一种具有低电压穿越性能的永磁直驱同步风力发电机的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于风能发电技术领域，尤其是一种实现低电压穿越的永磁直驱同步风力发电机。
【背景技术】
[0002]风力发电作为一种重要的新能源发电方式，在中国快速发展。2014年，全国(除台湾地区外)新增装机容量23196MW，同比增长44.2 %。随着风力发电在电网供电中所占比例的提升，由于电网故障或扰动引起电网电压跌落而造成的风力机脱网事故频繁发生。因此，研究风电机组的低电压穿越能力具有非常重要的现实意义。
[0003]典型的永磁直驱风机系统主要由风力机、永磁发电机、电机侧变流器、直流电容、电网侧变流器、变压器及控制系统等构成。大量的永磁直驱机组接入电网后，如果不具备低电压穿越能力，当电网发生故障时，机组将大面积脱网，从而对电网的稳定性造成巨大影响。风力机用来捕获风能，它决定整个风力发电系统装置功率的输出。正常情况下，风力机捕获的风能和变流器向电网输送的电能相等，即is与ig相等。此时，电容的充放电流id。为O，电容端电压的变化率为O，这时电容端电压为一固定值。电网发生故障时，变流器向电网输送功率的能力大幅减少，但由于电机侧变流器控制的独立性，电机侧变流器输入功率Ps仍将保持相对固定，这样电机侧变流器多余的输入能量将滞留在机组内部并对直流电容充电，导致电容端电压激增。因此，有必要采用适当的控制策略，减少机组在电网故障时承受的不平衡能量，以提高PMSG的低电压穿越能力。
[0004]经对现有技术文献的检索发现，AdvancedFaultRide-Through Technique forPMSGffind Turbine Systems Using Line-Side Converter as STATCOM(Nguyen T H,LeeD.? uAAdvanced Fault Ride-Through Technique for PMSG Wind Turbine SystemsUsing Line-Side Converter as STATC0M”，Indus trial Electronics，IEEETransact1ns on 2012,60(7):2842-2850)通过在永磁直驱机组中加入卸荷电阻或储能元件来保证机组实现低电压穿越，但外加硬件设备会增加系统成本和维护难度。:Coordinated control for active and reactive power ofPMSG—based wind turbineto enhance the LVRT capability(Dong SjWang YjLi H.，“Coordinated control foractive and reactive power ofPMSG—based wind turbine to enhance the LVRTcapability”，Electrical Machines and Systems(ICEMS),2012 15th Internat1nalConference on，Sapporo，2012.1EEE.)通过在电网故障时限制直驱电机的电磁功率来限制输入至直流侧电容和电网侧变流器的功率，该方案改进了传统PMSG变流器的控制策略，避免了增加多余的硬件保护装置，但其并未限制风机在电网故障期间捕获风能的能力，因而不能有效地减轻机组低电压穿越负担。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型的目的是为了解决上述现有技术中存在的不足之处，提供一种具有低电压穿越性能的永磁直驱同步风力发电机，能够有效提高永磁直驱风机在全风域范围内的低电压穿越能力。
[0006]本实用新型的目的通过如下技术方案实现:
[0007]一种具有低电压穿越性能的永磁直驱同步风力发电机，其特征在于，永磁直驱同步风力发电机包括风力机、永磁发电机、电机侧变流器、直流电容、电网侧变流器、变压器及控制系统，所述风力机与所述永磁直驱同步发电机的转子相连，所述永磁直驱同步发电机的定子依次经过所述电机侧变流器、直流电容以及电网侧变流器连接到所述变压器，所述变压器并入电网。
[0008]所述控制系统包括桨距角控制系统、电机侧变流器控制系统以及电网侧变流器控制系统，所述桨距角控制系统作用于风力机，所述电机侧变流器控制系统作用于电机侧变流器，所述电网侧变流器控制系统作用于电网侧变流器。
[0009]—种基于本实用新型具有低电压穿越性能的永磁直驱同步风力发电机的协调控制策略，其特征在于，所述控制策略包括以下步骤:
[0010]步骤SI，检测当前电网电压幅值，若电压幅值跌落至90%以下时即判定电网处于故障状态；
[0011]步骤S2，根据步骤I判定的电网状态，桨距角控制系统选择工作模式；
[0012]步骤S3，根据步骤I判定的电网状态，电机侧变流器控制系统选择工作模式；
[0013]步骤S4，根据步骤I判定的电网状态，电网侧变流器控制系统选择工作模式。
[0014]所述步骤S2包括:
[0015]步骤S21，当电网正常时，桨距角控制系统以发电机转速为输入信号，当发电机转速Om超过给定转速最大值COref时，桨距角控制系统工作通过增大桨距角β，以减少风力机出力；
[0016]步骤S22，当电网故障时，桨距角的参考值改由电网容许下限参考值Ugref控制，当检测到电网电压幅值跌落至90%以下时，桨距角控制系统开始工作，桨距角迅速增大。
[0017]所述步骤S3包括:
[0018]步骤S31，电网正常时，发电机转子速度参考值coref由风能最大功率跟踪算法得至IJ，通过与实际发电机转速^^比较，得到的转速差经过比例积分控制器得到有功电流参考值isqref，进而控制发电机的输出功率；
[0019]步骤S32，电网故障时，直流电容端电压改由电机侧变流器控制;检测直流电容端电压Ud。，若其高于额定值UdCTrf时，控制系统动作，避免直流电容过电压。
[0020]所述步骤S4包括:
[0021]步骤S41，电网正常时，电网侧变流器采用电压外环、电流内环的控制结构，电压外环保持直流电容端电压稳定，电流内环实现控制系统高性能的稳态运行和快速动态响应；
[0022]步骤S42，电网故障时，控制系统动作，使电网侧变流器发出一定的无功功率以帮助电网电压的恢复。
[0023]本实用新型提供的一种具有低电压穿越性能的永磁直驱同步风力发电机，充分使用永磁直驱风机自身可用的控制手段，能够有效提高永磁直驱风机在全风域范围内的低电压穿越性能