双馈变速风电机组故障电流的特征分析

2023-06-28 理论教育版权反馈

【摘要】：双馈变速风电机组的发电机是绕线转子感应发电机，其定子直接与电网相连，转子通过背靠背的整流桥与电网连接，转子侧变流器为电机提供转差频率交流励磁电流。双馈变速风电机组一般采用Crowbar保护电路实现故障穿越。双馈变速风电机组的风机转速变化范围一般为0.7～1.3，因此不同的运行工况下机端输出故障电流频率将会在35～65Hz范围内变化。图7-1 双馈变速风电机组不同工况下的故障电流比较

双馈变速风电机组的发电机是绕线转子感应发电机，其定子直接与电网相连，转子通过背靠背的整流桥与电网连接，转子侧变流器为电机提供转差频率交流励磁电流。正常发电状态时，双馈变速风电机组为变速恒频发电系统，发电机转速的变化范围较大，一般在0.7～1.3（p.u.）之间。

双馈变速风电机组一般采用Crowbar保护电路实现故障穿越。外部故障发生后，风电机组电磁转矩降低，稳态矢量解耦控制将会增大转子励磁电流，试图使电磁和机械转矩重新回到平衡状态，机组检测转子过电流、电网侧变流器支路过电流、直流环节过电压等，并投入Crowbar保护电路来保护转子侧变流器。该阶段时间短暂，波形复杂，一般持续3～5ms，变压器保护来不及动作，此后双馈感应发电机相当于普通的感应发电机，一直持续到故障消失，Crowbar电路退出运行。电网发生三相短路期间，双馈变速风电机组故障电流i_s可以近似表示为[1]

式中，φ为投入Crowbar电路时的初始相位角；a₁、a₂、a₃为常数，大小取决于发电机参数与电压跌落水平，且a₃≥a₁；ω₁为电网角频率；ω_r为转子转速角频率；T_s′、T_r′分别为定子回路和转子回路的时间常数。

由式（7-1）看出，机端故障电流近似由稳态交流分量、衰减直流分量以及衰减交流分量三部分构成。其中，衰减交流分量为故障初期机端电流的主要构成部分，其频率取决于当前转速，即故障前的运行工况。双馈变速风电机组的风机转速变化范围一般为0.7～1.3（p.u.），因此不同的运行工况下机端输出故障电流频率将会在35～65Hz范围内变化。图7-1所示是双馈变速风电机组运行在不同工况时的故障电流比较（t=0s时发生三相短路，故障后5ms机组投入Crowbar电路）。当转速为0.8（p.u.）时，故障初期电流的频率约为40Hz，而当转速为1.1（p.u.）时，故障初期电流的频率约为55Hz，均不是工频50Hz。由于该转速频率分量的电流按照转子回路时间常数衰减，约0.2s后交流分量的频率基本为50Hz，其频率与幅值趋于稳定，且对应于恒定的工频分量，因此分析风电场对系统继电保护的影响时，主要集中在故障后0.2s范围内风电机组故障电流偏移对系统继电保护的影响。

图7-1 双馈变速风电机组不同工况下的故障电流比较

双馈变速风电机组故障电流的特征分析

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