直驱永磁同步风电机组不对称故障穿越的研究

直驱永磁同步风机低电压穿越控制方法作者：李洁张璐来源：《科技创新与应用》2017年第01期摘要：文章阐述了用于直驱永磁同步风力发电系统暂态分析的传动轴系的双质块模型和全功率变流器数学模型，分析了低电压故障下直驱永磁风力发电系统的暂态特性。

提出了相应的变流器改进技术措施。

关键词：直驱永磁同步风机；低电压穿越；控制策略前言风能电力在电网供电中的比重逐年上升，因此，必须考虑电网故障时风机的各种运行状态对电网稳定性的影响。

电网故障引起电压跌落会带来一系列暂态过程，如过电压、过电流或转速升高等。

风力发电机组在这种情况下立即解列以自我保护。

当风电在电网中占有较大比例时，这种自我保护式解列会增加系统恢复难度，甚至使故障恶化。

新的入网规则要求，电网电压跌落时，风力发电机应不脱网运行，向电网提供无功功率，直到电压恢复，这就是低电压穿越（Low voltage ride through，LVRT）。

风力发电包含两个过程，第一个就是将风能转化为机械能，第二个就是将转化来的机械能转换为电能。

其中风能到机械能的转换任务由风力机完成，从机械能到现实所需要电能的转换任务则由发电机及之后的变流设备完成。

本文研究的风力发电过程采用变速恒频直驱永磁同步发电机，采用该类型电机是由于其成本低，控制方法简单，也就意味着控制失效率更低。

在该风力发电系统中，所有的发电机的转子都要和风力机的转子通过连接装置进行连接，所以风速的变化会导致发电机的输出功率大小的变化，由于风速是不确定的，所以最终从风机发出的电能是电压幅值、频率都会变化的交流电，全功率变换电路的作用就是将其变为恒定频率的交流电后输入电网，很大程度上提高了系统效率。

1 永磁风机的基本结构永磁直驱风力发电系统采用的是永磁同步发电机，该系统主要包括：（1）永磁同步发电机：由于定子采用永磁材料，所以不需要加装定子绕组，其结构会大大简化，其转化效率相较于其他类型电机要略胜一筹；（2）风力机：将吹过风轮的风的动能转换为机械能，在此期间会有一定的能量损耗，然后再通过连接装置带动发电机转子转动，然后发电机将转子的动能转化为电能，在整个由风力到电力转化的过程中，整个机组能量的转化率主要取决于风力机的能量转化效率，可以说是风力机的核心部件；（3）变流器：对于并网的风电系统来说，发电机与电网之间的变流器是十分重要的部分，也是控制系统的直接控制对象。

直驱式永磁同步风力发电机性能研究摘要：现代风力发电技术的发展趋势为一是无刷化，二是采用取消增速机构的风力机直接驱动低速发电机，其中最典型的是直接驱动永磁风力发电机。

本文以输出功率1.5 MW，转速为20 r/min，120 极378槽的内置式直驱永磁风力发电机为例，通过场路结合法分析了发电机在空载、额定负载、短路情况下的运行性能。

最后比较和分析了极弧系数、负载变化以及每极每相槽数对永磁同步发电机性能的影响，为今后电机参数优化提供理论依据。

关键词：直驱式；永磁同步风力发电机；性能前言永磁直驱同步风力发电机是由风力直接驱动发电机进行发电，亦称无齿轮风力发电机。

这种发电机采用多极电机与叶轮直接连接进行驱动的方式，免去齿轮箱这一传统部件。

由于齿轮箱是目前在兆瓦级风力发电机中属易过载和易过早损坏的部件，因此没有齿轮箱的直驱式风力发电机，具备高效率、低噪声、高寿命、体积小、维护成本低等诸多优点。

一、永磁同步风力发电机运行性能分析采用RMxprt软件对功率为1.5 MW的直驱式永磁风力发电机进行设计，确定电机尺寸为：定子外径3 620 mm，定子内径3 324 mm，转子外径3 182 mm，铁心长度1 140 mm，永磁体材料为Nd-FeB，永磁体厚度25 mm，气隙长度6 mm。

RMxprt软件得到的永磁风力发电机的性能指标列于表1。

1、空载特性图1 给出用Maxwell2D软件得到的转速为20 r/min时的空载相电压波形，其空载线电压为1 194.9 V，而用RMxprt软件计算的空载基波感应电压为1 021.9 V，两者差值是由于其它次谐波所造成的。

图2所示为空载电压的谐波分量分布情况，3次谐波为其谐波中最大，总谐波畸变THD为11.91%，可以采取优化永磁体形状等一些设计方案来降低THD。

空载齿槽转矩如图3所示，表明120极378槽设计方案的齿槽转矩脉动小，风机叶片的转速脉动也随之减小。

图4给出了空载时的磁力线分布情况，可以看到磁力线合理地分布于定子齿部和转子轭部内，永磁体间漏磁很小，定子齿部磁密较大。

风力发电机组故障穿越问题综述王丽飞发布时间：2021-12-29T07:27:51.521Z 来源：基层建设2021年第28期作者：王丽飞[导读] 在我国新能源发点中，风力发电的比例很大，在我国电力供应中的作用和意义重大，但是，在设备的应用中，不免会出现各类影响因素，导致设备的频率及电压超过了正常应用范围，中广核玉溪通海风力发电有限公司云南省玉溪市 652700摘要：在我国新能源发点中，风力发电的比例很大，在我国电力供应中的作用和意义重大，但是，在设备的应用中，不免会出现各类影响因素，导致设备的频率及电压超过了正常应用范围，进而最终让设备在电压与频率不正常的情况下开展工作，为此，这就要求风力发电机组需要具有相应的抵抗了，从而充分保证发电机组的故障穿越能力。

鉴于此，文章详细论述了风力发电机组故障穿越的问题，希望能够对同行人士有所启迪，进而更好的为行业的稳定健康发展助力。

关键词：风力发电机组；故障；穿越问题1 风电机组故障穿越概念对于风力发电机组故障穿越问题（GFTR）而言，具体指的是电力系统事故或扰动所引发的并网电压或频率超出正常标准的运行范围时，并在特定的电压或频率范围与持续时间间隔中，风电机组可以根据正常标准，确保不脱网而持续运行，同时能够平稳的过度到正常运行状态中的一类能力。

电网故障会让风电机组等风电场的电气设备形成一些如过速、低电压以及过流等暂态过程，风电机组应该具有相应的能力而穿越故障，也就是风力发电机组故障穿越。

现如今，在电网中，风电比例已到达了很高的水平，假如风电机组依旧不具有合格的电网故障抵御力，一旦碰见风电机组不具备合格的电网抗故障能力，若电网发生故障，就会自动解列，这会使局部电网故障恢复的难度增加，影响到电网的稳定性，甚至加剧故障，最终引发系统崩溃。

风机的故障穿越能力（GFRT）主要涵盖了下面三个概念，即频率穿越（FRT）、高电压穿越（HVRT）、低电压穿越（LVRT）。

而 FRT 尚未被正式命名，行业中也无更多的关注，有关文献对其也缺乏相应的论述与研究。

《永磁直驱风力发电系统故障穿越技术研究》篇一一、引言随着可再生能源的日益重视和风力发电技术的不断发展，永磁直驱风力发电系统因其高效率、高可靠性等优点，在风力发电领域得到了广泛应用。

然而，由于风力发电系统的运行环境复杂多变，其故障穿越能力对于保障电力系统的稳定运行具有重要意义。

因此，对永磁直驱风力发电系统故障穿越技术的研究显得尤为重要。

本文将就永磁直驱风力发电系统的故障类型、故障穿越技术及其应用进行详细探讨。

二、永磁直驱风力发电系统概述永磁直驱风力发电系统是一种将风能直接转换为电能的系统，其核心部分包括风轮机、永磁发电机、变流器等。

该系统具有结构简单、维护方便、能效高等优点，在风力发电领域具有广泛的应用前景。

然而，由于风力发电系统的运行环境复杂，其故障穿越能力对于保障电力系统的稳定运行至关重要。

三、永磁直驱风力发电系统故障类型永磁直驱风力发电系统可能出现的故障类型主要包括发电机故障、变流器故障、传感器故障等。

其中，发电机故障可能包括绕组断路、绝缘老化等问题；变流器故障可能包括功率模块损坏、控制电路故障等；传感器故障则可能导致系统监测不准确，影响系统的正常运行。

四、故障穿越技术为了保障永磁直驱风力发电系统的稳定运行，需要采取有效的故障穿越技术。

故障穿越技术主要包括以下几个方面：1. 故障检测与诊断技术：通过监测系统运行参数，及时发现故障并诊断故障类型和位置，为后续的故障处理提供依据。

2. 保护控制策略：根据故障类型和位置，采取相应的保护控制策略，如切断故障部分、调整系统运行参数等，以保障系统的稳定运行。

3. 能量管理策略：在故障发生时，通过优化能量管理策略，如调整风机转速、控制功率输出等，以减小故障对系统的影响。

4. 备用电源系统：在关键时刻，备用电源系统可以迅速投入运行，保障电力系统的稳定供电。

五、故障穿越技术的应用针对不同的故障类型和场景，可以采取不同的故障穿越技术。

例如，在发电机故障时，可以采用备用的发电机组进行替换；在变流器故障时，可以通过优化控制策略来保证系统的正常运行；在传感器故障时，可以通过冗余设计来保证系统的监测准确性。

农业生物环境与能源工程风力发电机组故障穿越问题综述高晓华(福建海上风电运维服务有限公司，福建福州350000)摘要：风力发电在我国新型能源发电中占有较大的比例，对我国的电力供应具有重要意义。

然而在设备的使用过程中难免会因各种因素使设备的频率和电压超出了正常使用的范围，导致设备需要在不正常的电压和频率范围内进行工作，这就需要风力发电机组具备一定的抵抗能力，确保发电机组的故障穿越能力。

关键词：风力发电机组；故障穿越；问题探究1风电机组故障穿越概念世界各国的标准对风力发电机的故障排除能力基本有相同的定义。

基本内容可以总结如下：根据标准要求，该设备可确保连续运行而不会离网，并且可以平稳过渡到正常运行。

通过对国家标准的研究，发在工作中有比较稳定的输入输出效率；(5)具备绿色环保的优点，以此保证锂离子电池在达到使用寿命后，在收集处理的过程中对环境影响降到最低水平；(6)材料获得难度较小，有较大的资源储备，材料价格低廉等5。

3 生物炭材料分析(1)稻壳最佳热解温度为700'，因为稻壳在700'热解下含碳量最高，材料层间距较小，有序化程度比较高，有利于离子的吸收与脱离和存储更多离子。

将稻壳放入3mol/L HCL煮沸lh,然后继续用2mol/L NaOH溶液继续煮沸2h,稻壳在700'热解下制备而成的锂离子电池进行首次充电实验，其容量为678mAh/g,首次放电测试，其容量为239mAh/g,反复循环10次测试，其容量保持率可以达到86.2%.间。

(2)菠萝皮最佳热解温度为700'，菠萝皮在700'温度下碳化，具有较低的石墨化程度，很高的混乱程度，有助于锂离子的嵌入与脱出，提升储能容量，以700'碳化的菠萝皮为负极制备的锂离子电池在50mAh/g电流下充放电测试，其循环容量保持在304.5mAh/g,反复循环10次测试，其容量保持率可以达到85.2%。

(3)茶叶的最佳热解温度为450',以450'碳化的茶叶为负极制备的锂离子电池在50mAh/g电流下进行充放电测试，其容量达到569,1mAh/g,反复循环10次测试，其容量保持率达到了68.8%./。

不对称故障下双馈风电机组低电压穿越性能提升方法研究开题报告一、选题背景及意义双馈风力发电机组是目前风电发电系统常用的一种类型，其特点是具有良好的低电压穿越性能。

然而，在实际的运行过程中，双馈风电机组面临着一些不对称故障的影响，当发生不对称故障时，机组的低电压穿越性能会受到一定程度的影响，甚至可能会导致机组的故障。

因此，研究针对不对称故障下双馈风电机组低电压穿越性能的提升方法，对于提高风力发电机组的可靠性和稳定性具有重要的意义。

二、研究目标及内容本次研究的目标是提出一种针对不对称故障下双馈风电机组低电压穿越性能的提升方法，通过对不对称故障场景进行分析，并结合机组的特点和运行模式，分别从机械系统、电气系统和控制系统三个方面入手，探索出适合不同场景下的低电压穿越性能提升方案。

具体的研究内容包括：1. 不对称故障分析：通过对不对称故障的原因和形式进行分析，确定不同故障模式下机组可能出现的问题和对策；2. 机械系统方案：研究机械系统对低电压穿越性能的影响，并提出调整转速控制策略、增加制动辅助、优化转矩传递系统等方案；3. 电气系统方案：分析电气系统对低电压穿越性能的影响，并提出控制转子电流及感应电动机对电网功率的控制等方案；4. 控制系统方案：分析控制系统对低电压穿越性能的影响，并提出适合于不对称故障场景下的控制策略。

三、研究方法和技术路线本次研究采用理论分析和实验研究相结合的方法，通过对典型场景的模拟以及各种方法的实际应用，验证低电压穿越性能的提升效果。

技术路线如下：1. 不对称故障场景模拟，确定不同故障模式下机组可能出现的问题和对策；2. 基于电气机械模型，采用PSCAD等计算软件，对不对称故障场景下的机组低电压穿越性能进行数值模拟；3. 基于模拟结果，设计控制及机械环节的方案；4. 在实验平台上对不对称故障下的低电压穿越性能进行实际测试；5. 对实验结果进行分析和总结，得出提升方法的总结和结论。

四、研究预期成果本次研究预期可实现以下成果：1. 针对不对称故障下双馈风电机组低电压穿越性能的提升方法，实现理论分析和模拟仿真，以及实验测试；2. 研究不同场景下低电压穿越性能提升方法，为风力发电机组的可靠性和稳定性提供新的思路和方法；3. 发表相关论文，提高学术研究水平和学术声誉；4. 为电力生产实际应用提供技术支持，提高电力生产的可靠性和稳定性。

提高PMSG低电压穿越能力的控制策略研究为提高对称故障下永磁同步风电系统的低电压穿越能力，在机侧变流器控制中，提出将网侧输出功率替换成发电机输出有功功率，作为机侧变流器的功率外环给定值；提出将反映PMSG输出瞬时有功功率的变化量作为前馈补偿量，与直流侧电压差值经PI调节器的输出值叠加，作为网侧变换器电流内环d轴电流给定值。

该改进的控制方法能快速跟踪机侧功率的变化，实现电网侧变换器输出有功功率与发电机输出有功基本平衡，抑制直流侧电压的波动。

标签：低电压穿越；永磁同步发电机；直流侧电压引言風能是一种清洁的可再生能源，其蕴藏量丰富，分布面广，开发利用潜力巨大[1]。

直驱式永磁同步风电系统通过全功率变流器与电网相连，实现隔离[2]，电机侧变流器控制PMSG的功率和转速，电网侧变流器控制网侧功率因素和直流侧电压，使永磁同步风电系统相对其他系统而言，更容易实现低风电系统低电压穿越（LVRT）。

风电系统低电压穿越是指当电网故障或扰动引起风电场并网点的电压跌落时，在电压跌落的范围内，风电机组能够不间断并网运行。

电网电压发生跌落时[3-5]，为保持输出功率平衡，将增大网侧变流器的输出电流，一旦达到器件限流值，功率输出将会受限，导致发电机功率未能及时送出，使得剩余能量对母线电容进行充电，进而引起母线电压骤然上升，引起直流侧的2倍频波动[6]，威胁器件安全，影响电能质量。

1 PMSG风电机组的控制策略图1为永磁同步风力发电系统的拓扑结构图，系统采用背靠背全功率变流器，将发电系统和电网进行隔离。

机侧变流器实现风能最大捕获控制，网侧变流器实现直流侧电压稳定及单位功率因素并网控制。

2 故障时变流器的控制策略对机侧变流器控制的目的主要是实现最大风能捕获[7]。

但风速具有随机性，当风速不在额定风速时，需控制变流器来调节电机转速，达到当前风速对应的最佳转速，保证叶尖速比，实现最大风能追踪。

图2为机侧变流器控制框图，采用功率外环和电流内环双闭环控制，直接将永磁同步发电机的输出功率Pm替换成网侧输出功率Pg，作为功率反馈值。