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1、第34卷第10期Vol.34No.102010年5月25日May25,2010变速恒频风力发电机组控制技术综述宋卓彦,王锡凡,滕予非,宁联辉,张钦(西安交通大学电气工程学院,陕西省西安市710049)摘要:对国内外风电接入电网的输电网技术规范进行了分析和比较,明确了风电机组的控制要求及对应的控制目标。重点阐述了双馈感应异步发电机(DFIG)和多极直驱式永磁同步发电机(PMSG)2类变速恒频(VSCF)风电机组的拓扑及以最大功率点跟踪(MPPT)为目标的控制方案,其中主要对PMSG的控制方案进行了总结和比较;结合输电网技术规范对风电机组
2、的控制要求,说明了VSCF风电机组在低电压穿越(LVRT)时的控制方案及保护措施,同样以分析PMSG的LVRT控制方案及相应保护措施为主。最后简要介绍了风电机组以提高电能质量、调频能力为目标的研究现状,并对采用分频输电技术的分频风力发电系统进行了探讨。关键词:风力发电;输电网技术规范;矢量控制;最大功率点跟踪;低电压穿越;分频输电技术[4,8212]0引言统对风电的要求以及风电对系统的影响,对风电的控制包括有功和无功功率输出、风电场运行范近10年来,全球的风电装机容量保持了高速增围、电压调节、低电压穿越(lowvoltageride长
3、,欧洲、北美和亚洲是3个主要市场。截至2008through,LVRT)、电能质量等方面。年底,欧洲风电总装机容量达到了65.9GW,比在世界范围内,欧洲、北美的风电技术处于领先2007年增长了约15%,风能满足了欧盟约4.2%的地位,文献[8211]给出了欧洲、美洲国家(地区)的风用电需求。根据欧盟委员会最新的规划,到2020年电接入电网的输电网技术规范。北欧国家的风电普风电装机要达到230GW,以满足欧盟地区14%～[1]及水平最高,德国风电的装机容量又是全欧洲最多18%的电力需求。这与美国能源部提出的风力发[2]的;另外,由于北
4、美电力系统自身电力市场的构成以电建设规划不谋而合。由文献[2]可知,美国的风及输电网所有权的分散,造成与风电相关的部分标力发电装机容量2004年占新增装机容量的不到[10]准仍在起草或更新中。因此,本文只选取北欧、2%,至2008年已经提高到42%,目前美国的风力发电量已经占到总发电量的1.26%。中国的风电德国以及中国关于风电接入电网的相关输电规范进虽然起步较晚,但截至2008年底,风电装机已经达行比较,明确了系统对风电(场)机组的控制要求及到12.2GW,按照目前的发展速度,在2010年将有对应的控制目标;然后结合输电规范,主要对
5、2类变可能超越西班牙和德国,风电总装机容量跃居世界速恒频(variablespeedconstantfrequency,VSCF)第2位。根据世界风能委员会的预测,到2020年全风电机组,即双馈感应异步发电机(doublyfed[3]inductiongenerator,DFIG)和多极直驱式永磁同步世界的电力消耗将有12%来自风力发电。随着风电装机在系统中比重的增大,风电对系统的影响发电机(permanentmagnetsynchronousgenerator,也越发明显。PMSG),以最大功率点跟踪、LVRT为目标的控制[425]
6、方案进行研究风电对系统的影响主要体现在电能质量方,最后介绍了风电机组的其他控制目面,包括电压变化、谐波、闪变3个方面的内容。此标和分频(变速变频)风电系统的研究进展。外,还体现在对电网可靠性的影响,其中又包括了短1风电机组的控制目标期影响和长期影响。短期影响有备用、输电阻塞(输电网效率下降)、常规机组效率降低、减排等方面,长针对风电机组自身的标准和风电(场)机组所接期影响主要是指对发电容量充裕度的影响,一般从入电网的输电网技术规范共同形成了对风电机组的[627]风电机组容量可信度的角度进行说明。结合系控制要求。本节总结了风电机组的控制
7、要求,进而得到相应的控制目标。收稿日期:2009212207;修回日期:2010202210。1.1风电机组标准国家自然科学基金资助项目(50777052)。IEC61400系列标准是目前国际上最为通用的—8—·综述·宋卓彦,等变速恒频风力发电机组控制技术综述风电机组标准,国内目前沿用的风电机组标准大部风电机组要求最严格,要求能够运行在47.5Hz～分是由国际电工委员会(IEC)标准转化而来,例如53.0Hz,电压(标幺值)为0.85～1.10;E.ON公司目前使用的GB/T20320—2006《风电机组电能质要求风电机组运行在47.
8、5Hz～51.5Hz,电压为量测量和评估标准》与IEC61400221是一样的;即0.9～1.1;国内要求风电机组能运行在48Hz～使是德国使用的FGW(2002)标准,除了在数据采51Hz,运行电压为0.9～1.1。超
