双馈风力发电系统的最大风能控制策略.pdf

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1、第四卷第期太阳能学报,以用年月口陇,顺派田即济么班犯文章编号优肠今加肠《创阅妞】价刁侧盯闷盯双馈风力发电系统的最大风能控制策略,,李辉何蓓重庆大学输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验,粼扣料室重庆重庆市电力公司杨家坪供电局,重庆粼口朽幻,摘要在分析变速恒频风力发电系统最大风能捕获策略的基础上提出了一种通过直接控制双馈发电机转子电。,流就可实现系统低于额定风速下的最大风能捕获又可使得电机铜耗最小化运行的控制策略首先在考虑风力机,特性和双馈发电机基本电磁关系的基础上分别推导了双馈发电机定子铜耗最小化运行和最大风能捕获的数学模。,,。型其次根据双馈发电机最优转子电流的数学模型建立了

2、双馈风力发电机系统最大风能捕获的控制策略最后,目盯如,利用团对不同风速下双馈发电机系统的运行性能进行了分析和比较结果验证了该控制策略的正。确性和可行性关健词风力发电双馈发电机最大风能捕获铜耗最小化励磁控制策略中圈分类号竹幻文献标识码则是,通过实时测量风力机转速和输出功率利引言用经典数学寻优方法调节电机转速跟踪最大输出功由于变速恒频风力发电技术在风速变化情况下,尽管该方法,率点避免了测量风速困难的问题但是,可实时地调节风力机转速从而可最大限度地捕获由于需要实时测量风力机的输出功率和转速,并且,风能另外其还可实现发电机组与电网之间的柔性,其离散测量时间往往影响控制精度通常需要在一,、

3、,连接提高风力发电系统运行的动静态稳定性因定的风力机模拟实验中才能取得卜’巧控制则是此与传统的恒速恒频风力发电技术相比,变速恒频利用风力机特性和双馈电机功率流特性实现定子有发电技术在风力发电中的应用正受到国内外学者和功功率,陈。的控制从而实现发电机转速的调节该’一‘。工程界的关注〔〕由于双馈发电机定子三相绕组,、、方法同样可在不需要直接测量风速下获得最大风能接工频电网转子绕组与幅值频率相位和相序均,。捕获但其精度决定于定子有功功率给定值的计算可调节的四象限变频器相连与其他变速恒频风力。,和控制虽然也有一些文献利用智能控制策略对上发电系统相比双馈风力发电系统所需变频器容量,〔,。述

4、方法加以改进但以上方法几乎都忽略了双馈较少可实现发电机定子有功和无功功率独立调节,,发电机本身效率的问题由于发电机效率会随着电因此随着风力发电单机容量增加双馈发电机组正,机参数和运行工况的变化而改变【川因此尽管从风受到风力机生产商和风力发电运行部门的青睐和重,’一’。力机中获得了最大风能捕获但发电系统对电网输视出的有功功率还会随着电机效率的不同而有所差为了充分利用双馈风力发电系统在低于额定风。,,速下的变速恒频发电性能,近年来,已有一些文献对异基于此本文在考虑最大风能捕获的基础上提其最大风能捕获策略进行了研究,主要方法有叶尖出了一种发电机铜耗最小化运行的双馈风力发电系。速比,巧控

5、制。一〕、爬山法统最大输出功率控制策略该控制策略通过直接控伴哪,山纽沈坛,一’〕叫阳制转子电流最优值实现最大风能捕获和铜耗最小,飞和功率信号反馈,。耐妇加,玲控制陈等。由于巧控制需要实化运行控制系统相对简单通过风速变化时双馈时精确的测量风速,往往导致在实际控制中较困难风力发电系统的运行性能仿真验证了该控制策略的收稿日期么刀凌左巧通讯作音李辉一,,、,。场男副教授博士主要研究方向为风力发电系统建模与控制叩太阳能学报刀卷。正确性和可行性‘、‘口‘皿,︸﹄月且彻兹理猫︺沐临论并份田长转叹盯、已‘助枷召︸‘。风力︸机刹乍捕获如的户机械功率为、,式中几功率系数风力机扫掠面积—,。—,空气密

6、度风速从式可以看出在—,—,风速给定的情况下风力机获得的功率将取决于,发电机转遨气声脚,孟和功率系数而是叶尖速比桨叶节距角尹的,川函数其典型函数关系为图风力机的功率特性···,二一一几以面画试。,灿而拙“,,,,,“‘,,,分‘吮闹劣“图中,线是各风速下风力机最大翰出功率,。,点的连线即最佳功率曲线可以看出在同一个风,,,一凡,速下不同转速会使风力机翰出不同功率为了实现其中一人叶尖速比可表孟夕尸—,最大风能追踪必须在风速变化时实时地调整电机示为。转速二竺卫丑为,了便于文中结果的分析和比较本文所有变。,。量和公式都采用标么值表示式的风力机翰出。风力机风轮角速度式中叶片半径—,—功率

7、标么值可表示为图显示了不同桨叶节距角时功率系数随叶,二,,。毒尖速比的变化曲线,,二,护时其中爪功率系数标么值其基值为夕,一。,的,风速标么值风速基值本文取一︸蒯科珊—。,川,可,其对应的最大功率设为即功率增益,,︸此时对应发电机转速标么值为如图所示因才泛,此其最佳功率曲线上的最大输出功率可表示为二二。,二,。,、气味气吞急·,二。式中,气分双馈发电机最优化模型图风力机的功率系数特性珑几祀抽曲州圃衍司也肠说双该发电机铜耗最小化的傲学橄型,从图中可以看出功率系数随桨叶节距角夕的变假