风电PMSG背靠背PWM变流器的直流能量平衡与补偿策略

风电作为一种清洁可再生能源，其发展对全球能源结构的转型具有重要意义。本文主要关注的是永磁同步发电机(PMSG)与背靠背PWM变流器组成的风力发电系统，这种配置因其高效率和电网适应性而受到青睐。PMSG结合全功率背靠背PWM变换器，能够有效应对电网故障，提供必要的无功功率支持，从而实现故障穿越。 研究的关键点在于针对PMSG风力发电系统，两个主要的直流侧能量波动来源被识别出来：风机能量波动和电网电压波动。这些波动可能导致直流电压不稳定，影响系统的可靠性和效率。为了克服这个问题，文章首先基于小信号模型分析，深入理解了功率平衡关系在系统中的作用。 作者提出了一种创新的网侧变流器输出电流补偿控制策略。这个策略的目标是在风机能量波动时保持直流侧电压稳定，同时在电网电压故障时，利用变流器的容量来最大程度地减小冲击，促进风电机组的故障穿越能力。此外，这种方法还能减少对直流电容容量的需求，从而降低系统的成本和复杂性。 相比于传统的解决方案，如单纯增加电容容量，这种电流控制策略具有显著的优势。它避免了电容容量过大导致的功率密度下降、体积增大和响应速度变慢的问题。文献中提到的过调制策略仅适用于电网电压骤升，而直接电流控制和主从控制方法则会牺牲变流器的独立性，增加控制复杂性。 电流反馈方法及其改进方案则试图通过更精细的控制来维持电流平衡，这在一定程度上保留了系统的解耦特性，降低了控制的复杂性。然而，这些方法需要精确的电流测量和快速的控制算法，以确保在实际运行中效果良好。 本文提出的直流能量平衡新方法，通过优化网侧变流器的控制策略，为PMSG风电系统提供了更稳定、高效和经济的运行方案，对于推动风电技术的发展和电网的接纳能力具有重要的实践价值。