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1、第32卷第16期Vol.32No.162008年8月25日Aug.25,2008变速恒频风电机组运行控制11111223舒进,张保会,李鹏,汪成根,程临燕,薄志谦,A.KLIMEK,褚云龙(1.西安交通大学电气工程学院,陕西省西安市710049;2.阿海珐输配电电能自动化与信息公司,英国斯塔福德郡ST174LX;3.西北电网有限公司,陕西省西安市710049)摘要:在PSCAD/EMTDC下建立了双馈型感应变速风电机组动态模型,基于该模型提出一种风电机组功率控制策略,并分析了机组约束条件对控制策略的影响。该策略实现了无风速测量下的最大风能追踪,并可以对风机捕获的功
2、率进行控制,使风电机组在风力限制范围内承担系统功率调节任务。对一台2MW双馈型感应变速风电机组进行了仿真,仿真结果表明控制方案在风速波动条件下能够准确、有效地对风电机组最大风能追踪,并能对有功、无功功率按计划进行独立调节。关键词:变速恒频;动态模型;功率控制;控制策略中图分类号:TM614;TM760引言行了分析。该策略使无风速检测风力发电系统在可用风力范围内实现对有功、无功功率的有效控制,从随着世界能源需求量的持续增大导致环境污染而可承担系统功率调节任务。加重及环保压力加大,越来越多的国家把发展电能的研究转向利用清洁的可再生能源。2006年底,世1DFIG风电机
3、组界风力发电总装机容量74223MW,新增装机容量1.1DFIG风电机组总体结构15197MW,预计到2020年占世界总电力比例将达基于DFIG的变速风电系统总体可分为5部分12%。风力发电年增长达35%,在可再生能源行业模型:风速模型、气动模型、机械传动模型、双馈感应中发展最快。通常使用的风力机组大致可分为4种发电机及各种控制系统。系统总体结构如图1所[1]类型,基于双馈型感应发电机(DFIG)的变速风电示。机组作为一种非常经济的变速恒频风力发电方案,目前已经成为兆瓦级风力发电机组最普遍采用的形式。为了最大限度地利用风能,可实现最大风能追踪的变速恒频风力发电控制
4、技术成为研究热点。由于风能的随机特性,随着风电装机容量的不断增加,仅对最大风能进行追踪产生的随机变化的功率无法[2]图1DFIG风电机组总体结构满足电力系统功率实时平衡的运行要求。风电场Fig.1OverallstructureofDFIG2basedwindgenerator应与常规发电方式一样承担系统频率、电压等调节任务。为了描述风速的随机性和间歇性特点,风速u本文在PSCAD/EMTDC下建立了定子磁场定由基本风、渐变风、随机风叠加而成。气动模型模拟向DFIG变速风电机组动态模型,通过对电磁转矩风力机桨叶将风能转变为机械能,忽略动态迟滞效的间接转速控制调节风
5、机转速,以实现单机最大功应,将风力机捕获机械转矩Trot表达为解析形式。率追踪。针对风电接入系统运行要求,在功率追踪机械部分包括低速轴、齿轮箱、高速轴在内的传动环的基础上实现给定功率控制策略,并就风电机组定、节,经齿轮箱升速后转矩变为Tmec。采用单质量块转子及风机容量约束对机组调节能力产生的影响进低速轴和理想齿轮箱,传动部分可用一阶惯性环节描述。电网运行控制部分指定机组有功和无功发电收稿日期:2008204216;修回日期:2008206204。功率分别为Pref和Qref。桨距角控制系统根据发电国家高技术研究发展计划(863计划)资助项目功率Pgen和风速对桨
6、距角β进行调节。(2006AA05Z247)。—89—2008,32(16)1.2DFIG模型DFIG转子运动方程为:dωrJ=Tmec-Te(1)dt式中:Tmec为机械转矩;Te为电磁转矩;ωr为转子角速度;J为转动惯量。DFIG可实现电磁转矩与无功功率的解耦控图2桨距角调节系统Fig.2Pitchanglecontrollermacro[324]制。M2T坐标下DFIG模型为:····Us=RsIs+(jωs+p)LsσIs+jωsΨm2DFIG风电机组运行控制····Ur=RrIr+(jωs+p)LrσIr+jsωsΨm2.1DFIG风电机组转速控制策略L
7、m··(2)Te=(Ψm×Ir)当风速小于额定风速时,变速恒频风电机组在Ls一定范围内通过控制转速捕获最大功率。转速控制···Ψm=Lm(Is+Ir)策略分为直接转速控制和间接转速控制2类[627]。····式中:Us和Ur分别为定、转子电压相量;Is和Ir在风速无法准确测量的条件下,直接转速控制策略分别为定、转子电流相量;Rr和Lrσ分别为折算到定无法实际应用于稳态运行控制。本文从转速平衡实子侧的转子电阻与漏感;Rs和Lsσ分别为定子电阻质出发,使用间接转矩控制,通过控制DFIG电磁转·和漏感;ωs为同步速;Ψm为气隙磁链;×为叉乘符矩不但能实现无风速测量条件下
8、的最大风能
