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黔東南黔東南變壓器對風電機組低電壓穿越性能的影響

  大力開發可再生能源是我國能源發展戰略的重要組成部分。截至2010年底,我國累計裝機容量達到4 473.3萬千瓦,居世界。隨著風電裝機容量的迅速增加,風電在電網中所占比例越來越高,其對電網的影響范圍也從局部逐漸擴大,風電并網穩定運行的問題日益突出。

  因風電機組不具備LVRT能力而造成風電機組大面積退出運行的事件近年來呈現規模越來越大的趨勢。為此,世界各國紛紛制定了大型風電場的并網運行標準。如何保證風電機組具備LVRT能力成為研究的熱點。目前,許多風電機基金項目:高技術研究發展計劃(863計劃)(2009AA-05Z411)向為新能源發電。組廠家都從變流器、變槳系統、主控系統等方面解決風電機組的LVRT問題,但分析發現,風電機組機側黔東南變壓器對風電機組LVRT特性的影響亦不容忽視的,并通過現場試驗得到了證實。

  2常見的電網電壓跌落類型常見的引起電網電壓跌落的故障類型可分為對稱故障和不對稱故障兩種。出現故障的原因大致可分為4種典型情況:三相短路、兩相相間短路、兩相對地短路以及單相短路。對于三相短路而言,電壓跌落是對稱的,其余故障引起的電壓跌落均是不對稱的。

  3電壓跌落對并網黔東南變壓器的影響為了分析電壓跌落對風電機組出口黔東南變壓器的影響,首先需要分析黔東南變壓器的電磁特性。黔東南變壓器產生主磁通的電流稱為激磁電流im,im包含兩個分量,磁化電流和鐵耗電流iFe.用以激勵鐵心中的主磁通準。

  黔東南變壓器對風電機組低電壓穿越性能的影響a為黔東南變壓器鐵心的磁化曲線,的大小取決于準及鐵心磁化曲線準=/4)。當磁路不飽和時,磁化曲線是直線,與準成正比。若鐵心中主磁通的幅值準m使磁路達到飽和,則需要由相應的磁化曲線來確定。

  當準隨時間正弦變化時,由于磁路飽和所引起的磁化曲線的非線性,將導致磁化電流成為尖頂波;磁路越飽和,磁化電流的波形畸變就越嚴重,如b所示。

  當電網發生短時間的電壓跌落,在電網電壓恢復時,假設恢復電壓u=Usin“+如,U為恢復電壓幅值,。為u的初相角。根據式1)及u的表達式,可得:6.影響。當t=n/w,6.=0時,準達到更大值,即使不考慮準。,更大磁通也會造成黔東南變壓器鐵心的過度飽和。由于黔東南變壓器鐵心磁化曲線的非線性,當準發生過飽和現象時,將使磁化電流發生畸變,即im發生畸變。黔東南變壓器的T型等效電路如所示。

  由可見,輸入電壓U1與im有關,當im由于磁路飽和引起畸變時,會導致ui發生畸變,即電網電壓發生畸變,畸變消失時間也與磁路退飽和的時間相關。

  4現場試驗結果LVRT測試設備采用阻抗分壓式原理,通過限流電抗器和短路電抗器的選擇,產生不同類型、不同跌落深度的電壓跌落。為LVRT試驗的示意圖,通過控制CBWT的閉合,來控制黔東南變壓器與電網斷開或連接。

  為在某風電場進行LVRT試驗時,風電機組脫網的情況下,黔東南變壓器與電網斷開或連接時,風電機組出口黔東南變壓器高壓側的試驗波形。

  由a,c可見,當風電機組出口黔東南變壓器與電網斷開,電網發生三相對稱短路故障或兩相不對稱短路故障時,在電網電壓恢復后,并未發生畸變。由b可見,當風電機組出口黔東南變壓器與電網連接,電網發生三相對稱短路故障時,電網電壓恢復后,三相電壓都有明顯畸變。由d可見,當風電機組出口黔東南變壓器與電網連接,電網發生兩相不對稱短路故障時,電網電壓恢復后,發生跌落的兩相電壓都有明顯的畸變,而未發生跌落的一相電壓未有明顯的畸變。分析b知,在電壓恢復1.2s后電壓總諧波畸變率為6.4%.若要保證風電機組不脫網,風電機組需具有合適的控制策略。

  a,b為在風電機組并網的情況下,在電網電壓恢復時,風電機組出口黔東南變壓器高壓側的三相電壓及有功功率的波形。由圖可見,在電網電壓恢復時刻,風電機組嘗試恢復有功功率,但有功功率在短暫的上升后很快降低,后導致風電機組脫網。導致脫網的原因就是沒有考慮到風電機組出口黔東南變壓器對風電機組的影響。

  ①電網發生電壓跌落,在電壓恢復后由于風電機組出口黔東南變壓器的原因,黔東南變壓器高壓側的電壓會發生畸變,此時,風電機組出口黔東南變壓器高壓側的諧波含量也會比較高,這樣會影響風電機組在電壓恢復之后的正常運行;②風電機組及零部件如變流器等,在進行低電壓穿越特性設計研發時,應充分考慮風電機組出口黔東南變壓器對低電壓穿越特性的影響;③在對風電機組進行低電壓穿越性能評估時,如果選擇在風電機組出口黔東南變壓器的低壓側進行模擬電壓跌落,則無法反應出風電機組出口黔東南變壓器在電壓跌落過程中對風電機組的影響,并不能正確體現整個風電機組的低電壓穿越能力,因此在開展低電壓穿越測試時,應將風電機組及其出口黔東南變壓器看作一個整體,建議選擇在風電機組出口黔東南變壓器的高壓側進行低電壓穿越測試。

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