直接驱动型风力发电系统低电压穿越控制策略研究

风电机组低电压穿越能力日益成为风电领域热点问题之一，本项目提出了直接驱动型永磁同步风力发电系统在电网故障前后的控制策略。采用基于二阶广义积分闭环电网电压跌落检测方法，可精确得出电网电压故障信号、正序分量幅值、相位角。电网电压故障信号送给变桨距执行机构，最大限度地调节桨距角，屏蔽部分输入功率，提高系统低电压穿越能力；探索直驱风电系统在电网电压跌落发生后的控制策略，并实现与正常运行模式的快速平滑切换。故障前，网侧变流器运行在单位功率因数状态，保持直流侧电压恒定；故障后运行在STATCOM模式，依据检测环节所提供的电网电压正序分量幅值和相位角来决定变流器所发无功电流的量值，为电网提供动态无功支持。基于超级电容器的双向DC/DC变换器作为直流侧保护电路，来快速维持直流侧电压稳定。通过直驱风电系统低电压穿越控制策略这一前瞻性课题的研究，可为我国风电行业相关标准的制定提供理论依据和技术基础。

本项目针对永磁直驱背靠背全功率变流器风电系统及其低电压穿越特性进行研究，提出了直驱型风电系统故障前后相应的控制策略，研制一套具备低电压穿越能力的直接驱动型背靠背全功率变流器装置。由全功率变流器实现四象限运行和并网发电，对永磁同步发电机的控制策略进行优化，采用自适应控制对电机控制策略进行改进，使其对电机参数变化和外部干扰具有较强的适应性和动态响应能力；为使永磁直驱风电机组适应新的电网规则要求，需要具有低电压穿越和动态无功支持功能，当电网发生跌落等故障时可以保持并网，故障消除后可以快速恢复，故障期间及恢复时能够向电网提供无功支持。在直流侧增加卸荷负载，与电网侧变流器配合工作，保持直流侧电压稳定，实现低电压穿越功能；研究电网侧变流器的STATCOM运行模式，实现动态无功支持功能，稳定电网电压，并在故障消除时帮助电网快速恢复至额定电压。对故障条件下直流侧卸荷电路和STATCOM运行模式的协调工作进行研究，对直驱风电机组正常运行模式和故障运行模式的快速过渡进行研究，对不同跌落深度下的控制策略进行深入研究和验证。本项目研究成果可以为我国风电行业在低电压穿越能力行业标准的制定提供理论依据和技术基础。