流系統(tǒng)重新啟動(dòng)運(yùn)行[13]。

3.2  風(fēng)機(jī)采取措施

3.2.1  改進(jìn)風(fēng)機(jī)控制策略

    當(dāng)輸電系統(tǒng)產(chǎn)生故障時(shí),雙饋風(fēng)機(jī)可以從電網(wǎng)中吸收一定的無功功率,從而可以減小機(jī)端電壓的驟升程度,緩解對(duì)風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的沖擊。當(dāng)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)檢測(cè)到風(fēng)機(jī)電壓驟升時(shí),風(fēng)機(jī)進(jìn)入無功支撐模式。

3.2.2  增加外部硬件

    壓差的增大導(dǎo)致定子電流的激增,因此可以電壓驟升時(shí)在電網(wǎng)與雙饋風(fēng)機(jī)之間串聯(lián)一個(gè)阻值適當(dāng)?shù)碾娮瑁ㄟ^增加阻抗值來減小電流。

    轉(zhuǎn)子側(cè)由于電壓的驟升也會(huì)感應(yīng)出一個(gè)較大的驟升電壓,也會(huì)有較大的沖擊電流,在產(chǎn)生過電壓時(shí)也可以在轉(zhuǎn)子側(cè)串入適當(dāng)?shù)碾娮鑱頊p小電流的沖擊。

3.2.3  在直流母線側(cè)加上Chopper電路

    為轉(zhuǎn)子側(cè)過剩的能量提供一個(gè)泄放的途徑,從而保護(hù)轉(zhuǎn)子側(cè)變流器且維持直流母線電壓。卸荷支路一般由控制支路、卸荷電阻、電力電子功率器件構(gòu)成。為了使直流側(cè)兩端能量實(shí)現(xiàn)匹配,通過控制電力電子功率器件導(dǎo)通與關(guān)斷達(dá)到控制卸荷電阻投入和切出,最終達(dá)到直流側(cè)電容、電壓穩(wěn)定的目的[14]。

參考文獻(xiàn)

[1] 孫鵬. 基于滑??刂频淖兯俸泐l雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制策略研究[D]. 北京: 華北電力大學(xué),2014.

[2] 肖文英. 并網(wǎng)型直驅(qū)永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)低電壓穿越技術(shù)的研究[D]. 長沙: 湖南大學(xué),2011.

[3] 解慧力. 雙饋風(fēng)電機(jī)組三相短路脫網(wǎng)條件計(jì)算及其接入配網(wǎng)的故障恢復(fù)[D]. 重慶: 重慶大學(xué),2015.

[4] 徐海亮, 章瑋, 陳建生,等. 考慮動(dòng)態(tài)無功支持的雙饋風(fēng)電機(jī)組高電壓穿越控制策略[J]. 中國電機(jī)工程學(xué)報(bào), 2013, 33(36): 112-119.

[5] 何朝榮, 李興源, 金小明, 等. 高壓直流輸電系統(tǒng)換相失敗的判斷標(biāo)準(zhǔn)[J]. 電網(wǎng)技術(shù), 2006(22): 19-23, 58.

[6] 劉晉. 雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)控制策略研究[D]. 北京: 華北電力大學(xué), 2014.

[7] 楊燦. 哈鄭特高壓直流換相失敗對(duì)風(fēng)電影響的仿真研究[D]. 北京: 華北電力大學(xué), 2015.

[8] 陳樹勇, 李新年, 余軍, 等. 基于正余弦分量檢測(cè)的高壓直流換相失敗預(yù)防方法[J]. 中國電機(jī)工程學(xué)報(bào),2005,25(14):1-6.

[9] 周長春, 徐政. 聯(lián)于弱交流系統(tǒng)的HVDC故障恢復(fù)特性仿真分析[J]. 電網(wǎng)技術(shù),2003,27(11):19-21.

[10] 黃玉東. 高壓直流輸電換相失敗的研究[D].北京:華北電力大學(xué),2006.

[11] 任震, 歐開健, 荊勇, 等. 直流輸電系統(tǒng)換相失敗的研究(二)———避免換相失敗的措施[J].電力自動(dòng)化設(shè)備,  2003, 23(6):6-9.

[12] 羅隆福, 周金萍, 李勇, 等. HVDC 換相失敗典型暫態(tài)響應(yīng)特性及其抑制措施[J]. 電力自動(dòng)化設(shè)備,2008,28(4):5-9.

[13] 艾飛, 李興源, 李偉, 等. HVDC換相失敗判據(jù)及恢復(fù)策略的研究[J]. 四川電力技術(shù),2008,31(4):10-13.

[14] 宋鵬, 常靜, 白愷, 等. 雙饋風(fēng)機(jī)的高電壓穿越改進(jìn)方法及仿真分析[J]. 華北電力技術(shù), 2015(10): 40-46.




作者信息:

王瑞明1,張  利1,劉  橋2,姜蓉蓉2,劉  晉2

(1. 中國電力科學(xué)研究院新能源與儲(chǔ)能運(yùn)行控制國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100192;

2. 華北電力大學(xué),北京 102206)

此內(nèi)容為AET網(wǎng)站原創(chuàng),未經(jīng)授權(quán)禁止轉(zhuǎn)載。