变风速下永磁直驱风电机组频率_转速协调控制策略_李立成

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1、变风速下永磁直驱风电机组频率—转速协调控制策略—李立成第35卷第17期2011年9月10日Vol.35No.17,Set・102011P变风速下永磁直驱风电机组频率一转速协调控制策略李立成，叶林()中国农业大学信息与电气工程学院，北京市100083摘耍：在分析永磁直驱风电机组变速运行特性的基础上，在电力系统电磁暂态分析软件平台上建立了永磁直驱风电机组的动态模型，提出了一种新的永磁直驱风电机组频率一转速协调控制策略。该控制策略能够有效减少风电机组的转矩突变，在风电机组参与频率调整时对转速进行调节，并口能够有效增大系统惯性。将所提出的频率一转速协调控制策略与单一的频率控制策略进行仿真对比，结果表

2、明，采用频率一转速协调控制策略的永磁直驱风电机组能够有效增大系统惯性，减小频率波动幅度和转矩突变。关键词：风力发电；永磁直驱风电机组；频率一转速协调控制；电磁暂态分析软件0引言由于变转速永磁直驱风电机组省去了容易出故,运，，所以逐渐成为风。(变流器，通过转子磁场定向的矢量控制技术PWM)113-。由于采用了最大风能实现最大风能跟踪控制［跟踪控制策略，使得永磁直驱风电机组的机械功率与系统电磁功率解耦、转速与电网频率解耦。随着风电容量占电网总容量的比重不断提高,这种解耦效应对系统频率稳定性的影响日益严重。国内外对变速风电机组的频率响应控制进行了一些研究。文献［提出在系统频率变化时通过增4］加频率

3、控制环节来释放或者吸收转子中的一部分动能，实现风电机组的频率控制，但该方法没有考虑风电机组的失速保护问题。文献［提出了集频率控5］制、转速延时恢复，转速保护系统和与常规机组配合为一体的风电机组频率控制单元，该单元虽然考虑了转速恢复和转速保护问题，但是没有针对频率波动较人情况下的转速响应问题作进一步研究。文献［］提出了额外有功设定值分时控制的新方法，以转6换器容量和失速限制为条件进行切换控制，却没有解决切换控制时引起的频率二次波动问题。文献□通过仿真将飞轮储能装置引入风力发电系统，通7过飞轮的充/放电控制，改善传统风电机组的频率控］。文献［针对风电机组离网运行情况，提89—出了附加备用频率控制

4、策略，以改善风电机组的频率响应特性。木文在考虑永磁直驱风电机组变速运行特点的基础上，提出了变风速下永磁直驱风电机组频率一转速协调控制策略，并对其有效性进行了验证。1频率响应机理与数学模型电力系统频率是电能质量的基本指标之一，国/家标准G电能质量电力系统频BT15945—2008《率偏差》规定：耍保证将系统频率偏差控制在允许范如果发电机组出力仍然围之内。在大负荷投切时，保持不变，突增负荷所消耗的能量只能由机组转动部分的动能供给，而当风电机组动能无法供给突增10]O负荷时，将会引起系统频率偏差超出允许范围[1・1风电机组的动能风电机组转动机械中储存的动能为E=2其中，0.5JJ为转动部分的惯性矩

5、；om,om为转动角速度。通常将发电机组运行时动能与其额定容量2（,其中，的比值定义为惯性时间常数H=J2S）om/常规发电机S为发电机组额定容量。额定转速下，[8],组的惯性时间常数一般为2〜9s而风电机组的o因此，惯性时间常数约为6s通过增加频率控制环可以使永磁直驱风电机组获得与常规发电厂相节，11]。似的频率惯性响应能力[1・2永磁直驱风电机组的动态模型/EMTPATP是冃前国际上广泛使用的电力系统电磁暂态分析程序，但在其元件库中没有风电机12],组模型[本文利用软件中的MODELS语言和;修回日期：。收稿日期：2011012220110419--);国家自然科学基金资助项目(教育部科

6、学技术研51077126)；究重点项目(教育部新世纪优秀人才支持计划资助109017；项冃(北京市自然科学基金资助项冃NCET080543)——()；中国农业大学研究牛科研创新专项资助项目3113029()o15050203—26—•绿色电力自动化•李立成，等变风速下永磁直驱风电机组频率一转速协调控制策略(开发了TACStransientana1sisofcontrolsstem)yy13],永磁直驱风电机组的动态等值模型[如图1所所以，在该坐标系下发电机输出有功q轴分量有关,功率的计算公式亦可写为Ps=uisssdisd=qq+u[15]ouissqql.2.3网侧变流器模型网侧变流器采用

7、电网电压定向的矢量控制技术。假设dq坐标系以同步速旋转且q轴超前于d轴，将电网电压综合矢量定向于d轴上，则电网电压在q轴上的投影为0。dq坐标系下风电机组送入图1永磁直驱风电机组的动态等值模型emoemo:电网的有功功率和无功功率分别为[1.2.1风机模型风轮捕获风功率的效率用功率系数CP表征，其计算公式为:22CP=0()23()・35-00+108X+oe/式中：vw；e为叶片桨距角；入为叶尖速比，入=3