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并网型直驱永磁同步风力发电系统低电压穿越技术的研究
摘要
本文研究的是并网型直驱永磁同步风力发电系统低电压穿越技术。首先，介绍了永磁同步发电机和并网型风力发电系统的基本原理。接着，分析了低电压穿越的危害和原因，介绍了现有的低电压穿越保护方案。最后，提出了基于无功功率控制的低电压穿越保护方案，并进行了仿真实验。
关键词：并网型风力发电系统，直驱永磁同步发电机，低电压穿越，无功功率控制
Abstract
Thispaperstudiesthelowvoltageride-throughtechnologyofgrid-connecteddirect-drivenpermanentmagnetsynchronouswindpowergenerationsystem.Firstly,thebasicprinciplesofpermanentmagnetsynchronousgeneratorandgrid-connectedwindpowergenerationsystemareintroduced.Then,thehazardsandcausesoflowvoltageride-throughareanalyzed,andtheexistinglowvoltageride-throughprotectionschemesareintroduced.Finally,alowvoltageride-throughprotectionschemebasedonreactivepowercontrolisproposedandsimulationexperimentsarecarriedout.
Keywords:grid-connectedwindpowergenerationsystem,direct-drivenpermanentmagnetsynchronousgenerator,lowvoltageride-through,reactivepowercontrol
一、引言
近年来，风力发电技术得到了快速发展，成为最具发展前景的可再生能源之一。目前，全球风力发电装机容量已经超过6万兆瓦，其中我国已经成为世界上最大的风力发电国家。与此同时，风力发电技术也不断从传统的齿轮传动向直驱发展，直驱发电机的高效率、低噪音、可靠性高等优点得到了广泛认可。
然而，由于风力发电系统的不可控性和突发性，以及电力系统中的瞬时故障等原因，经常会出现电网电压下降的情况，这就会影响风力发电系统的稳定性和安全性，严重的甚至会导致电网崩溃。因此，低电压穿越技术成为了当前风力发电系统研究的热点之一。
二、并网型直驱永磁同步风力发电系统
风力发电系统通常由风机、变速器、发电机、变流器和电网组成。传统的风力发电系统通常采用齿轮传动方式，即风轮经由齿轮传动驱动同步发电机发电。然而，齿轮传动方式存在机械传动效率低、噪音大、容易损坏等问题，因此直驱风力发电系统逐渐得到了发展。
直驱发电机直接与风轮相连，无需变速器，因此具有运行稳定、超低噪音、寿命长等优点。永磁同步发电机是一种高效率、输出电压稳定、启动转矩大的发电机，因此被广泛应用于直驱风力发电系统中。
并网型风力发电系统通常与电网直接相连，通过变流器将风机发出的交流电转换为直流电，并通过控制器进行控制。当电网电压下降或故障时，要求风力发电系统能够自行保持稳定运行，这就需要低电压穿越技术的支持。
三、低电压穿越的危害和原因
低电压穿越是指由于电网电压下降导致风力发电系统输出电压深度下降的现象。如果该现象持续时间较长，会导致风力发电系统输出功率下降，无法满足电网的需求。此外，低电压穿越还可能导致风力发电系统电气部件损坏，甚至对电网造成短路和崩溃等严重后果。
低电压穿越的原因主要有电力系统外部故障、电气负荷突增、电网运行参数变化等。特别是在电力系统外部故障发生时，由于故障引起的电网电压下降幅度较大，风力发电系统很容易遭受低电压穿越的影响。
四、现有的低电压穿越保护方案
在现有的低电压穿越保护方案中，常见的方案是采用静止无功补偿器、动态无功补偿器等控制设备来控制发电机输出的无功功率，以此维持发电机与电网的同步运行，保护风力发电系统。
静止无功补偿器通过控制无功功率的输出，来维持发电机和电网的电压同步，并以此保护风力发电系统。动态无功补偿器通过动态控制交流电容器、电感器等元件的电流和电压，来控制无功功率的输出，从而实现对电网电压的维持和保护。
然而，这些方案都是传统的低电压穿越保护方案，存在一些问题，如控制精度低、耗能较大等。因此，需要进一步研究改进方案。
五、低电压穿越保护方案的研究
本文提出了一种基于无功功率控制的低电压穿越保护方案。该方案通过控制发电机输出的无功功率，来保持发电机与电网的同步运行，从而实现对风力发电系统的保护。