背景簡(jiǎn)介

隨著國(guó)家30·60目標(biāo)的提出，新能源發(fā)展越來(lái)越受到重視，就當(dāng)前而言，風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電仍然是占比最終的兩種能源形勢(shì)。

其中風(fēng)力發(fā)電更是格外矚目，隨著海上風(fēng)電的大力發(fā)展，風(fēng)機(jī)的單機(jī)容量也是在不斷提高。

風(fēng)機(jī)并網(wǎng)控制及風(fēng)機(jī)高低電壓穿越能力是風(fēng)機(jī)在電網(wǎng)故障時(shí)一種必要應(yīng)對(duì)手段，也十分重要，本文旨在搭建基于永磁直驅(qū)風(fēng)機(jī)的并網(wǎng)及高低穿控制，與大家一起探討學(xué)習(xí)，并希望給起到拋磚引玉的作用。

關(guān)于直驅(qū)風(fēng)機(jī)的并網(wǎng)及控制之前我們已經(jīng)有過(guò)介紹（直驅(qū)永磁同步風(fēng)機(jī)并網(wǎng)仿真（一）、直驅(qū)永磁同步風(fēng)機(jī)并網(wǎng)仿真（二）），內(nèi)容主要是基于穩(wěn)態(tài)控制，并不涉及高低穿期間的控制切換，本次根據(jù)個(gè)人的理解，加入相關(guān)的控制。

圖1 風(fēng)機(jī)并網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

并網(wǎng)及高低穿控制

風(fēng)機(jī)并網(wǎng)控制分為網(wǎng)側(cè)控制和機(jī)側(cè)控制，機(jī)網(wǎng)側(cè)控制方式與直驅(qū)永磁同步風(fēng)機(jī)并網(wǎng)仿真（二）所搭建的控制方式一致，本次不再進(jìn)行贅述，主要對(duì)高低穿期間的控制進(jìn)行說(shuō)明。

由于直驅(qū)風(fēng)機(jī)拓?fù)錂C(jī)側(cè)和電網(wǎng)之間通過(guò)背靠背換流器完全隔離，因此，總的來(lái)說(shuō)，電網(wǎng)故障期間，機(jī)側(cè)控制可以不需要任何，只需對(duì)網(wǎng)側(cè)控制進(jìn)行相應(yīng)的切換即可，鑒于此，故障期間，機(jī)側(cè)功率不變，網(wǎng)側(cè)吸收功率減小，造成換流器兩側(cè)功率不平衡，直流電壓會(huì)有抬升，為使直流側(cè)不過(guò)壓，直流側(cè)加入耗能裝置是一種常規(guī)手段。 按照GBT19963標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)要求，當(dāng)電壓跌落或電壓抬升時(shí)，有無(wú)功電流按照如下分段函數(shù)公式進(jìn)行計(jì)算：

其中，Ut為風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)電壓標(biāo)幺值，In為風(fēng)電場(chǎng)額定電流。低穿期間有功電流可以根據(jù)Id=sqrt(1.1In-Iq^2)進(jìn)行計(jì)算，由于高穿期間交流側(cè)電壓抬升，如果此時(shí)Id仍然按照此方法計(jì)算，會(huì)發(fā)現(xiàn)計(jì)算出的Id數(shù)值偏大，由于交流電壓本身已經(jīng)抬升了，會(huì)出現(xiàn)要求的功率比風(fēng)機(jī)功率還大的情況，不甚合理，本文按照，高穿期間，一律保持風(fēng)機(jī)按額定功率輸出來(lái)計(jì)算Id。

當(dāng)然，上述控制僅限于個(gè)人理解而言，實(shí)際情況不同廠家可能略有不同，正所謂：一千個(gè)讀者眼中會(huì)有一千個(gè)哈姆雷特。本文模型控制通過(guò)判別風(fēng)機(jī)并網(wǎng)點(diǎn)電壓，進(jìn)行網(wǎng)側(cè)穩(wěn)態(tài)雙臂還控制和直接電流給定控制之間的切換。

同理，直流側(cè)耗能結(jié)構(gòu)也使各有差異，比較簡(jiǎn)便的方式是通過(guò)開(kāi)關(guān)器件投切電阻的方式，結(jié)構(gòu)如下圖所示，本文采用的就是此種方式。

圖2 耗能電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

仿真模型

根據(jù)上述描述，搭建風(fēng)機(jī)并網(wǎng)模型如下圖所示，其中風(fēng)機(jī)額定功率3MVA，直流側(cè)電壓1200V，風(fēng)機(jī)出口電壓690V，并分別通過(guò)0.69/35kV及35/220kV兩級(jí)升壓，接入220kV交流電網(wǎng)。

圖3整體仿真模型

控制部分模型如下，無(wú)論穩(wěn)態(tài)還是高低穿器件，機(jī)側(cè)控制不發(fā)生變化，網(wǎng)側(cè)控制根據(jù)電壓情況進(jìn)行切換。

圖4網(wǎng)側(cè)控制部分

圖5機(jī)側(cè)控制部分

直流側(cè)控制采用滯環(huán)控制，當(dāng)電壓大于一定值時(shí)，開(kāi)關(guān)導(dǎo)通，投入電阻，小于某一值時(shí)，開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。

圖6 直流耗能控制

仿真結(jié)果

（1）運(yùn)行模型，使其額定運(yùn)行，仿真結(jié)果如下：

圖7 35kV側(cè)電壓、電流、功率波形

圖8 690V側(cè)電壓、電流、功率波形

圖9 直流側(cè)電壓波形

（2）低電壓穿越測(cè)試，按照標(biāo)準(zhǔn)要求，分別進(jìn)行電壓:20%跌落，持續(xù)0.625s；電壓35%跌落，持續(xù)0.92s；50%跌落，持續(xù)1.214s；電壓75%跌落，持續(xù)1.705s；電壓90%跌落，持續(xù)2s仿真測(cè)試。

電壓20%跌落

圖10 690V側(cè)電壓、電流、功率波形

圖11 直流側(cè)電壓波形

電壓35%跌落

圖12 690V側(cè)電壓、電流、功率波形

圖13 直流側(cè)電壓波形

電壓50%跌落

圖14 690V側(cè)電壓、電流、功率波形

圖15 直流側(cè)電壓波形

電壓75%跌落

圖16 690V側(cè)電壓、電流、功率波形

圖17 直流側(cè)電壓波形

電壓90%跌落

圖18 690V側(cè)電壓、電流、功率波形

圖19 直流側(cè)電壓波形

（2）高電壓穿越測(cè)試，按照標(biāo)準(zhǔn)要求，分別進(jìn)行電壓:120%抬升，持續(xù)10s；電壓125%抬升，持續(xù)1s；130%抬升，持續(xù)0.5s仿真測(cè)試。

電壓120%抬升

圖20 690V側(cè)電壓、電流、功率波形

圖21 直流側(cè)電壓波形

電壓125%抬升

圖22 690V側(cè)電壓、電流、功率波形

圖23 直流側(cè)電壓波形

電壓130%抬升

圖24 690V側(cè)電壓、電流、功率波形

圖25 直流側(cè)電壓波形

通過(guò)上述仿真結(jié)果可以看出，無(wú)論是在電網(wǎng)電壓正常時(shí)還是在高低穿期間，均能得到較符合設(shè)計(jì)預(yù)期的結(jié)果波形，控制效果符合良好。

審核編輯：劉清