基于超級電容的永磁直驅(qū)風電機組低電壓穿越控制研究

　　福州大學電氣工程與自動化學院朱少斌、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)風電系統(tǒng)的低電壓穿越能力的原理與存在問題，選用超級電容儲能系統(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，建立了相應的永磁直驅(qū)風電系統(tǒng)的仿真模型。

　　仿真結(jié)果表明，采用超級電容儲能系統(tǒng)與合適的控制策略可以改善永磁直驅(qū)風電機組的低電壓穿越能力。

　　隨著能源需求的不斷增大，不可再生能源的不斷減少，對可再生能源的開發(fā)已經(jīng)成為各國可持續(xù)發(fā)展的重要內(nèi)容。風電由于技術(shù)成熟，近年來得到廣泛應用。其中永磁直驅(qū)風電機組由于其結(jié)構(gòu)特點，具有機械損耗小、發(fā)電效率高、低維護成本等優(yōu)點，在風電機組領域的發(fā)展前景很好。

　　機組經(jīng)背靠背變流器并網(wǎng)運行，所以并網(wǎng)點電壓跌落時，發(fā)電機與電網(wǎng)實現(xiàn)解耦，機組的運行特性不會受到影響,所以具有較好的低電壓穿越（lowvoltageridethrough,LVRT）能力[1]。隨著風力發(fā)電并網(wǎng)容量不斷增大，風力發(fā)電系統(tǒng)與電網(wǎng)間的相互影響變大，風電并網(wǎng)導則要求并網(wǎng)風電機組必須具備一定的LVRT能力。

　　文獻[2]通過在直流母線上加裝卸荷支路提高系統(tǒng)的LVRT能力，當并網(wǎng)點電壓跌落時，卸荷電阻支路導通，將直流側(cè)上的不平衡功率通過熱能的形式平抑掉,從而維持直流母線電壓穩(wěn)定。該方法增加了系統(tǒng)的散熱設計，直流母線上的不平衡功率被白白浪費。

　　文獻[3]采用蓄電池儲能系統(tǒng)連接在直流母線上，當并網(wǎng)點電壓跌落時，通過控制儲能系統(tǒng)將直流母線上的不平衡功率儲存起來，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)點電壓跌落時向電網(wǎng)提供無功補償，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成本高等問題。

　　文獻[4]采用在電網(wǎng)故障時改變網(wǎng)側(cè)的控制方法，在并網(wǎng)點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，但當電壓跌落程度較大時，該方法的控制效果并不理想。

　　文獻[5]將超導儲能系統(tǒng)連接到直流側(cè)上，通過控制超導儲能系統(tǒng)來平抑直流側(cè)上的功率波動，以穩(wěn)定母線電壓。但是目前超導儲能系統(tǒng)的投資運營成本太高且在設計系統(tǒng)時需加裝冷卻系統(tǒng)，增加了設計難度。

　　針對上述方法存在的不足，本文充分發(fā)揮超級電容所具有的響應速度快、可循環(huán)使用次數(shù)多和功率密度高等優(yōu)點，在直流母線側(cè)并接超級電容儲能系統(tǒng)，提出合適的儲能系統(tǒng)的控制策略和綜合的網(wǎng)側(cè)變換器控制方法配合，以提高風電機組的LVRT能力。

　　圖1含超級電容的永磁風電機組并網(wǎng)圖形

　　結(jié)語

　　針對傳統(tǒng)的永磁直驅(qū)風電系統(tǒng)，在分析其模型的基礎上，將超級電容儲能系統(tǒng)應用到直流側(cè)。通過控制儲能系統(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)風電系統(tǒng)的LVRT能力。