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1、第33卷第11期Vol.33No.112009年6月10日June10,2009变速变频风力发电系统最优风能捕获运行方式朱卫平,王秀丽,王锡凡(西安交通大学电气工程学院,陕西省西安市710049)摘要:在分析异步风力发电系统模型的基础上,结合分频输电技术,提出了一种新型的异步风力发电系统运行方式———变速变频(VSVF)方式。对在该运行方式下通过以转子磁链定向的矢量控制技术来提高风电系统风能利用系数、捕获最优风能的控制方法进行了研究,并考虑和分析了尾流效应对风电系统风能利用系数的影响。在PSCA
2、D/EMTDC中对异步风力发电系统在VSVF和常规恒速恒频(CSCF)2种方式下进行了建模、计算和对比分析。最后通过算例仿真进行了验证,结果表明采用新型运行方式可以有效提高异步风力发电系统的风能捕获能力。关键词:风能利用系数;异步发电机;变速变频;尾流效应中图分类号:TM614;TM7610引言技术中的良好应用前景;若能计及风电场的尾流效应,将使得计算结果更加准确。风能是一种清洁的可再生能源,风能资源储量针对现状,本文将分频输电技术应用于风电的丰富,中国每年可供开发的风能资源初步估算就有优点与异
3、步风力发电技术相结合,并利用分频输电1TW·h。发展风力发电可以有效缓解当今社会技术中交—交变频器低频侧输出频率可调的特点,日益关注的能源和环境问题。目前使用鼠笼式异步提出了异步风力发电系统的一种新型运行方式———发电机(SCIG)的风电场都是按照在50Hz频率下在分频频率下的变速变频(VSVF)方式以及该方式的恒速恒频(CSCF)方式运行。这种方式的优点是:的最优控制方法。鲁棒、便宜、电气损耗小;缺点是齿轮箱变比大,气动效率低,当风速偏离额定风速时风能利用系数1异步风电系统结构[123]低。文
4、献[4]研究了SCIG的变速恒频(VSCF)VSVF运行方式是将异步风电机群发出的分频运行方式,其定子通过矩阵变换器(MC)与电网连电能汇集到汇流母线,通过交—交变频器将其变为接,通过对MC的控制可以实现SCIG在不同风速频率50Hz的电能接入电网。其结构如图1所示。下都运行在最优风能利用系数状态下;但其额定频率仍为50Hz,齿轮箱变比大,降低了气动效率;机组较笨重,故障率高。[5]分频输电技术是近年来提出的一种新型输电方式。其基本思想是水电机组转速很低,适合发出频率很低的电能;而输送频率很低的
5、电能时,其线路阻抗与频率成比例下降,因此可大幅度提高线路的输送容量。将分频输电技术应用于风力发电中的分频风电系统具有以下显著优势:风力发电机组(包括风力机和发电机)转速很低,采用分频异步发电机,图1VSVF风电接入系统结构降低发电机频率可以简化增速齿轮箱结构和发电机Fig.1ConfigurationoffeedingVSVFwind形式,降低造价;风电机组转速可以根据风速变化,energyintogrid跟踪最优风能利用系数。文献[6]介绍了风电经分频装置接入系统,显示了分频输电技术在风力发电
6、异步风电机群发出的分频电能可以通过频率变化来提高风能利用系数,并捕获最优风能。收稿日期:2008212222;修回日期:2009202208。1.1风力机的风能吸收模型国家自然科学基金资助项目(50777052);国家高技术研究发风力机是把风的动能转换成机械能的机械设展计划(863计划)资助项目(2006AA05Z247)。备。按贝兹理论,风力机从风中吸收的功率为:—94—·绿色电力自动化·朱卫平,等变速变频风力发电系统最优风能捕获运行方式13现对Ψr和TE的解耦控制。控制Ψr,可使其满足P=C
7、pρSv(1)2Ψr为常数的条件;控制TE,由式(4)可知,可实现对式中:ρ为空气密度;v为风速;S为风力机扫掠面异步发电机转速ωr的控制。ωr和风力机转速ωm积;Cp为风力机的风能利用系数,是叶尖速比λ和是线性关系,有ωr=Nωm,N为齿轮箱变比。桨距角β的函数,λ=ωmR/v,ωm为风力机转速,R为风力机半径。2VSVF异步风电系统控制方式[7]桨距角β=0时的风能利用系数表达式为:根据风力机的风能吸收特性,提出了如下控制π(λ-3)策略:将按照转子磁链定向的矢量控制技术[8]应用Cp=0.
8、4412sin=15于异步风力发电机的转子转速控制,控制异步风力π(ωmR-3v)0.4412sin(2)发电机的转速满足最大风能捕获的最优转速。根据15v式(5)可得VSVF异步风电系统最优风能捕获控制由式(2)可知,随着风速v的变化,只要确保尖策略的逻辑流程如图2所示。速比λ维持在10.5,就可以使Cp取得最优值Cpmax。以上就是本文风能最优捕获的基本思路:在不同的风速v下,确保风力机转速满足ωm=10.5v/R。1.2异步发电机模型在以转子磁链定向的磁通—转矩坐标系下,异步发电机模型可用
