- 頭條昆明理工大學科研團隊在雙饋風機短路電流分析上取得新成果2022-04-05 作者：楊興雄、束洪春 等 | 來源：《電工技術學報》 | 點擊率：導語昆明理工大學電力工程學院的研究人員楊興雄、束洪春 等，在2021年第22期《電工技術學報》上撰文，首先從機理和磁鏈角度出發，分析機端電壓跌落時雙饋式感應發電機短路電流特性。在此基礎上，研究電阻串聯電容的阻容式撬棒電路對短路電流的影響，并綜合考慮撬棒動作時間，將故障過程分為兩個階段。以轉子暫態磁鏈作為連接兩個階段的紐帶，對計及阻容式撬棒投入時間的定轉子短路電流解析式進行推導，結合解析式并從消除轉子短路電流暫態直流分量角度考慮推出電容的表達式。
隨著經濟的快速發展，傳統能源的短板日益明顯，需要尋找新的可替代能源，在這樣的大趨勢下，風能及太陽能等綠色可再生能源逐漸成為發展的重點。而其中風能作為一種可再生的無污染的清潔能源，在世界各地得到了大力發展應用，成為各國能源結構中不可或缺的部分。
雙饋式感應發電機具有調節快速、解耦的有功無功功率控制、變速恒頻運行、造價低廉等優點，成為目前較為常用的主流機型。但是定子側對于電網故障的感受能力很強，在機端電壓驟降時，會引起風電機組轉子側的大電流和過電壓。由于變流器容量小，難以承受高電壓大電流，會造成風電機組脫網，隨著風電機組并網容量的提高，可能會引起系統潮流的大范圍波動，甚至崩潰。
圖1 雙饋風機模型
目前，雙饋式風電機組對于過電流、過電壓的保護主要采用Crowbar保護電路，該電路能夠有效地提高風機的低電壓穿越能力。但是相關文獻在研究過程中，對雙饋風機故障后的暫態特性進行了非常深入的研究，并對撬棒保護電路投入后定轉子電流表達式進行了推導，同時還分析了影響短路電流的多種因素。但多是針對傳統的電阻式撬棒進行解析推導，而對新型的阻容式撬棒短路電流的推導文獻較少。大多是從理論方面分析，鮮有文獻進行解析式的推導，暫未有文獻對考慮阻容式撬棒動作時間的短路電流解析式進行推導。
針對上述問題，昆明理工大學電力工程學院的研究人員楊興雄、束洪春 等，在2021年第22期《電工技術學報》上撰文，首先從機理和磁鏈角度出發，分析機端電壓跌落時雙饋式感應發電機短路電流特性。在此基礎上，研究電阻串聯電容的阻容式撬棒電路對短路電流的影響，并綜合考慮撬棒動作時間，將故障過程分為兩個階段。以轉子暫態磁鏈作為連接兩個階段的紐帶，對計及阻容式撬棒投入時間的定轉子短路電流解析式進行推導，結合解析式并從消除轉子短路電流暫態直流分量角度考慮推出電容的表達式。
圖2 改進撬棒電路結構
研究人員在Matlab/Simulink平臺上搭建1.5MW雙饋風機動態模型，對短路電流解析式的正確性以及阻容式撬棒在抑制轉子浪涌電流、改善無功功率吸收、濾除轉子側故障電流直流分量等方面的有效性進行驗證。
圖3 仿真系統等效電路
他們得到以下結論：
1）采用故障分量法及拉式變換法推導得到電網發生三相電壓跌落故障時，計及阻容式撬棒動作時間的定轉子短路電流表達式，并分析了不同動作時間對短路電流的影響。據此表達式可以從消除直流分量、抑制浪涌電流等方面考慮設計具體的撬棒參數。
2）通過對短路電流表達式及仿真的分析，投入阻容式撬棒后，定子短路電流主要是基頻穩態分量、衰減直流分量，轉子短路電流主要是差頻分量、衰減轉速頻率分量。同時，仿真分析發現，新型阻容式撬棒能更有效地抑制轉子浪涌電流、減少無功功率的吸收、消除轉子短路電流中的直流分量以及該直流在定子側產生的衰減轉速頻率分量，提高了風機低電壓穿越能力，并改善了雙饋風機的頻偏特性。
