发布时间 : 星期四 文章直驱式风力发电与并网文献综述 - 图文更新完毕开始阅读775f6642814d2b160b4e767f5acfa1c7aa0082c4
使桨距角迅速增加，从而使风力机所捕获能量迅速减小，缓解能量的不平衡。当电压恢复后，再调节桨距角，使其恢复原态。然而，单纯依赖紧急变桨控制，即使采用20°/s的变桨速度，也可能不能阻止中间电压上升而超过安全值。因此，变奖控制一般作为辅助措施。
（2）增加硬件电路储存和消耗多余能量；
①全功率变流器直流侧增加能耗型卸荷电路，进一步分为两种方法,如图（a）：卸荷电阻通过功率器件与直流侧连接；卸荷电阻通过Buck电路与直流侧连接。总的来说，该方案实现简单，可靠性高，缺点是以热能的形式把能量消耗掉，需要较大的阻性负载；
②针对能耗型卸荷电路缺点，C.Abbey等提出在直流侧增加储能型卸荷电路的方案，如图（b）：该方案采用双向把直流母线和储能设备连接在一起，储能设备可选用蓄电池或超级电容等。通过控制双向DC/AC,当直流侧电压过高时，把多余能量存储在储能设备中，当直流母线不足时，把储能设备存能量释放出来，为母线电容充电，提高直流侧电压。相对于能耗型卸荷电路，该方案优点是能量可再利用，能够较好地保持直流侧电压的稳定，并能用存储的能量为电网提供一定的功率支持。缺点是需要额外的储能设备，增加了结构复杂程度和维护费用，提高了系统成本，但储能型方案仍是目前的一个研究热点，因为其还可提供平滑的风能，避免了风的随机间歇性带来电能质量问题；
③在直流侧和电网之间增加辅助网侧变流器。由于网侧变流器一般采用IGBT、IGCT等功率器件，成本较高，电压、电流裕量不可能太大，而增加的辅助变流器，可选择成本相对较低的器件如SCR（硅[矽]可控整流器）等。辅助变流器与主变流器并联，在电网故障时，使部分功率从辅助变流器流入电网，保持直流侧的功率平衡。该方法的优点是故障期间也可以向电网输送全部功率，能量未被浪费，缺点是需增加功率等级更大的辅助变流器，在故障发生和结束时要进行网侧变流器和辅助变流器切换，成本相对较高，控制也较复杂；
④发电机定子侧Crowbar保护。该方案借鉴双馈式风电系统转子侧Crowbar电路结构提出卸荷电阻接在发电机定子侧，功率开关采用品闸管构成的静态幵关，
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具有较大的通流能力和较快的切换速度。这种方式的Crowbar保护，实现简单，缺点是对发电机输出有较大影响。
（3）改进控制算法减小发电机的输出功率。传统的控制策略之所以会导致直流侧过压，是由于发电机、机侧变流器与电网解耦。当电网电压跌落时，机侧仍不受干扰的继续运行于跌落前指令值，而网侧变流器与电网直接耦合，功率瞬时跌落，输入输出的不平衡能量导致中间直流环节过压。针对传统控制策略导致过压的机理，文献【24】，提出机侧网侧交叉控制，即通过交叉控制，把电网电压跌落信号引入机侧变流器功率外环的指令计算，减小发电机输出功率来防止直流过压。文献【25】提出在电网电压跌落期间，按照电网电压正序分量和额定电压的比值减小发电机功率来防止直流过压。文献【26】提出将传统控制策略的机侧网侧变流器控制功能对调，通过机侧变流器调节直流母线电压，网侧变流器实现最大风能跟踪。当电网电压跌落时，机侧直流电压外环会自动减小发电机转矩，从而使风力机加速，将不平衡能量储存于风力机转子内。总体而言，该类方案均是通过适当控制将不平衡能量储存于风力机转子内，无需外加硬件消耗和储存剩余能量，简化了系统结构，降低了装置成本。但如何尽可能快的加速大惯性的风电机组是一个难点。
国内外对直驱永磁风力发电系统低电压穿越的研究目前还较少，特别在改进 算法方面，很多仅是概念性的提出，针对具体方法下变流器的控制特性、各种跌落工况下系统特性的研究还较少。
2）电网电压不对称跌落下变流器控制策略研究传统网侧变流器的控制策略 是基于电网平衡条件下设计的，当电网电压发生不对称跌落时，将会导致直流母线电压偶次谐波和并网电流奇次谐波增加。因此，针对该问题，电网电压不平衡时网侧变流器的控制成为了国内外研究的热点之一。
目前不平衡控制目标大致分为【27】：瞬时有功无功控制、平均有功无功控制、 瞬时正序控制、平衡正序控制、有功功率振荡补偿、无功功率振荡补偿等。
平衡正序控制实现了并网电流的正弦平衡控制、有功功率振荡补偿消除了瞬 时有功功率的振荡从而使直流侧振荡消除，这两者应用较为广泛。
改进算法的主要目的均是希望抑制电网电压负序分量对并网电流和直流电压的影响，期望的不平衡控制既能消除直流侧电压中偶次脉动，又能维持并网电流的平衡、不畸变。为了实现以上控制目标，釆用的控制策略一般分为：
（1）单同步旋转坐标系控制【28】。是在正序同步旋转坐标系下对并网电流 进行控制，将电网电压负序分量作为干扰，叠加在单控制电压输出上，作为前馈量来抵消负序电网电压的影响。由于负序分量在正序坐标系下表现为次谐波，而不能实现无静差调节，电流调节器设计是难点。但该方法省去了电流正、负序分离，控制结构相对简单，也吸引了较多研究人员。
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（2）双同步旋转坐标系控制【29】。在正同步旋转坐标系和负同步旋转坐标系中分别对正序分量和负序分量进行控制，因此若不考虑零序分量，在每个旋转坐标系下均为直流量的控制，控制参数设计相对容易，易于利用原有平衡控制策略下电流调节器。但该方法需分别进行正、负序SRF定向，两套SRF构成四个电流内环，使得系统控制结构较为复杂。该类方法研究主要集中在电网电压同步与电网电压正、负序分离算法，电流指令发生器优化，电流正、负序分离检测算法等。
（3）静止坐标系控制【30】。在静止坐标系下对并网电流进行控制，为实现电流的无静差调节，控制器的设计是难点。文献采用了静止坐标系的广义积分器，内模控制器等，均达到了较好的控制性能。此类方法省去了较多的静止坐标系与同步坐标系繁琐的坐标变换，简化了算法，同时不需要分离电流正、负序，简化了控制系统设计，也避免了电流正、序分离对系统控制带宽的影响，是电网不平衡下控制策略改进的重要方向之一。
4.1未来风力技术发展趋势
国内外许多专家认为,永磁发电机型风力发电系统是未来风力发电技术的主要发展方向,对大型直驱式设计来说尤其是这样。从理论上讲,系统的电能输出是按它获得的空气体积的三次方增加的,也就是说,随着风力发电机组单机容量不断增大,系统各结构部件的重量也会成比例地增加,因此发展结构简单的永磁发电机具有一定的优势。特别是随着永磁材料技术、现代电力电子技术、控制技术等的发展,永磁发电机型直驱式风力发电系统的市场前景逐渐显现【31】。
4.2中国风能资源分布及发展前景
我国陆上风能资源丰富的地区主要分布在三北地区(东北、华北、西北)东南沿海及附近岛屿。东北、华北、西北地区风能丰富带包括东北三省、河北、内蒙古、甘肃、青海、西藏和新疆等省、自治区近200km宽的地带,风功率密度在 200～300W/m2以上,有的可达500W/m2以上,可开发利用的风能储量约2亿kW,占全国可利用储量的80%。另外,该地区风电场地形平坦,交通方便 ,没有破坏性风速,是中国连成一片的最大风能资源区,有利于大规模开发风电场。
东南沿海受台湾海峡的影响,每当冷空气南下到达海峡时,由于峡管效应使
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风速增大。冬春季的冷空气、夏秋的台风,都能影响到沿海及其岛屿,是中国风能最佳丰富区。中国有海岸线约1800 km,岛屿6000多个,是风能大有开发利用前景的地区，而且中国海上风能资源丰富,10m高度可利用的风能资源约7.5亿kW。随着海上风电场技术的发展成熟 ,经济上可行,将来必然会成为重要的可持续能源。
随着能源与环境的压力增加，清洁可再生的新能源近年受到普遍重视。在除水能之外的所有可再生能源中，风能无疑是世界上公认的最接近商业化的可再生能源技术之一——与太阳能、生物质能相比，风能的产业化基础最好，经济性优
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