直驱型风电系统低电压穿越技术仿真分析
【摘要】本篇文章主要是以Matlab/Simulink来作为直驱式风力发电系统进行仿真模型的建立基础，在这其中主要涉及到发电机、风机、全功率PWM变流器、控制系统等多个不同。进而着重在这一模型基础上，对于直驱型风电系统低电压穿越技术的仿真分析进行了全面详细的探讨，以期为我国风电技术的发展作出贡献。
【关键词】风力发电；直驱式；变流器；低电压穿越
引言
在近几年电能需求不断增大的情况下，我国一直在不断的寻求更加健康的电能来源，风力发电技术便是其中极为关键的环节。如今风电技术已经进入到一个迅猛发展时期，在电能供应源头中所呈现出的占比在不断的增加，但在实际使用期间，如果由于故障现象而直接切断和风力发电机的连接，那么可能会导致电网电压跌落，进而引发系统的失稳问题。因此，风力发电系统要维持电网连接，进而为电网提供无功支持。下文通过直驱风电机组的完整仿真模型建立，来利用其模型对低电压穿越技术进行了仿真分析。
1 直驱式风力发电系统仿真模型的建立
1.1功率主回路的仿真模型
直驱型风力发电机系统本身所呈现出的结构体系极为简便，并且能够有效的对于各方面成本加以维护，而高可靠性，便是风力发电体系运行过程中所必须要引起重视的关键所在。本篇文章所分析的直驱型发电系统主要由发电机、风机模型、PWM整流器、逆变器、等效电网等几个关键部分构成。
公式1
其中风机模型依照公式（1）建立，式中ρ为空气密度；R为风机转子半径；β为桨距角；叶尖速比λ=ωmR/Vw，ωm为风机叶轮转速，Vw为风速；Cp为与桨距角β和叶尖速比λ有关的功率系数。对直驱式风力发电系统，风机与电机同轴旋转，风机根据当前风速与电机转速计算出同步电机的驱动转矩。
1.2网侧变流器的控制
将电网电压定向在d轴上，则d、q轴分别对应变流器有功与无功分量，调节电流矢量在d、q轴上的分量即可控制变流器有功与无功功率，调节有功功率的流动即可实现对直流侧电压的稳定作用。网侧变流器在d-q轴坐标系下的数学模型如下：
式中Rg、Lg为网侧变流器进线电抗器电阻和电感；ugd、ugq分别为电网电压；d、q轴分量；ωg为电网同步角速度。直流电容电压偏差经PI调节得到网侧电流igd的给定量，igq对应于网侧无功需求。内环igd、igq偏差量经PI调节后加上耦合电压补偿量即得网侧变流器d、q轴控制电压分量ugd和ugq，最后经空间矢量调制得到网侧变流器PWM驱动信号。
2 仿真与分析
本文通过对于Matlab/Simulink系统的应用，来搭建了相应的仿真模型，网侧位置的控制系统本身始终维持着良好的直流电压稳定体系，系统运行的单位功率因素所涉及到的相关参照标准，实际上必须要针对系统通过20%、625ms的网侧电压跌落现象，来作为低电压穿越特性的实际测试标准体系。
系统本身在实际运行的过程中，其0.2s的时间段会出现电压的跌落现象，而在这一过程中，网侧电压将会直接跌落到原本电压级别的20%左右，这主要就是为了能够最大限度的确保功率在输出网侧之上，其电流所表现出的一定程度提升，但是其本身在遭受到功率器件会发热的负面条件影响之后，网测电流便无法在这一过程中达到无限放大的效果。通常情况下，过载电流会直接将其影响，标准在两倍额定电流参数以下，那么在这方面的情况下，网侧的输出功率，便能够在一定程度上得以下降，而在这一过程中的相关多余功率，也就必然会在直流母线上所存在的电容器件加以累积，进而推动直流电压持续上升的情况发生，最终引发直流侧过电压状况。
即便是相应的故障在完全消失，并且电压也完全恢复正常之后，也同样会因为网侧电流本身无法突变的特性，以及直流电容上所累积起的大量电能都需要进行释放处理，那么就必然会使得在一个较长的时间段中，内网侧实际呈现出的输出功率本身，都必然会出现大幅度的超调现象，但在这期间，直流电容、电压则能够稳步的下降，并且没有出现任何极为明显的变化，但必须要长周期的时间段进行调速处理之后，才得以逐渐的恢复到正常状态下。从这方面可以明显看出的是，仿真过程中电机本身所表现出的转矩、转速都没有任何明显的欺负，那么从这方面也就能够明显的看出，网侧本身在短时间内呈现出的电压跌落现象，实际上对于电机侧并没有较大的影响，这也有效的体现出了直流侧本身具备的优异隔离效果，从某种程度上来说，这远比传统电机定子直接并网中的双馈风力发电来说，有着更加突出的优势性。
3 结论
综上所述，在如今全新的风电并网规章中，明确要求风电机组在运行的过程中，必须要具备良好的低电压穿越效果，而本篇文章所表现出的仿真分析结果能够看出，直驱型风电发电系统在实际应用过程中，表现出了极为优秀的低电压穿越能力，而在电机侧位置上，其本身却并没有受到网侧电压跌落现象所造成的影响，其可靠性完全满足了风力发电需求。而要使得卸荷电路得以对直流侧电压抑制过程中的低电压穿越能力进行提升，就必须要通过电压恢复、完善的卸荷电路投切等方面措施，来满足各方面标准需求。