DQZHAN技術(shù)訊：基于超級(jí)電容的永磁直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越控制研究
福州大學(xué)電氣工程與自動(dòng)化學(xué)院朱少斌、李少綱，在2017年第期《電氣技術(shù)》雜志上撰文，分析傳統(tǒng)永磁直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)的低電壓穿越能力的原理與存在問(wèn)題，選用超級(jí)電容儲(chǔ)能系統(tǒng)與合適的控制策略，采用綜合的網(wǎng)側(cè)變流器控制方法，建立了相應(yīng)的永磁直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)的仿真模型。
仿真結(jié)果表明，采用超級(jí)電容儲(chǔ)能系統(tǒng)與合適的控制策略可以改善永磁直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組的低電壓穿越能力。
隨著能源需求的不斷增大，****能源的不斷減少，對(duì)可再生能源的開(kāi)發(fā)已經(jīng)成為各國(guó)可持續(xù)發(fā)展的重要內(nèi)容。風(fēng)電由于技術(shù)成熟，近年來(lái)得到廣泛應(yīng)用。其中永磁直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組由于其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，具有機(jī)械損耗小、發(fā)電效率高、低維護(hù)成本等優(yōu)點(diǎn)，在風(fēng)電機(jī)組領(lǐng)域的發(fā)展前景很好。
機(jī)組經(jīng)背靠背變流器并網(wǎng)運(yùn)行，所以并網(wǎng)點(diǎn)電壓跌落時(shí)，發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)解耦，機(jī)組的運(yùn)行特性不會(huì)受到影響,所以具有較好的低電壓穿越（lowvoltageridethrough,LVRT）能力[1]。隨著風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)容量不斷增大，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)與電網(wǎng)間的相互影響變大，風(fēng)電并網(wǎng)導(dǎo)則要求并網(wǎng)風(fēng)電機(jī)組必須具備一定的LVRT能力。
文獻(xiàn)[2]通過(guò)在直流母線上加裝卸荷支路提高系統(tǒng)的LVRT能力，當(dāng)并網(wǎng)點(diǎn)電壓跌落時(shí)，卸荷電阻支路導(dǎo)通，將直流側(cè)上的不平衡功率通過(guò)熱能的形式平抑掉,從而維持直流母線電壓穩(wěn)定。該方法增加了系統(tǒng)的散熱設(shè)計(jì)，直流母線上的不平衡功率被白白浪費(fèi)。
文獻(xiàn)[3]采用蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)連接在直流母線上，當(dāng)并網(wǎng)點(diǎn)電壓跌落時(shí)，通過(guò)控制儲(chǔ)能系統(tǒng)將直流母線上的不平衡功率儲(chǔ)存起來(lái)，維持母線電壓穩(wěn)定，提高了系統(tǒng)的LVRT能力。但所提的網(wǎng)側(cè)變流器控制策略，未考慮并網(wǎng)點(diǎn)電壓跌落時(shí)向電網(wǎng)提供無(wú)功補(bǔ)償，以支撐電網(wǎng)電壓，且蓄電池的充放電次數(shù)有限，存在使用周期短和維護(hù)成本高等問(wèn)題。
文獻(xiàn)[4]采用在電網(wǎng)故障時(shí)改變網(wǎng)側(cè)的控制方法，在并網(wǎng)點(diǎn)電壓跌落程度不高的情況下，可以幫助系統(tǒng)“穿越”低壓區(qū)域，但當(dāng)電壓跌落程度較大時(shí)，該方法的控制效果并不理想。
文獻(xiàn)[5]將超導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)連接到直流側(cè)上，通過(guò)控制超導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)來(lái)平抑直流側(cè)上的功率波動(dòng)，以穩(wěn)定母線電壓。但是目前超導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)的投資運(yùn)營(yíng)成本太高且在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)需加裝冷卻系統(tǒng)，增加了設(shè)計(jì)難度。
針對(duì)上述方法存在的不足，本文充分發(fā)揮超級(jí)電容所具有的響應(yīng)速度快、可循環(huán)使用次數(shù)多和功率密度高等優(yōu)點(diǎn)，在直流母線側(cè)并接超級(jí)電容儲(chǔ)能系統(tǒng)，提出合適的儲(chǔ)能系統(tǒng)的控制策略和綜合的網(wǎng)側(cè)變換器控制方法配合，以提高風(fēng)電機(jī)組的LVRT能力。
圖1含超級(jí)電容的永磁風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)圖形
結(jié)語(yǔ)
針對(duì)傳統(tǒng)的永磁直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)，在分析其模型的基礎(chǔ)上，將超級(jí)電容儲(chǔ)能系統(tǒng)應(yīng)用到直流側(cè)。通過(guò)控制儲(chǔ)能系統(tǒng)快速平抑直流母線上的功率不平衡，和綜合的網(wǎng)側(cè)變流器控制策略配合，可以明顯的改善永磁直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)的LVRT能力。
