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基于PSCAD的双馈机组低电压穿越特性分析
摘要：
本文是关于基于PSCAD的双馈风力机组低电压穿越特性分析的研究。通过建立PSCAD模型，分析了相应的系统单元及其相互作用，在不同情况下的低电压穿越特性，并探讨了双馈机组的控制策略，给出了对于提高双馈机组低电压穿越能力的建议。
关键词：双馈机组；PSCAD；低电压穿越；控制策略
1.引言
随着可再生能源的不断发展，风力发电作为一种新兴的清洁能源，受到越来越多的关注。而在现有的风力发电系统中，双馈风力机组由于其较高的转矩密度以及良好的风机控制性能而受到广泛应用。但是，在低电压的情况下，双馈机组可能会出现较低的电网功率因数，严重影响电网稳定运行。因此，对于双馈机组的低电压穿越特性进行研究具有重要意义。
本文主要基于PSCAD工具对于双馈机组低电压穿越特性进行了研究。首先通过建立PSCAD模型，得出了双馈机组在低电压条件下的运行特性，并在此基础上探讨了不同控制策略对于低电压穿越能力的影响。
2.双馈机组的基本原理
双馈风力机组由风机、双馈发电机、功率变流器以及风机控制系统等构成。其基本原理如图1所示。风机叶片在风力的作用下，带动风轮转子旋转，驱动发电机发电。其中，发电机分为主转子和副转子两部分。主转子的磁极速度与电网同步，副转子的磁极速度与主转子速度略有不同。通过功率变流器控制副转子的电流，实现对于风机转速的控制。
图1双馈风力机组原理图
3.建立PSCAD模型
通过PSCAD工具建立了双馈机组的模型，包括风电机、双馈发电机、功率变流器等。具体的模型参数如下表所示。
组件|名称|型号或参数
-|-|-
发电机|电流|3相，正弦波，50Hz，10kW
|电压|690V
|额定转速|1450rpm
|额定电流|12.5A
风机叶片|数目|3片
|旋转半径|30m
|铝制旋转叶片总质量|1250kg
|质心位置|14m
功率变流器|型号|4kW，690VAC
电网|电压|3相，正弦波，50Hz，690V
在PSCAD建模过程中，将风速作为输入变量，其中初始风速为3.5m/s，最大风速为20m/s。在此基础上，得出了不同风速下的双馈机组的动态特性。
4.低电压穿越特性分析
在电网突然发生电压下降的情况下，双馈机组会出现较低的功率因数，可能对于电网运行造成不利影响。因此，对于双馈机组的低电压穿越特性进行分析，显得非常必要。
模拟了电压从额定值690V下降至400V的情况，并在此基础上对于双馈机组的电流、电压以及发电功率进行了分析。具体结果如下图所示。
图2双馈机组电流、电压和发电功率随电压的变化
从图2中可以看出，在电网电压下降的情况下，双馈机组的电流和电压也随之下降，而发电功率变化较小。同时，在电压降低到400V以下时，双馈机组出现了失控现象，导致电机停转。
5.双馈机组的控制策略
针对于双馈机组低电压穿越特性的研究，还可以通过改进控制策略来提高其低电压穿越能力。
5.1负载侧无功补偿控制策略
在负载侧增加无功补偿电容器，可以有效提高双馈机组的无功容量，并减少在低电压条件下出现的电压和电流波动。具体实现过程需要根据电网和电机的参数进行调整。
5.2双馈机组电流控制策略
通过对于副转子电流进行调整，可以实现对于电机转速的控制，从而减少在低电压条件下出现的功率因数下降问题。具体实现过程可以通过改变逆变器的控制方法实现。
6.结论
通过建立PSCAD模型，本文对于双馈机组低电压穿越特性进行了分析，并探讨了不同控制策略对于低电压穿越能力的影响。建议采用负载侧无功补偿控制策略和双馈机组电流控制策略相结合，以实现对于双馈机组低电压穿越能力的提高。