双馈感应风电机功率平滑控制与改善电网频率的研究

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1、双馈感应风电机功率平滑控制与改善电网频率的研宄摘要：在分析双馈感应风力发电机运行特性和传统最大风能追踪控制策略的基础上，提出了一'种基于约束因子限幅控制的双馈电机有功功率平滑控制策略，给出了约束因子？a?的表达式和取值规则.在matlab/simulink仿真平台上，搭建了一个9MW的风电场与2台同步电机的互联系统.实验结果表明，与传统的最大风能追踪控制策略相比，所提控制策略能平滑双馈电机的有功功率输出，明显减小同步发电机的转速波动，改善了电网的频率.?关键词：风力机；双馈感应发电机；约束因子;有功

2、功率平滑；电网频率？中图分类号：TM315文献标识码：AStudyofthePowerSmoothingContorlofDoubly-fedInduction?GeneratorWindTurbineandtheContributiontoGridFrequency??CHENBo,WUZheng-qiu,TANXun-qiong,TANGMin-fu?(CollegeofElectricalandInformationEngineering，HunanUniv，Changsha，Hunan410

3、082，China)Abstract:Basedontheanalysisofboththeoperatingcharacteristicsofdoubly-fedinductiongenerator(DFIG)andconventionalcontrolstrategyofmaximumpowerpointtracking(MPPT),acontrolstrategybasedontheconstraintfactorofamplitude-limittosmooththeoutputofacti

4、vepowerwasproposed.Theexpressionandcalculationmethodofconstraintfactor?a?wasprovided.Basedonmatlab/simulinksimulation,apowersystemwithone9MWwindfarmandtwosynchronousmachineswasbuilt.Experimentresultshaveshownthat,comparedwiththeconventionalMPPTcontrolm

5、ethod,theproposedcontrolstrategycansmooththeactivepowerofDFIGandweakentherotorspeedfluctuationofsynchronousmachines,sothusthegridfrequencycanbeimproved.Keywords:windturbines;doubly-fedinductiongenerator;constraintfactor;activepowersmoothing;gridfrequen

6、cy双馈感应发电机因功率解耦控制灵活［1-4］、在较大风速范围内具有较高的风能捕获效率［5］、成本较低等优点而成为目前主流的风力发电机型.文献［6-7］对于双馈电机自身所具有的无功功率调控能力进行了研宄.双馈电机在传统最大风能追踪控制策略下，其有功输出会因风速的波动而随机波动，随着风电场大量并入电网，会对系统电能质量产生较大的影响［8-9］，系统需要有大而迅速可调的备用容量，才能保证频率的稳定.如何使风电机组在额定风速下输出较为平滑的有功功率和减小电网的频率波动问题、逐渐成为研宄的热点.？文献［10

7、］利用电力电子技术和储能元件抑制风电机组输出功率的波动，然而这种控制方法需增加新的硬件装置，提高了系统成本和控制难度.文献［11］通过变桨距来平滑风电机功率输出，但是，当风速变化较快时，由于变浆距结构的惯性很大，仅通过这种控制来调节发电机输出的有功功率，很难达到理想效果.文献［12］提出了一种通过变奖距与转速控制相结合的控制方案，但输出功率给定值的计算需要测量风速的大小，而实际中风速大小可能快速变化，风向也具有不确定性，要得到准确的测量值比较困难，且风能的利用效率很低.？本文在分析双馈感应风力发电机

8、运行特性基础上，提出一种限制功率输出的控制策略，即将传统控制策略中的输出功率给定值乘以一个约束因子？a?作为新的输出功率给定值，并结合变速与变桨距角控制来限制有功功率输出.控制方法完全避免了风速的测量，也无需增加新的硬件设备，控制方案简单有效.文中通过对一个9MW的风电场和2台同步电机的互联系统进行时域仿真与分析，依据发电机能提供的备用容量大小和调节能力，设置不同的?m?值，在平滑双馈电机有功功率输出和减小电网频率波动的基础上，最大限度地利用风能.？3有功功率平滑控制