PMSG辅助感应发电机在混合风电场的低电压穿越策略

"该文主要探讨了在混合风电场中，直驱永磁同步发电机（PMSG）如何协助感应发电机（IG）进行低电压穿越（LVRT），即在电网发生故障时，保持风电机组的稳定运行，提供无功支持以维持电压水平。文章提出了一种确定PMSG最小数量的定量算法，以确保IG在故障期间能够避免滑差失稳。" 在风电场的运营中，低电压穿越能力是风电机组并网的重要条件。当电网出现故障时，风电机组需要保持并网状态，提供无功功率支持，以加速电压恢复。感应发电机因其结构简单、控制方便而在早期广泛应用，但它需要吸收无功功率，可能导致故障时滑差失稳。为此，现代风电场通常采用双馈和直驱永磁同步发电机，与感应发电机混合配置。 直驱永磁同步发电机具有良好的低电压穿越性能，通过直流侧的卸荷电路或储能装置，以及网侧变流器的无功出力，可以有效维持电压并减少恢复时间。PMSG的无功容量可以提升公共连接点（PCC）的电压，为同一风电场内的IG提供帮助，避免额外的设备投资。 然而，现有的研究在利用PMSG协助IG进行LVRT方面存在不足。部分文献未考虑在故障期间提供有功支持，或者仅进行了短期故障的仿真，未能充分验证协同LVRT的效果。还有一些研究虽验证了特定台数下的协同可能性，但没有提供确定PMSG最小数量的定量方法。 本文针对上述问题，提出了一个新的算法，用于计算在保证IG不失稳的情况下，协助LVRT所需的PMSG的最小数量。首先，通过转矩平衡关系，计算出IG滑差失稳的临界转差率。然后，结合故障持续时间和临界转差率，求解IG不失稳时PCC的临界电压。进一步，根据并网导则的最严重电压跌落情况，推导出协助IG进行LVRT所需的无功功率和PMSG的最小台数。 仿真结果证实了协同LVRT的有效性，并量化了理论推导的误差。研究发现，IG的惯性时间常数、转子电阻、机械转矩、定子电抗以及故障时间都会影响临界电压和PMSG协助LVRT的能力。具体来说，IG的机械转矩越大、转子电阻越小、惯性时间常数越长、定子电抗越小，以及故障时间越短，PMSG越容易协助IG成功穿越低电压故障，所需的临界电压也越低。 本文提出的算法为混合风电场中的LVRT策略提供了理论依据，有助于优化风电场的配置，提高整体系统的稳定性和经济性。