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直驱永磁风电机组低压穿越分析

摘要：直驱永磁风电机组与整个电网进行并网时，需要保证符合现代化电网运

行的要求与标准，但是，实际并网中直驱永磁风电机组可能出现低压穿越的问题，

此问题会影响到电网运行安全，为此，技术人员提出解决此问题的策略，那就是

改进双侧的变流器的控制方法，辅助变浆距控制，并重视超级电容储能装置的应

用，从而让直驱永磁风电机组具备低压穿越的能力。

关键词：直驱；永磁风电机组；低压穿越

随着我国电力基础设施建设水平的提高，风电场大规模并网得以实现，风力

发电系统在整个电网中的比重越来越高，这对于电力系统所产生的影响不容忽视。

风电场运行的状态，直接影响到其所在电网的电能质量和稳定性。为此，必须要

不断提高电网故障是风力发电机组的运行质量，在此方面投入更多精力进行研究，

下面就直驱有永磁风电机组的低压穿越做简要分析：

1、风力发电的低电压穿越的要求

电网的电能质量表现出的问题，主要有几种形式，分别是电压跌落和骤升、

供电中断、电压不平衡、过电压欠电压等。在众多的统计中可见，发生次数非常

多的故障就是电网电压跌落。当电压跌落的时候，还会引发电压相位的跳变，而

引发电压跌落的原因一般分成三种，一是电力网络故障，二是大电机启动，三是

大电机再加速[1]。

如果电网出现故障，假设对大规模风场进行切除，就可能会造成电力网的瘫

痪，因此，提出要求，让风电机组维持并网连接，还要能让其在电网恢复的时候，

提供无功的补偿。针对电网电压的跌落进行分析，应当分成两个方向，电压跌落

程度、跌落持续时间。需要对电网的电压跌落故障进行详细划分，可以分成三相

电压的对称跌落以及不对称的电压跌落，而这两种不同形式，要进行低压的穿越

控制时要求不相同。如果是三相对称的故障，给出要求为，风力发电机组保持不

脱网方式运行的时候，发电机的转速不能超出最大的额定值，并且两侧的变流器

的电流需要在限定范围内，直流母线的电压也要在额定数值范围之内。如果是不

对称故障的时候，给出要求为，直流母线的电压不能出现震荡，且两侧的变流器

的电流也要在限定的范围之内，网侧的变流器馈入电网，其功率不能出现震荡，

才能构成低电压的穿越。

当下，从我国国家电网公司给出的风机并网技术中规定看，其一，当并网点

的电网电压已经跌落到20%的时候，风电场不能脱网，同时要确保正常运行为

0.625s；其二，如果电网电压正在恢复的程序中，风电机组需要保持并网运行，

并在3s之内，促使电网的电压提高至额定电压值的百分之九十。另外，如果不对

称的跌落是深度非常高的形式，还要抑制直流侧的过电压以及网侧的过电流，以

保护风电机组的核心部件，不让其受到损害，并能提供给电网无功补偿。

2、直驱式永磁同步发电系统的低压穿越机理

分析直流母线电压的上升原因：风机发电机所产生的电能，并不能直接接

入到电网中，而是需要变流器调制，让电能和电网中3要素协同，变流器该系统

中非常重要的隔离设备，因此背靠背变流器会分成两个部分，其一是，机侧变流

器，其二是网侧变流器。而其中的机侧变流用于整理，另外的网侧则用来逆变，

这两侧变流器需要分开地控制，两变流器中间需设置直流环节，因为发电机所能

发出电能会由机侧流到直流侧，然后由直流侧叨到达网侧，最后进入到电网，因

此，当电流也由机侧过度到直流侧的时候，电能是由机侧的变流器进行操控，电

流由网侧到电网中，电能设计通过网侧的变流器进行操控[2]。

以背靠背的变流器的拓扑结构为基础的直驱永磁风力发电系统，机侧和网侧

的变流器之间有直流环节，这同整流的逆变电路并不相同，直流环节存在电容，

电容作用器是电能缓存地带，而其中直流母线电容器就是能量缓冲地带，可对网

侧和机侧的变流器中能量传递进行保护，从而平复两侧的能量波动。

因此，如果出现了电网的电压跌落，机侧的变流会接收到电机传递的带能，

网侧变流控制同样不会改变，输出电压和电网的电压大小仙童，可是直流侧至网

侧的变流器时，功率不会出现变化，网侧的变流器电流突然提升，网侧变流器出

现过电流的损坏，导致电流提升，从而导致网侧的变流器输出的功率突然的下降，

而多于的那部分将会缓存到直流环节，机侧的变流器所传递出电流和网侧的变流

器所传递出电流并不会改版，就会出多于的功率使得直流环节中电压突然提升。

3、PMSG功率协调控制方法

基于直驱式永磁同步发电系统的低压穿越机理的分析，提出了消除风电机组

的电网低压期间出现不平衡能量问题的方法，该控制方法的逻辑见图1。

图1

那就是改进双侧的变流器