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基于超级电容的永磁直驱风电机组低电压穿越控制研究

北极星风力发电网  来源:国际金融    2017/5/15 9:29:24  我要投稿  

北极星风力发电网讯: 福州大学电气工程与自动化学院朱少斌、李少纲,在2017年第期《电气技术》杂志上撰文,分析传统永磁直驱风电系统的低电压穿越能力的原理与存在问题,选用超级电容储能系统与合适的控制策略,采用综合的网侧变流器控制方法,建立了相应的永磁直驱风电系统的仿真模型。

仿真结果表明,采用超级电容储能系统与合适的控制策略可以改善永磁直驱风电机组的低电压穿越能力。

随着能源需求的不断增大,不可再生能源的不断减少,对可再生能源的开发已经成为各国可持续发展的重要内容。风电由于技术成熟,近年来得到广泛应用。其中永磁直驱风电机组由于其结构特点,具有机械损耗小、发电效率高、低维护成本等优点,在风电机组领域的发展前景很好。

机组经背靠背变流器并网运行,所以并网点电压跌落时,发电机与电网实现解耦,机组的运行特性不会受到影响,所以具有较好的低电压穿越(lowvoltageridethrough,LVRT)能力[1]。随着风力发电并网容量不断增大,风力发电系统与电网间的相互影响变大,风电并网导则要求并网风电机组必须具备一定的LVRT能力。

文献[2]通过在直流母线上加装卸荷支路提高系统的LVRT能力,当并网点电压跌落时,卸荷电阻支路导通,将直流侧上的不平衡功率通过热能的形式平抑掉,从而维持直流母线电压稳定。该方法增加了系统的散热设计,直流母线上的不平衡功率被白白浪费。

文献[3]采用蓄电池储能系统连接在直流母线上,当并网点电压跌落时,通过控制储能系统将直流母线上的不平衡功率储存起来,维持母线电压稳定,提高了系统的LVRT能力。但所提的网侧变流器控制策略,未考虑并网点电压跌落时向电网提供无功补偿,以支撑电网电压,且蓄电池的充放电次数有限,存在使用周期短和维护成本高等问题。

文献[4]采用在电网故障时改变网侧的控制方法,在并网点电压跌落程度不高的情况下,可以帮助系统“穿越”低压区域,但当电压跌落程度较大时,该方法的控制效果并不理想。

文献[5]将超导储能系统连接到直流侧上,通过控制超导储能系统来平抑直流侧上的功率波动,以稳定母线电压。但是目前超导储能系统的投资运营成本太高且在设计系统时需加装冷却系统,增加了设计难度。

针对上述方法存在的不足,本文充分发挥超级电容所具有的响应速度快、可循环使用次数多和功率密度高等优点,在直流母线侧并接超级电容储能系统,提出合适的储能系统的控制策略和综合的网侧变换器控制方法配合,以提高风电机组的LVRT能力。

图1含超级电容的永磁风电机组并网图形

结语

针对传统的永磁直驱风电系统,在分析其模型的基础上,将超级电容储能系统应用到直流侧。通过控制储能系统快速平抑直流母线上的功率不平衡,和综合的网侧变流器控制策略配合,可以明显的改善永磁直驱风电系统的LVRT能力。

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