永磁型风机海上风电送出系统甩负荷故障暂时过电压影响因素分析

doi:10.12096/j.2096-4528.pgt.20033

发电技术 ›› 2022, Vol. 43 ›› Issue (1): 111-118.DOI: 10.12096/j.2096-4528.pgt.20033

永磁型风机海上风电送出系统甩负荷故障暂时过电压影响因素分析

杨大业¹, 项祖涛¹, 罗煦之², 宋瑞华¹, 陈麒宇¹, 沈琳¹, 王晓彤¹

^1.中国电力科学研究院有限公司, 北京市海淀区 100192
^2.电力规划设计总院, 北京市西城区 100032

收稿日期:2021-04-06 出版日期:2022-02-28 发布日期:2022-03-18
作者简介:杨大业(1984)，男，硕士，高级工程师，研究方向为新能源并网仿真、输变电工程电磁暂态研究，yangdaye@epri.sgcc.com. cn；
项祖涛(1976)，男，博士，教授级高级工程师，研究方向为电力系统分析和电磁暂态仿真，xzt@epri.sgcc.com.cn；
罗煦之(1984)，男，硕士，高级工程师，研究方向为电力系统规划与设计，xzluo@eppei.com；
宋瑞华(1972)，男，博士，教授级高级工程师，研究方向为电力系统分析和电磁暂态仿真，songrh@epri.sgcc.com.cn；
陈麒宇(1986)，男，博士，高级工程师，研究方向为含新能源电力系统分析、电力系统规划，chenqiyu@epri.sgcc.com.cn；
沈琳(1987)，女，硕士，工程师，研究方向为电力系统分析和电磁暂态仿真， shenlin@epri.sgcc.com.cn；
王晓彤(1972)，女，博士，教授级高级工程师，研究方向为电力系统分析和电磁暂态仿真，wangxt@epri.sgcc.com.cn。
基金资助:
国家自然科学基金项目(U1766202)

Analysis on Influence Factors of Temporary Overvoltage of Load Rejection Fault of Offshore Wind Power Transmission System of Permanent Magnet Synchronous Generator

Daye YANG¹, Zutao XIANG¹, Xuzhi LUO², Ruihua SONG¹, Qiyu CHEN¹, Lin SHEN¹, Xiaotong WANG¹

^1.China Electric Power Research Institute, Haidian District, Beijing 100192, China
^2.China Electric Power Planning and Engineering Institute, Xicheng District, Beijing 100032, China

Received:2021-04-06 Published:2022-02-28 Online:2022-03-18
Supported by:
National Natural Science Foundation of China(U1766202)

摘要/Abstract

摘要：

为评估永磁型风机风电送出线路发生甩负荷情况下系统暂时过电压水平，需明确故障发生后系统暂时过电压特性及其影响因素。通过对永磁型风机控制保护策略的数学分析，得知风电机组直流母线电压额定值、网侧变流器调制比、直流母线过电压保护定值和风电机组过电压保护定值及其动作策略为系统暂时过电压主要影响因素。另外，送出系统无功补偿类型、配置方式等也是系统暂时过电压影响因素。采用电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC对上述影响因素进行了验证，结果表明，风电机组设计中应考虑其对系统暂时过电压的影响，系统暂时过电压计算中需要重点考虑风机的相关控制保护策略。

关键词: 海上风电, 永磁型风机, 暂时过电压, 控制保护策略, 无功补偿

Abstract:

In order to evaluate the temporary overvoltage level of the wind power transmission system based on permanent magnet synchronous generator (PMSG) in case of load rejection, it is necessary to clarify the temporary overvoltage characteristics and its influencing factors after the fault. According to the mathematical analysis of the control and protection strategies of PMSG-based wind turbine, it was known that the DC bus rated voltage of the wind turbine, the modulation ratio of the grid side converter (GSC), the DC bus overvoltage protection setting, the wind turbine overvoltage protection setting and its action strategy were the main factors affecting the temporary overvoltage of the system. In addition, the type of reactive power compensation and configuration were also the factors influencing the temporary overvoltage of the system. PSCAD/EMTDC was used to verify the above factors. The results show that the relative control and protection strategies of PMSG-based wind turbine should be considered in wind turbine design and the calculation of the temporary overvoltage for wind farm.

Key words: offshore wind power, permanent magnet synchronous generator (PMSG), temporary overvoltage, control and protection strategy, reactive compensation

中图分类号:

TM 614

杨大业, 项祖涛, 罗煦之, 宋瑞华, 陈麒宇, 沈琳, 王晓彤. 永磁型风机海上风电送出系统甩负荷故障暂时过电压影响因素分析[J]. 发电技术, 2022, 43(1): 111-118.

Daye YANG, Zutao XIANG, Xuzhi LUO, Ruihua SONG, Qiyu CHEN, Lin SHEN, Xiaotong WANG. Analysis on Influence Factors of Temporary Overvoltage of Load Rejection Fault of Offshore Wind Power Transmission System of Permanent Magnet Synchronous Generator[J]. Power Generation Technology, 2022, 43(1): 111-118.

图/表 13

图1 永磁型风机结构示意图

Fig. 1 Schematic diagram of PMSG

图2 风电机组网侧换流器控制

Fig. 2 GSC control diagram of wind turbine

图3 风电机组机端线电压波形图

Fig. 3 Line-to-line voltage U at the terminal of wind turbine

图4 风机机端线电压Uab波形图

Fig. 4 Line voltage Uab at the terminal of wind turbine

图5 风电机组高电压穿越测试用例

Fig. 5 Test voltage of high voltage ride through of wind turbine

图6 海上风电场结构示意图

Fig. 6 Schematic diagram of offshore wind farm

图7 电缆线路电网侧发生无故障甩负荷时线路三相电压典型波形

Fig. 7 Typical waveform of three-phase voltage in case of no fault load rejection at grid side of cable line

表1 直流母线电压不同情况下线路暂时过电压

Tab. 1 Temporary overvoltage considering different values of DC bus voltage

直流母线电压/pu	暂时过电压最大值/pu
直流母线电压/pu	风电场侧	系统侧
1.00	1.20	1.22
1.02	1.22	1.24
1.04	1.25	1.28

表2 调制波限幅不同情况下线路暂时过电压

Tab. 2 Temporary overvoltage considering different magnitude limits of modulation wave

调制波限幅	暂时过电压最大值/pu
调制波限幅	风电场侧	系统侧
1.20	1.21	1.23
1.15	1.20	1.22
1.10	1.17	1.17

表3 chopper电路动作电压不同情况下线路暂时过电压

Tab. 3 Temporary overvoltage considering different activated values of chopper circuit

chopper电路动作电压/pu	暂时过电压最大值/pu
chopper电路动作电压/pu	风电场侧	系统侧
1.10	1.20	1.22
1.08	1.18	1.20
1.05	1.15	1.17

表4 过电压保护动作延时不同情况下线路暂时过电压

Tab. 4 Temporary overvoltage considering different delays of overvoltage protection

1.3pu过电压保护动作延时/ms	暂时过电压最大值/pu
1.3pu过电压保护动作延时/ms	风电场侧	系统侧
0	1.20	1.22
5.0	1.27	1.28
10.0	1.50	1.56

表5 并网断路器动作时间不同情况下线路暂时过电压

Tab. 5 Temporary overvoltage considering different action time of grid connected breaker

并网断路器动作时间/ms	暂时过电压最大值/pu
并网断路器动作时间/ms	风电场侧	系统侧
50.0	1.20	1.22
80.0	1.20	1.22
100.0	1.20	1.22

表6 采用不同类型无功补偿装置时线路暂时过电压

Tab. 6 Temporary overvoltage considering different types of reactive power compensation device

无功补偿装置类型	暂时过电压最大值/pu
无功补偿装置类型	风电场侧	系统侧
50%FC+ 50%STATCOM	1.19	1.22
100%STATCOM	1.18	1.22

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永磁型风机海上风电送出系统甩负荷故障暂时过电压影响因素分析

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