新能源發(fā)電技術(shù) 課件 第七章-新能源發(fā)電的故障穿越技術(shù)

新能源發(fā)電的故障穿越技術(shù)第七章新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電技術(shù)的故障穿越技術(shù)?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院本章內(nèi)容：新能源發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)規(guī)范電網(wǎng)電壓故障下新能源發(fā)電設(shè)備的暫態(tài)數(shù)學(xué)模型網(wǎng)側(cè)變流器的低電壓穿越技術(shù)雙饋風(fēng)機的低電壓穿越技術(shù)換相失敗引發(fā)的送端電網(wǎng)電壓故障

第七章新能源發(fā)電技術(shù)的故障穿越技術(shù)?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院7.1能源發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)規(guī)范頻率故障穿越要求新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電技術(shù)的故障穿越技術(shù)電力系統(tǒng)的頻率變化是受到電網(wǎng)的有功功率平衡決定的，當(dāng)發(fā)電量大于負荷時電網(wǎng)頻率會升高，當(dāng)發(fā)電量小于負荷時電網(wǎng)頻率會下降。因此根據(jù)電網(wǎng)頻率實時調(diào)整新能源機組有功輸出。48.5-50.5Hz要求風(fēng)電機組維持正常工作狀態(tài)48-48.5Hz、47.5-48Hz、47-47.5Hz或46.5-47Hz分別要求風(fēng)電機組維持30分鐘、60秒、20秒或5秒的持續(xù)運行低于46.5Hz具體運行要求需根據(jù)其允許運行最低頻率而定處于50.5-51Hz或51-51.5Hz分別要求風(fēng)電機組維持3分鐘或30秒的持續(xù)運行高于51.5Hz具體運行要求需根據(jù)其允許運行最高頻率而定《GB/T19963-2021風(fēng)電場接入電力系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定》?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院7.1能源發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)規(guī)范電壓故障穿越要求新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電技術(shù)的故障穿越技術(shù)國家電網(wǎng)電壓驟降電網(wǎng)電壓驟升剩余電壓(p.u.)并網(wǎng)運行時間(s)剩余電壓(p.u.)并網(wǎng)運行時間(s)丹麥0.20.51.30.1澳大利亞00.11.30.06德國00.151.20.1西班牙00.151.30.25加拿大00.15——愛爾蘭0.150.625——新西蘭00.2——英國0.150.14——美國0.150.6251.21中國0.20.6251.30.5電力系統(tǒng)的電壓變化是受到電網(wǎng)的無功功率平衡決定的。無功過多時電網(wǎng)電壓會升高，無功不足時電網(wǎng)電壓會降低。各國并網(wǎng)導(dǎo)則和標(biāo)準(zhǔn)均要求風(fēng)電機組能夠在一定的電壓波動范圍內(nèi)正常運行。?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院7.1能源發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)規(guī)范新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電技術(shù)的故障穿越技術(shù)以高電壓穿越為例：自并網(wǎng)點電壓升高出現(xiàn)的時刻起，風(fēng)電場動態(tài)無功電流上升時間不大于40ms；自并網(wǎng)點電壓恢復(fù)至標(biāo)稱電壓110%以下的時刻起，風(fēng)電場應(yīng)在40ms內(nèi)退出主動提供的動態(tài)無功電流增量。電壓故障穿越要求新能源發(fā)電設(shè)備發(fā)出的有功功率與網(wǎng)側(cè)變流器輸出的有功功率相等（Ps=Pg）時網(wǎng)側(cè)變流器的直流母線電壓可以保持恒定。當(dāng)Ps>Pg時，網(wǎng)側(cè)變流器直流母線電壓會升高.?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院7.2電壓故障下新能源設(shè)備暫態(tài)數(shù)學(xué)模型網(wǎng)側(cè)變流器暫態(tài)數(shù)學(xué)模型新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電技術(shù)的故障穿越技術(shù)新能源發(fā)電設(shè)備可以是儲能電池、光伏發(fā)電板、風(fēng)力發(fā)電機接機側(cè)變流器等多種形式。流經(jīng)直流母線電容的電流電容電流方程能量關(guān)系?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院7.2電壓故障下新能源設(shè)備暫態(tài)數(shù)學(xué)模型雙饋風(fēng)機暫態(tài)數(shù)學(xué)模型新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電技術(shù)的故障穿越技術(shù)假設(shè)t=tf時刻，電網(wǎng)發(fā)生三相對稱電壓故障，忽略機端電壓相位跳變，短路前、后同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的機端電壓矢量us為故障前后的定子磁鏈ψs為Us0、φ：機端電壓穩(wěn)態(tài)運行幅值和初始相角K：電網(wǎng)電壓發(fā)生故障后機端電壓幅值變化比例Us0：穩(wěn)態(tài)運行時的機端電壓矢量Ω1：同步角速度τ1=jω1+Rs/Ls：定子暫態(tài)磁鏈的衰減時間常數(shù)?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院7.2電壓故障下新能源設(shè)備暫態(tài)數(shù)學(xué)模型雙饋風(fēng)機暫態(tài)數(shù)學(xué)模型新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電技術(shù)的故障穿越技術(shù)在故障發(fā)生后，定子磁鏈包含一個由

主導(dǎo)的周期交流成分和一個由

主導(dǎo)的衰減直流成分。為了補償機端電壓瞬間變化造成的定子磁鏈變化，定子繞組中感應(yīng)出暫態(tài)直流磁鏈分量暫態(tài)分量的最大值和機端電壓變化量的大小和故障時刻有關(guān)定子磁鏈動態(tài)表現(xiàn)為弱阻尼模式，衰減持續(xù)時間通常較長隨著暫態(tài)磁鏈衰減為零，定子磁鏈將穩(wěn)定于新的穩(wěn)態(tài)值電網(wǎng)電壓跌落50%

電網(wǎng)電壓驟升30%

?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院7.2電壓故障下新能源設(shè)備暫態(tài)數(shù)學(xué)模型雙饋風(fēng)機暫態(tài)數(shù)學(xué)模型新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電技術(shù)的故障穿越技術(shù)轉(zhuǎn)子磁鏈ψr和轉(zhuǎn)子電壓ur為轉(zhuǎn)子側(cè)的電壓平衡方程為反電動勢e表示定子磁鏈動態(tài)對轉(zhuǎn)子電流的影響ur為轉(zhuǎn)子側(cè)變流器交流輸出的等效電壓矢量，反映轉(zhuǎn)子側(cè)變流器控制性能對轉(zhuǎn)子電流的影響轉(zhuǎn)子電流的變化由定子磁鏈以及轉(zhuǎn)子側(cè)變流器共同決定?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院7.2電壓故障下新能源設(shè)備暫態(tài)數(shù)學(xué)模型雙饋風(fēng)機暫態(tài)數(shù)學(xué)模型新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電技術(shù)的故障穿越技術(shù)將反電勢變化為機端電壓的函數(shù)穩(wěn)態(tài)運行時，DFIG的反電勢保持恒定電網(wǎng)電壓故障后，在定子磁鏈暫態(tài)直流分量的作用下，反電勢中感生出暫態(tài)直流分量定子磁鏈暫態(tài)直流分量的大小和機端電壓變化量和故障時刻有關(guān)，而反電勢除了上述因素外還與DFIG的滑差率有關(guān)S：感應(yīng)發(fā)電機滑差率，s=(ω1-ωr)/ω1Ωr：轉(zhuǎn)子電角速度Ep：反電動的周期分量，ep=sLmkus0/LsEd：反電勢的暫態(tài)直流分量初始量，ed=(s-1)(1-k)Lmus0/Ls?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院7.2電壓故障下新能源設(shè)備暫態(tài)數(shù)學(xué)模型雙饋風(fēng)機暫態(tài)數(shù)學(xué)模型新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電技術(shù)的故障穿越技術(shù)將反電勢變化為機端電壓的函數(shù)S：感應(yīng)發(fā)電機滑差率，s=(ω1-ωr)/ω1Ωr：轉(zhuǎn)子電角速度Ep：反電動的周期分量，ep=sLmkus0/LsEd：反電勢的暫態(tài)直流分量初始量，ed=(s-1)(1-k)Lmus0/Ls反電勢的周期分量與滑差率成正比，考慮到DFIG的滑差率通常來說不會超過0.3，周期反電勢一般較小。暫態(tài)直流反電勢的幅值與(s-1)成正比，其值可能遠大于周期反電勢。?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院7.2電壓故障下新能源設(shè)備暫態(tài)數(shù)學(xué)模型雙饋風(fēng)機暫態(tài)數(shù)學(xué)模型新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電技術(shù)的故障穿越技術(shù)假設(shè)變流器容量足夠大，DFIG轉(zhuǎn)子側(cè)的保護未動作。轉(zhuǎn)子電壓的大小由轉(zhuǎn)子側(cè)變流器的控制決定，DFIG轉(zhuǎn)子側(cè)變流器控制采用定子磁鏈定向矢量控制技術(shù)。轉(zhuǎn)子側(cè)變流器的電流內(nèi)環(huán)控制回路，其控制方程為?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院7.2電壓故障下新能源設(shè)備暫態(tài)數(shù)學(xué)模型雙饋風(fēng)機暫態(tài)數(shù)學(xué)模型新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電技術(shù)的故障穿越技術(shù)假設(shè)電流控制回路閉環(huán)帶寬足夠大，變流器交流側(cè)電壓能無差地跟蹤參考值，忽略開關(guān)暫態(tài)特性，電網(wǎng)電壓故障下的轉(zhuǎn)子電壓ur為由于采用定子磁鏈定向控制，轉(zhuǎn)子電流參考值為考慮定子磁鏈與變流器控制系統(tǒng)對轉(zhuǎn)子電流的影響，電網(wǎng)電壓故障后的轉(zhuǎn)子電流動態(tài)方程為式中，μ=(Rr+krip)/σLr；λ=krii/σLr?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院7.2電壓故障下新能源設(shè)備暫態(tài)數(shù)學(xué)模型雙饋風(fēng)機暫態(tài)數(shù)學(xué)模型新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電技術(shù)的故障穿越技術(shù)電網(wǎng)電壓故障下DFIG的轉(zhuǎn)子回路為2階動態(tài)電路，求解微分方程可得電網(wǎng)電壓故障下DFIG的轉(zhuǎn)子電流為其中的irn為轉(zhuǎn)子電流的自然分量，與轉(zhuǎn)子正常運行的電流ir0有關(guān)，具體為式中，Ps0為DFIG穩(wěn)態(tài)運行的功率

irf1為轉(zhuǎn)子電流對轉(zhuǎn)子電流指令的響應(yīng)，irf2為轉(zhuǎn)子電流對暫態(tài)直流反電勢的響應(yīng)，具體為?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院7.2電壓故障下新能源設(shè)備暫態(tài)數(shù)學(xué)模型雙饋風(fēng)機暫態(tài)數(shù)學(xué)模型新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電技術(shù)的故障穿越技術(shù)電網(wǎng)發(fā)生對稱電壓故障時轉(zhuǎn)子三相電流在三相靜止坐標(biāo)系中表示為在轉(zhuǎn)子側(cè)變流器可控條件下，DFIG的轉(zhuǎn)子電流包含周期分量和暫態(tài)直流分量電網(wǎng)對稱短路時的轉(zhuǎn)子電流相當(dāng)于在轉(zhuǎn)子電流基頻參考值上疊加了2個暫態(tài)分量?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院7.2電壓故障下新能源設(shè)備暫態(tài)數(shù)學(xué)模型雙饋風(fēng)機暫態(tài)數(shù)學(xué)模型新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電技術(shù)的故障穿越技術(shù)電網(wǎng)對稱短路時的轉(zhuǎn)子電流相當(dāng)于在轉(zhuǎn)子電流基頻參考值上疊加了2個暫態(tài)分量，自然分量和暫態(tài)直流分量。自然分量暫態(tài)直流分量變流器參數(shù)目標(biāo)轉(zhuǎn)子電流暫態(tài)直流反電勢目標(biāo)轉(zhuǎn)子電流機端電壓變化量風(fēng)機轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)子側(cè)變流器控制參數(shù)電網(wǎng)電壓跌落50%電網(wǎng)電壓驟升30%?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院7.3網(wǎng)側(cè)變流器的低電壓穿越技術(shù)Chopper電路新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電技術(shù)的故障穿越技術(shù)為了實現(xiàn)對電網(wǎng)電壓跌落故障下的網(wǎng)側(cè)變流器中的直流側(cè)過電壓實現(xiàn)有效抑制，直流斬波器（Chopper）是一種廣泛采用的低電壓穿越技術(shù)。直流母線電容的功率平衡方程為若Chopper動作后，直流電壓不超過直流側(cè)電壓最大允許值，則卸荷電阻RL的值應(yīng)滿足Udcmax：直流側(cè)允許最大電壓值?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院7.3網(wǎng)側(cè)變流器的低電壓穿越技術(shù)新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電技術(shù)的故障穿越技術(shù)依據(jù)經(jīng)驗綜合考慮各種因素，卸荷電阻的理論范圍為Chopper電路除了通過開關(guān)管直接連接卸荷電阻的形式，還有一些改進的拓撲結(jié)構(gòu)：直流降壓式變換電路（Buck電路）在風(fēng)機中加裝機側(cè)變頻器Chopper電路?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院7.3網(wǎng)側(cè)變流器的低電壓穿越技術(shù)直流儲能單元新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電技術(shù)的故障穿越技術(shù)直流儲能單元采用儲能系統(tǒng)將多余的能量儲存起來，在實現(xiàn)并網(wǎng)變流器的低電壓穿越的同時避免了能量的浪費。超級電容儲能系統(tǒng)（supercapacitorenergystoragesystem，SC_ESS）由超級電容器組和雙向Buck/Boost變換器構(gòu)成，Lsc為雙向Buck/Boost變換器濾波電感。超級電容儲能的直流儲能單元拓撲直流儲能單元飛輪儲能超級電容儲能電池儲能超導(dǎo)儲能?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院7.3網(wǎng)側(cè)變流器的低電壓穿越技術(shù)直流儲能單元新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電技術(shù)的故障穿越技術(shù)SC_ESS在低電壓故障下的控制分為三個階段。故障開始后又切除直至Ps=Pg的時刻，直流母線給超級電容充電，在Ps=Pg時刻超級電容端電壓達到最大值。Ps<Pg，直至超級電容端電壓下降到設(shè)定切除值，網(wǎng)側(cè)輸出有功功率的能力大于新能源發(fā)電設(shè)備注入的功率，超級電容按設(shè)定功率或者恒定電流進行放電，將LVRT過程中存儲的能量注入電網(wǎng)，保證超級電容在每次LVRT后的一定時間內(nèi)恢復(fù)到初始狀態(tài)。SC_ESS停止工作。隨著SC_ESS完成能量輸出，各個變流器環(huán)節(jié)恢復(fù)正常工作。?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院7.3網(wǎng)側(cè)變流器的低電壓穿越技術(shù)動態(tài)電壓恢復(fù)器新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電技術(shù)的故障穿越技術(shù)動態(tài)電壓恢復(fù)器(dynamicvoltagerestorer，DVR)是一種具有很好動態(tài)性能的串聯(lián)型電能質(zhì)量控制器。當(dāng)電網(wǎng)電壓發(fā)生跌落時，動態(tài)電壓恢復(fù)器能夠在幾個毫秒內(nèi)向電網(wǎng)注入一個幅值、相位可控的串聯(lián)補償電壓，從而確保負荷側(cè)電壓與故障前的電壓一致。?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院7.3網(wǎng)側(cè)變流器的低電壓穿越技術(shù)動態(tài)電壓恢復(fù)器新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電技術(shù)的故障穿越技術(shù)DVR電壓控制的主要目的是維持負荷電壓的穩(wěn)定。通常采用電壓反饋控制，將負荷側(cè)電壓或者DVR輸出電壓作為反饋信號，保證響應(yīng)速度的同時使所控制的機端電壓準(zhǔn)確跟蹤參考指令。電壓反饋采用傳統(tǒng)的PI控制器，控制器的傳遞函數(shù)為動態(tài)電壓恢復(fù)器的電壓反饋控制框圖為?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院7.4雙饋風(fēng)機的低電壓穿越技術(shù)Crowbar電路新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電技術(shù)的故障穿越技術(shù)抑制雙饋風(fēng)機轉(zhuǎn)子過電流的最常用方法是采用撬棒（Crowbar）保護電路，通過在雙饋風(fēng)機轉(zhuǎn)子側(cè)加裝Crowbar電路來短接雙饋風(fēng)機的轉(zhuǎn)子繞組、旁路轉(zhuǎn)子側(cè)變流器，為轉(zhuǎn)子暫態(tài)電流提供回路。其中二極管橋型Crowbar由于其控制簡單、成本低等特點，而成為主流的Crowbar電路拓撲。所用開關(guān)器件類型反并聯(lián)晶閘管帶旁路電阻型被動式主動式二極管橋型全控橋型?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院7.4雙饋風(fēng)機的低電壓穿越技術(shù)勵磁強化措施新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電技術(shù)的故障穿越技術(shù)勵磁強化措施的基本思路是在雙饋風(fēng)機的低電壓穿越過程中重新設(shè)計轉(zhuǎn)子電流指令，使之具有抵消雙饋電機定子磁鏈暫態(tài)分量與負序分量的能力。這種“主動消磁”的控制策略可以衰減暫態(tài)磁鏈、抵消負序磁鏈，從而降低電網(wǎng)電壓驟變瞬間雙饋電機產(chǎn)生的過電流效應(yīng)?；静桓淖儌鹘y(tǒng)矢量控制結(jié)構(gòu)，僅在前向通道添加電壓或電流補償項。加入前饋補償“滅磁”控制虛擬阻尼技術(shù)采用比例反饋校正的方式增加轉(zhuǎn)子側(cè)的等效電阻，從而抑制低電壓穿越過程中雙饋風(fēng)機磁鏈和電流的振蕩。重新設(shè)計故障條件下轉(zhuǎn)子電流參考值，使之產(chǎn)生出與定子磁鏈暫態(tài)直流分量反相位的轉(zhuǎn)子電流空間矢量及其相應(yīng)漏磁場分量，以加速定子磁鏈暫態(tài)直流分量的衰減。?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院7.4雙饋風(fēng)機的低電壓穿越技術(shù)勵磁強化措施新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電技術(shù)的故障穿越技術(shù)與傳統(tǒng)的控制方案相比，加入前饋補償?shù)乃悸敷w現(xiàn)在原來控制器基礎(chǔ)上再加上計及定子勵磁電流變化的補償量，以此對解耦電路作了必要的修正。優(yōu)點：不改變傳統(tǒng)矢量控制結(jié)構(gòu)，易于移植和工程化不足：控制效果依賴變流器容量，只能應(yīng)對輕度的對稱電壓跌落故障加入前饋補償?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院7.4雙饋風(fēng)機的低電壓穿越技術(shù)勵磁強化措施新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電技術(shù)的故障穿越技術(shù)考慮雙饋風(fēng)機中的互感遠大于定轉(zhuǎn)子的漏感值，電網(wǎng)電壓故障下的轉(zhuǎn)子電流可以近似表示為為了降低DFIG中的轉(zhuǎn)子電流，可以將轉(zhuǎn)子磁鏈控制為定子磁鏈的減小部分。這樣，故障轉(zhuǎn)子電流可以得到有效抑制?；谏鲜龇治觯岢隽艘环N基于磁鏈跟蹤的LVRT控制策略?！皽绱拧笨刂苾?yōu)點：可以加速磁鏈衰減，顯著降低電磁轉(zhuǎn)矩波動不足：要求利用轉(zhuǎn)子側(cè)變流器的電壓容量產(chǎn)生出抵消定子磁鏈暫態(tài)分量的轉(zhuǎn)子電流，控制效果同樣受到轉(zhuǎn)子側(cè)變流器的容量限制?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院7.4雙饋風(fēng)機的低電壓穿越技術(shù)勵磁強化措施新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電技術(shù)的故障穿越技術(shù)P為比例控制環(huán)節(jié)，轉(zhuǎn)子側(cè)電壓的參考值的計算傳遞函數(shù)為“滅磁”控制urdc和urqc分別為轉(zhuǎn)子電壓的增益分量，具體為?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院7.4雙饋風(fēng)機的低電壓穿越技術(shù)勵磁強化措施新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電技術(shù)的故障穿越技術(shù)為加快電流調(diào)節(jié)器的動態(tài)響應(yīng)實現(xiàn)對故障瞬間電流的有效控制，基于反饋校正理論將虛擬阻尼技術(shù)引入雙饋風(fēng)機的轉(zhuǎn)子側(cè)變流器控制中。虛擬阻尼技術(shù)C(s)：電流調(diào)節(jié)器傳遞函G(s)：轉(zhuǎn)子側(cè)變流器電流閉環(huán)被控對象的傳遞函數(shù)H(s)：轉(zhuǎn)子電流反饋環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)。電流調(diào)節(jié)器采用PI控制，其傳遞函數(shù)為轉(zhuǎn)子側(cè)變流器電流閉環(huán)被控對象的傳遞函數(shù)G(s)為優(yōu)點：有效降低對轉(zhuǎn)子電動勢對系統(tǒng)的低頻擾動不足：同樣受到雙饋變流器容量的限制，在發(fā)生更為嚴重的電網(wǎng)故障時無法有效實現(xiàn)穿越運行，需采用額外的硬件保護措施。?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院7.4雙饋風(fēng)機的低電壓穿越技術(shù)勵磁強化措施新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電技術(shù)的故障穿越技術(shù)虛擬阻尼技術(shù)轉(zhuǎn)子電流反饋環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)H(s)為此時，電流閉環(huán)被控對象傳遞函數(shù)可表示為采用比例反饋校正后，等效電阻Ra的串入相當(dāng)于增加了DFIG轉(zhuǎn)子側(cè)等效電阻，等效電阻Ra并不實際存在于轉(zhuǎn)子回路中，因此稱為虛擬阻尼。特高壓直流輸電技術(shù)是指±800kV及以上電壓等級的直流輸電及相關(guān)技術(shù)。特高壓直流輸電的主要特點是輸送容量大、輸電距離遠，電壓高，可用于電力系統(tǒng)非同步聯(lián)網(wǎng)。?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院7.5換相失敗引發(fā)的送端電網(wǎng)電壓故障新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電技術(shù)的故障穿越技術(shù)隨著能源危機和環(huán)境問題日趨嚴峻，以風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電為代表的新能源發(fā)電技術(shù)得到了快速發(fā)展。我國的風(fēng)光能資源分布極為不均勻，資源與負荷中心的逆向分布導(dǎo)致新能源發(fā)電無法就地消納。特高壓直流（UltraHighVoltageDirectCurrent，UHVDC）輸電技術(shù)是實現(xiàn)新能源發(fā)電遠距離傳輸?shù)挠行Х绞健?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院7.5換相失敗引發(fā)的送端電網(wǎng)電壓故障換相失敗引發(fā)的送端電網(wǎng)電壓波動機理新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電技術(shù)的故障穿越技術(shù)換相失?。寒?dāng)兩閥臂之間換相結(jié)束后，若預(yù)計關(guān)斷的閥在反向電壓作用的一段時間內(nèi)未能恢復(fù)正向電壓阻斷能力，或在反向電壓作用期間換相過程一直未能進行完畢，則在閥電壓由負變正時預(yù)計導(dǎo)通的閥將向預(yù)計關(guān)斷的閥倒換相。在直流系統(tǒng)中通常用關(guān)斷角γ來描述換向失敗的裕度，當(dāng)γ小于晶閘管恢復(fù)正向電壓阻斷能力所需的最小關(guān)斷角γmin時會發(fā)生換相失敗。?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院7.5換相失敗引發(fā)的送端電網(wǎng)電壓故障新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電技術(shù)的故障穿越技術(shù)以閥3對閥1換相失敗為例，來說明單次換相失敗過程：若閥3觸發(fā)時換相角較大，閥1在閥電壓過零點后有剩余載流子，則當(dāng)閥電壓由負轉(zhuǎn)正后，閥1不加觸發(fā)脈沖亦可重新導(dǎo)通，發(fā)生閥3向閥1的倒換相，閥3關(guān)斷。若換相角足夠大，甚至可能在閥1向閥3換相過程尚未完成時，發(fā)生閥3向閥1倒換相。倒換相結(jié)束后，閥1和閥2繼續(xù)導(dǎo)通，若無故障控制，仍按原定次序觸發(fā)各閥，在閥4導(dǎo)通后，閥4和閥1在直流側(cè)短路，導(dǎo)致直流電壓和功率驟降。換相失敗引發(fā)的送端電網(wǎng)電壓波動機理當(dāng)在受端換流站近區(qū)發(fā)生電網(wǎng)電壓故障時逆變橋的最小關(guān)斷角會快速增大，導(dǎo)致LCC-HVDC系統(tǒng)發(fā)生換相失敗故障。?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院7.5換相失敗引發(fā)的送端電網(wǎng)電壓故障新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電技術(shù)的故障穿越技術(shù)以下為典型±800kVLCC-HVDC系統(tǒng)的拓撲圖，送/受端換流站采用雙十二脈動換流橋結(jié)構(gòu)。換相失敗引發(fā)的送端電網(wǎng)電壓波動機理?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院7.5換相失敗引發(fā)的送端電網(wǎng)電壓故障新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電技術(shù)的故障穿越技術(shù)故障期間直流電壓和直流電流快速波動送端換流站從送端電網(wǎng)中吸收的無功功率先快速增加后快速減小送端電網(wǎng)中無功補償設(shè)備無法快速投切，導(dǎo)致送端換流站吸收無功功率快速增加時送端電網(wǎng)會出現(xiàn)低電壓故障在送端換流站吸收無功功率快速減少時送端電網(wǎng)則會出現(xiàn)過電壓故障換相失敗引發(fā)的送端電網(wǎng)電壓波動機理?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院7.5換相失敗引發(fā)的送端電網(wǎng)電壓故障換相失敗下送端電網(wǎng)的新能源發(fā)電設(shè)備數(shù)學(xué)模型新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電技術(shù)的故障穿越技術(shù)網(wǎng)側(cè)濾波器是一個線性電路，其輸出電流可以通過電源疊加定理進行分析。將電網(wǎng)故障下網(wǎng)側(cè)變流器的暫態(tài)響應(yīng)計算分為三個狀態(tài)分量：故障發(fā)生前的穩(wěn)態(tài)（狀態(tài)0）電網(wǎng)電壓變化的狀態(tài)（狀態(tài)1）GSC輸出電壓變化的狀態(tài)（狀態(tài)2）網(wǎng)側(cè)變流器數(shù)學(xué)模型?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院7.5換相失敗引發(fā)的送端電網(wǎng)電壓故障新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電技術(shù)的故障穿越技術(shù)在發(fā)生故障前，在dq旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下網(wǎng)側(cè)變流器的電壓電流為網(wǎng)側(cè)變流器數(shù)學(xué)模型—狀態(tài)0Ugd、Ugq、Igd、Igq：在dq軸上的電網(wǎng)電壓分量與輸出到電網(wǎng)的電流分量Uvscd、Uvscq、Ivscd、Ivscq：在dq軸上的網(wǎng)側(cè)變流器的電壓分量與輸出的電流分量IRCd和IRCq：在dq軸上輸出到RC濾波支路的電流分量Ugbase：電網(wǎng)的相電壓幅值Ig：輸出到電網(wǎng)的相電流幅值換相失敗下送端電網(wǎng)的新能源發(fā)電設(shè)備數(shù)學(xué)模型?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院7.5換相失敗引發(fā)的送端電網(wǎng)電壓故障新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電技術(shù)的故障穿越技術(shù)假設(shè)電網(wǎng)發(fā)生故障后，電網(wǎng)電壓幅值的變化量表示為時間函數(shù)u1g(t)。網(wǎng)側(cè)變流器輸出電流與電網(wǎng)電壓的關(guān)系為網(wǎng)側(cè)變流器數(shù)學(xué)模型—狀態(tài)1在電網(wǎng)電壓定向矢量控制下，在dq旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電網(wǎng)電壓為換相失敗下送端電網(wǎng)的新能源發(fā)電設(shè)備數(shù)學(xué)模型?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院7.5換相失敗引發(fā)的送端電網(wǎng)電壓故障新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電技術(shù)的故障穿越技術(shù)網(wǎng)側(cè)變流器數(shù)學(xué)模型—狀態(tài)1網(wǎng)側(cè)變流器的LC濾波環(huán)節(jié)的數(shù)學(xué)模型為網(wǎng)側(cè)變流器的輸出電流在復(fù)頻域表示為換相失敗下送端電網(wǎng)的新能源發(fā)電設(shè)備數(shù)學(xué)模型?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院7.5換相失敗引發(fā)的送端電網(wǎng)電壓故障新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電技術(shù)的故障穿越技術(shù)網(wǎng)側(cè)變流器數(shù)學(xué)模型—狀態(tài)1濾波器的RC支路電流在復(fù)頻域表示為計算得到的i1vscd(s)、i1vscq(s)、i1RCd(s)和i1RCq(s)變換到時域下，狀態(tài)1下網(wǎng)側(cè)變流器的輸出電流為換相失敗下送端電網(wǎng)的新能源發(fā)電設(shè)備數(shù)學(xué)模型?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院7.5換相失敗引發(fā)的送端電網(wǎng)電壓故障新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電技術(shù)的故障穿越技術(shù)網(wǎng)側(cè)變流器數(shù)學(xué)模型—狀態(tài)2濾波器RC支路的電流分量為狀態(tài)2下網(wǎng)側(cè)變流器輸出的電流可表示為濾波器電感Lf上電壓電流的關(guān)系式為換相失敗下送端電網(wǎng)的新能源發(fā)電設(shè)備數(shù)學(xué)模型?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院7.5換相失敗引發(fā)的送端電網(wǎng)電壓故障新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電技術(shù)的故障穿越技術(shù)網(wǎng)側(cè)變流器數(shù)學(xué)模型—狀態(tài)2網(wǎng)側(cè)變流器輸出電壓受電流環(huán)PI調(diào)節(jié)器參數(shù)以及解耦補償項的共同影響，網(wǎng)側(cè)變流器的輸出電壓為根據(jù)電源疊加定理，

igd(t)、

igq(t)、icd(t)和icq(t)為狀態(tài)2下網(wǎng)側(cè)變流器的輸出電壓為換相失敗下送端電網(wǎng)的新能源發(fā)電設(shè)備數(shù)學(xué)模型?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院7.5換相失敗引發(fā)的送端電網(wǎng)電壓故障新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電技術(shù)的故障穿越技術(shù)網(wǎng)側(cè)變流器數(shù)學(xué)模型—狀態(tài)2由此得到狀態(tài)2下的無功電流分量為網(wǎng)側(cè)變流器輸出的有功功率受到變流器容量以及新能源發(fā)電設(shè)備的輸出特性的影響，需根據(jù)具體的設(shè)備情況具體分析。對i2gq(s)作反拉普拉斯變換，可以得到狀態(tài)2電流時域解i2gq(t)。網(wǎng)側(cè)變流器輸出到電網(wǎng)的暫態(tài)無功功率為換相失敗下送端電網(wǎng)的新能源發(fā)電設(shè)備數(shù)學(xué)模型?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院7.5換相失敗引發(fā)的送端電網(wǎng)電壓故障新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電技術(shù)的故障穿越技術(shù)下圖所示為雙饋風(fēng)機的T型等效電路圖。考慮到雙饋風(fēng)機也是線性電路，可以根據(jù)電源疊加定理將DFIG的暫態(tài)電流響應(yīng)劃分為三個狀態(tài)分量：故障發(fā)生前的穩(wěn)狀（狀態(tài)0）定子電壓變化的狀態(tài)（狀態(tài)1）轉(zhuǎn)子電壓變化的狀態(tài)（狀態(tài)2）雙饋風(fēng)機數(shù)學(xué)模型換相失敗下送端電網(wǎng)的新能源發(fā)電設(shè)備數(shù)學(xué)模型?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院7.5換相失敗引發(fā)的送端電網(wǎng)電壓故障新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電技術(shù)的故障穿越技術(shù)在發(fā)生故障前，在dq