新能源发电系统并网逆变器的高电压穿越控制策略

放大字体  缩小字体 发布日期:2017-07-03 来源:中国知网 作者:郑重 耿华 杨耕 浏览次数:592
近年来,随着以风力发电和光伏发电为代表的 新能源发电系统的广泛商用和并网装机容量的不 断增加,其在电网故障条件下的运行与控制策略已 直接影响到电力系统的安全稳定运行[1-2]。现有的研 究主要集中于电网电压跌落故障对新能源发电系 统的电磁暂态影响分析[3-5]及相应的低电压穿越技 术探究[6-14],而与之对应的电网电压骤升条件下的 相关研究成果则尚不多见。事实上,实际电力系统 中电网电压的骤升常伴随着电网电压的跌落故障 而发生[15-17],如:电网电压跌落导致的负载突切可 引发电网电压的骤升、单相对地故障导致的单相重 合闸可引发电网三相不对称高压、电网电压跌落故 障清除后的恢复过程中也可能因所投入的电容补偿器不能及时退出而引发电网电压的骤升。因此, 为避免新能源发电系统在低电压穿越后因暂态高 压而脱网[18],有必要对其高电压穿越(high voltage ride-through,HVRT)控制策略加以研究。
现有的实现新能源发电系统 HVRT 的技术手 段可分为两大类:增加额外辅助装置和改进系统自 身控制。增加的辅助装置又可按照其工作方式分为 主动式和被动式,其中主动式主要包括静止同步补 偿器、动态电压恢复器及超导磁储能器[16,19],这类 装置的特点是通过缓解并网点处电网电压的故障 程度来将发电系统与电网故障“隔离”开来,从而 实现系统的不脱网安全运行;被动式装置主要包括 交流撬棒电阻和直流母线斩波电路[15,20],这类装置 一般在发电系统已感受到电网故障并激起自身电 磁暂态后触发,通过额外的卸荷回路来消耗掉系统 中多余的能量,以实现发电系统的自保。显然,增 加辅助装置的方案会大幅增加系统的成本,且辅助 装置与发电系统之间的协调控制问题也较为复杂。
与此同时,国内外一些学者则着眼于挖掘新能 源发电系统自身在电网电压骤升期间的控制能力。 文献[15,21-24]针对双馈风电机组,对其 HVRT 控 制策略进行了大量研究,所提出的“虚拟阻抗”、 “转子电流滞环”等控制方法可有效改善电网电压 骤升所激发的双馈电机自身的电磁暂态性能。值得 注意的是,较之新能源发电系统发电侧设备(风力发 电机、光伏板等)的控制,作为与电网接口的并网逆变 器(grid-connected inverter,GCI),其控制性能也将 直接影响着整个发电系统能否顺利实现 HVRT。电 网电压的骤升会带来 GCI 控制裕度的下降[15,25-27], 如若失控则会导致能量由电网倒灌进入逆变器进 而引发直流侧过压或过流,这不但会影响到系统发 电侧设备的有效控制,甚至会直接触发保护而脱 网。已有的研究成果[25-30]表明:在电网电压骤升期 间,可通过增加感性无功电流输出或提升直流母线 电压参考值来增加 GCI 的控制裕度。然而,这些研 究着重于验证其所提方法对于确保 GCI 可控的有 效性,缺少对于给定容量限制条件下 GCI 有功、无 功电流控制能力的理论分析。因而,一方面,对于 特定的电网电压骤升情况,直流母线电压参考值是 否有必要提升尚缺乏有效的理论依据;另一方面, 若需要提升直流母线电压参考值以实现 HVRT,如 何合理精确地选择其增量幅值值以避免过高的提升 也有待进一步研究。
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