电网故障下直驱永磁风力发电机组机侧变流器改进控制策略

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1、第33卷第11期可再生能源Vol.33No.112015年11月RenewableEnergyResourcesNov.2015电网故障下直驱永磁风力发电机组机侧变流器改进控制策略11111234王海鑫，杨俊友，李欣，邢作霞，崔嘉，李连富，王宇帆，李春来（1.沈阳工业大学电气工程学院，辽宁沈阳110870；2.中电投东北电力有限公司，辽宁沈阳110181；3.东北电力大学自动化工程学院，吉林吉林132012；4.国网青海省电力公司电力科学研究院，青海西宁810008）摘要：文章对电网电压跌落时的直驱永磁同步风力发电机组的低电压穿越过程进行

2、深入研究，在电网电压跌落时，通过分析发电机机侧变流器最大风能跟踪控制策略，提出一种补偿q轴电流参考值抑制直流母线电压的新方法，并加入弱磁控制，使发电机输出功率迅速有效降低，进而维持机侧与网侧变流器的功率平衡及母线电压稳定。电网持续故障且超出规定时间时，为风电机组增加了卸荷电路，保证机组安全退出运行。分析结果验证了所提方案的正确性和有效性。关键词：直驱永磁风力发电机；电流补偿；电压跌落；低电压穿越中图分类号：TM615文献标志码：A文章编号：1671-5292（2015）11-1632-08DOI:10.13941/j.cnki.21-14

3、69/tk.2015.11.0070引言进而减小发电机输出功率。但这种方法调节时间[11]直驱永磁同步风力发电机组（DirectDrive长，响应速度慢，不能满足低压穿越技术要求。Perma-NentMagnetSynchronousGeneratorFor文献[12]，[13]考虑了变桨控制策略，并通过机侧WindPowerSystem，DPMSG）因其结构简单、运变流器稳定直流母线电压，网侧变流器实现最大行稳定、功率密度大、能量转换效率高，具备向功率追踪，然而由于这种控制存在控制策略的切大容量发展的潜力，成为近年风电行业研究热换，实际

4、应用中易导致切换后控制算法失效。本[1]，[2]点。随着分布式风力发电不断发展，电网复杂文针对采用双PWM变流器的直驱永磁风力发程度愈来愈高，这就要求风电机组运行能力和处电系统，提出一种用于低压穿越的改进的机侧变理故障能力越来越强。如果风电机组不具备低电流器控制策略。压穿越能力，当电网电压跌落时会造成多次脱网1风力发电机模型与传统机侧变流器控制事故，因此急需能够保证机组可靠运行、降低运1.1风力机系统模型[3]~[5]行成本的解决方案。采用双PWM变流器的直驱永磁风力发电系一种低电压穿越方法是在直流母线处或变统结构如图1所示。流器网侧输出

5、端口处增加额外卸荷电路或储能机侧PWM变流器网侧PWM变流器器件，以消耗或储存风机在低压运行时产生的多[6]，[7]余能量。文献[8]通过增加Crowbar电路使直电PMSG网驱永磁风力发电系统具备低电压穿越能力，然而这种方法会使系统增加耗能电路面临散热问题。文献[9]，[10]增加了储能单元与相应的控制算图1直驱永磁风力发电机组系统结构法，提高了系统运行成本。另一方法是在电网电Fig.1Structureofgrid-connectedDPMSG压跌落时，通过调节桨距角减小风能转化效率，由图1可知，机侧变流器用于实现风能最大收稿日期：2

6、015-07-22。基金项目：国家自然科学基金(51075281)；沈阳市科技计划项目(160325)；中电投科技项目(CPINEDCSJ-201408-18)；辽宁省特聘教授专项基金(辽教发[2012]145号)；光伏等多类型能源微网多模式运行控制策略研究（2014-Z-Y34A）；青海省光伏发电并网技术重点实验室（2014-Z-Y34A）。作者简介：王海鑫（1989-），男，博士研究生，研究方向为风力发电并网控制技术。E-mail：sutxny_whx@126.com通讯作者：杨俊友（1963-），男，博士，教授，主要从事新能源发电及

7、其控制等方面研究。E-mail：junyouyang@sut.edu.cn·1632·王海鑫，等电网故障下直驱永磁风力发电机组机侧变流器改进控制策略跟踪和恒功率控制，网侧变流器用于稳定直流母ψ为转子永磁体磁链。f[14]线电压和无功给定。为调节发电机转矩设计电流控制器：风轮转速一般由变桨控制器和转矩控制器控*1*i=K（1+）（T-T）（5）sqtorquesTee制。在风速未达到额定风速前，桨距角为0°吸收torque最多风能。转矩控制是利用发电机转矩电流分量式中：K，T为转矩电流比例、积分系数。torquetorque控制发电机电磁转

8、矩，进而使风机始终运行于最式（4），（5）表明通过i调节发电机转矩。sq[15]佳风能利用系数下。风力机数学模型如下：1.3传统的机侧变流器控制策略!#rωr3#通过风力机模型机械转矩与电磁转