第41卷第14期电力系统保护与控制V ol.41 No.14 2013年7月16日Power System Protection and Control July 16, 2013
一种新型的永磁同步风力发电机并网系统
张明锐1，陈 洁1，王之馨1，王少波2，欧阳丽3
（1.同济大学电子与信息工程学院，上海 201804；2.上海环保工程成套有限公司，上海 200070；
3.上海电气集团股份有限公司中央研究院，上海 200070）
摘要：提出一种基于固态变压器的永磁同步风力发电机并网系统。在并网变流器中加入高频变压器，实现整流和逆变部分的电气隔离，高压侧变流器的输出电压达到10 kV, 从而减小了并网电流。在直流侧增加超级电容储能装置，使风电机组具备较强的低电压穿越能力。对系统的关键控制部分进行分析设计，建立了系统仿真模型。研究结果表明，所设计的新型风电并网系统能够明显减小并网冲击电流，并具有很强的低电压穿越能力，是一种有效的永磁同步风力发电机并网方法。
关键词：风力发电；永磁同步发电机；固态变压器；最大风能跟踪；低电压穿越；超级电容
A new permanent magnet synchronous wind-power generation grid-connected system
ZHANG Ming-rui1, CHEN Jie1, WANG Zhi-xin1, WANG Shao-bo2, OUYANG Li3
(1. College of Electronic and Information Engineering, Tongji University, Shanghai 201804, China;
2. Shanghai Environment Protection Complete Engineering Co., Ltd, Shanghai 200070, China;
3. Central Academe, Shanghai Electric Group Co., Ltd, Shanghai 200070, China)
Abstract:This paper puts forward a new permanent magnet synchronous wind-power generation grid-connected system based on solid state transformer. The high frequency transformer is added into the power electronics converters to realize an electrical isolation between the rectifier and the inverter. The output voltage of the inverter can be 10 kV and the grid-connected current is reduced. The super capacitor storage device is added to the DC bus, so that the wind generation system has strong ability of low voltage ride through. The model of the above mentioned system is constructed and its key control segments are analyzed and designed. The simulation results show that in this system, the grid-connected impact current is small and the capability of LVRT is strong. Therefore, it is a kind of valid method for the wind generation system to connect to the grid.
Key words: wind power generation; permanent magnet synchronous generator; solid state transformer; maximum power point tracking; low voltage ride through; super capacitor
中图分类号：TM315 文献标识码：A 文章编号：1674-3415(2013)14-0141-08
0 引言
目前工业上广泛应用的兆瓦级变速恒频风力发电系统所采用的发电机主要有两种：双馈式异步发电机（Doubly-Fed Induction Generator，DFIG）和直驱式同步发电机（Direct-Drive Synchronous Generator，DD-SG），后者又分为绕线式同步发电机（Wound Rotor Synchronous Generator，WRSG）和永磁同步发电机（Permanent Magnet Synchronous Generator，PMSG）。相比于采用DFIG的风电系统，直驱式风力发电机组变速范围更宽，而且省去
基金项目：教育部留学回国人员科研启动基金资助项目(08002410012)；中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(0800219169)了故障率高的齿轮箱，机械可靠性更好，发电机与电网之间电气隔离，安全性也大大提高。而永磁式同步发电机采用永磁体励磁，不需要励磁绕组及电刷和滑环，在简化机械结构的同时，又提高了发电机的效率[1]。而且，采用稀土永磁可增大气隙磁密，缩小电机体积，又提高了电机的功率密度。近年来，随着高性能永磁材料制造工艺的提高和高性能稀土永磁材料钕铁硼（NdFeB）在风电机组中的应用，PMSG的性价比进一步提高。因此本文的风电系统选择PMSG作为发电机。
直驱式永磁同步风力发电机一般采用多极低速结构，其典型并网电路主要有三种形式：（1）不控整流器+直流侧电容+并网PWM变流器[1]；（2）不控整流器+Boost电路+并网PWM变流器[2]；（3）定子PWM变流器+直流侧电容+并网PWM变流