永磁直驱型风电机组两类故障的穿越技术.pdf

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1、２０１３年８月西北工业大学学报Ａｕｇ．２０１３第３１卷第４期ＪｏｕｒｎａｌｏｆＮｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＶｏｌ．３１Ｎｏ．４永磁直驱型风电机组两类故障的穿越技术１１１１２１李玉忍，张军利，梁波，牟海涛，张文娟，付龙飞（１．西北工业大学自动化学院，陕西西安７１００７２；２．宝鸡文理学院电子电气工程系，陕西宝鸡７２１０１６）摘要：为了提高永磁直驱型风电机组的并网性能，分析永磁直驱型风电机组的基本结构，讨论应用于永磁直驱型风电机组的各种低电压穿越技术，变桨距控制

2、，增加功率开关器件的额定容量，网侧加装辅助变流器，ＳＴＡＴＣＯＭ运行模式控制，不同位置加装撬棒Ｃｒｏｗｂａｒ耗能元件，加装超级电容器，储能电池或超级电容器与储能电池组合，连接点出现事故性不对称故障时，改进网侧变流器的控制策略，配合撬棒Ｃｒｏｗｂａｒ保护电路控制机组的功率平衡，实现不对称故障穿越。文中分析的各种故障穿越技术为后续永磁直驱型风电机组并网能力的提高有一定的理论指导。关键词：直驱型风电机组，故障穿越，低电压穿越，不对称故障，撬棒中图分类号：ＴＨ６１４文献标识码：Ａ文章编号：１０００-２７５８

3、（２０１３）０４-０６３９-０８为了使风电机组在电网电压瞬间故障时仍能保合低电压故障穿越的方法。持并网，电网安全运行准则要求其在电力系统连接点电压故障期间不仅不能随意脱网，还需要向连接1永磁直驱型风电机组的结构点发送无功功率，以帮助连接点电压恢复，只有当连接点电压跌落低于规定曲线或持续时间超过规定以永磁直驱型风电机组结构为：风力机与发电机［１-５］后才允许脱网。由于取消了故障最多的齿轮箱同轴，发电机转子采用永磁体励磁、定子绕组通过全结构，大大减小了噪音和维修量；全功率变流器使发功率变流器和变压器接入

4、电网，其结构形式如图１电机和连接点间完全解耦；故障时可以只在网侧变所示［１-８］。本节主要对风力机、发电机和全功率变流器和公共直流侧采取措施，而不影响发电机的正流器等部分进行分析。［６-１２］常运行，因此永磁直驱型风电机组具有良好的发展和应用前景。目前，多数文献主要是对于永磁直驱型风电机组某种特定故障穿越技术进行详细介绍，鲜有文献针对永磁直驱型风电机组的故障穿越技术较为全面地分析介绍。本文重点分析永磁直驱型风电机组在低电压故障穿越时需要采用的软件方法和硬件方法，可以采图１永磁直驱型风电机组结构图［１

5、３，１４］用的方法有：变桨距控制，使网侧变流器运行［１５-１７］于ＳＴＡＴＣＯＭ模式，增加网侧变流器的容量，加1．1风力机技术装辅助变流器，分别在机侧、直流侧和网侧加装撬棒［９］风力机利用风的动力带动发电机发电。风［１８-２２］Ｃｒｏｗｂａｒ电阻保护电路，在直流侧加装撬棒力机的性能直接影响着整个风电机组的性能和效［２３-２６］Ｃｒｏｗｂａｒ储能保护电路等；不对称故障穿越常率。结构上，最常见的是三叶片上风向的水平轴风［２７-２９］采用基于对称分量法的相关控制策略同时配收稿日期：２０１２-１０-１８基金

6、项目：国家自然科学基金（５１２０７００２）、陕西省科技厅计划项目（２０１１Ｋ０９-３５）、陕西省教育厅计划项目（２０１３ＪＫ１０２２）和宝鸡文理学院计划项目（ＺＫ１２０３６）资助作者简介：李玉忍（１９６２—），西北工业大学教授、博士生导师，主要从事电力电子新设备及其应用的研究。·６４０·西北工业大学学报第３１卷力机；风力机的特性系数包括：风能利用系数Cp、叶风电机组中常采用背靠背双电压型两电平ＰＷＭ变尖速比λ、转矩系数CT、和推力系数CF；风力机功率流器结构。调节方式主要有定桨距失速调节、变桨距调节

7、、主动ｄvdc３C＝（iqＰＷＭsq＋idＰＷＭsd）－iＬｏａｄ失速调节３种方式，目前变速恒频风电技术中采用ｄt２较多的是变桨距调节方式；变桨距调节有液压变桨ｄidＰＷＭL－ωLiqＰＷＭ＋RidＰＷＭ＝ed－vd（２）距执行机构和电动变桨距执行机构２种形式，液压ｄt变桨距控制机构具有传动力矩大、重量轻、刚度大、ｄiqＰＷＭL＋ωLiqＰＷＭ＋RidＰＷＭ＝eq－vqｄt定位准确、执行机构动态响应速度快等优点，能够保电压型两电平ＰＷＭ变流器在d、q轴下的数学证更加快速准确地把叶片调节至预定节距，电

8、动变［８］模型如公式（２）所示，式中C为直流侧电容器的桨距执行机构是利用电动机对桨叶进行控制，电动电容值；vdc为直流侧电容器电压；iqＰＷＭ为变流器交变桨距机构没有液压变桨距机构那么复杂，也不存在非线性、漏油、卡塞等现象发生，因此目前受到广流侧无功电流；idＰＷＭ为变流器交流侧有功电流；sd为变流器开关的d轴分量；sq为变流器开关的q轴分泛关注。量；ed为电网电压的d轴分量；eq为电网电压的q轴1．2发电机技术［９］分量；vd为变流器交流侧电压的d轴分量；vp为变流