基于轉(zhuǎn)子動(dòng)能的DFIG頻率控制策略研究

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1、基于轉(zhuǎn)子動(dòng)能的DFIG頻率控制策略研究摘要：變速恒頻雙饋風(fēng)電機(jī)(DoublyFedInduclionGeneralion)由于有功功率輸出與電網(wǎng)頻率解揺，而且一般采用最大風(fēng)能跟蹤模式，使得風(fēng)機(jī)對(duì)電力系統(tǒng)的頻率調(diào)節(jié)幾乎沒(méi)用貢獻(xiàn)。因此本文在雙饋風(fēng)電機(jī)傳統(tǒng)控制策略的基礎(chǔ)上，通過(guò)研究雙饋風(fēng)電機(jī)轉(zhuǎn)子動(dòng)能與電力系統(tǒng)頻率變化關(guān)系，提出轉(zhuǎn)子動(dòng)能控制策略。在最大風(fēng)能跟蹤基礎(chǔ)上增加頻率控制環(huán)節(jié)，使得電網(wǎng)頻率變化時(shí)DFIG可迅速釋放出“隱藏”的轉(zhuǎn)子動(dòng)能，從而為電力系統(tǒng)的頻率變化提供支持。關(guān)鍵詞：DFIG:轉(zhuǎn)子動(dòng)能；頻率控制Rese

2、archonFrequencyControlofDFIGBasedonKi-neticEnergyAbstract:Adoublyfedinductiongeneration(DFIG)naturallydoesnotprovidefrequencysupportforgrid?BecauseDFIGdecouplesbetweentheoutputpowerandthegridfrequency,andlackpowerreserveonaccountofthemaximumpowerpointtrack

3、ingoperation?Therefore,thispaperrepresentsafrequencycontrolstrategybasedonkineticenergystoredinrotor.Increaseafrequencycontrolloopbasedonthemaximumpowerpointtrackingoperation,DFIGcanrapidlyreleasethe“hidderTkineticenergywhenfrequencychanges,asaresult,DFIGc

4、anprovidefrequencysupportforthegrid?Keywords:DFIG;kineticenergy;frequencycontrol⑵1引言隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)日益成熟，風(fēng)電機(jī)組的滲透率也不斷提高，這使得電網(wǎng)頻率穩(wěn)定性面臨的挑戰(zhàn)越來(lái)越嚴(yán)峻“①。DFIG是目前實(shí)際運(yùn)行風(fēng)電場(chǎng)的主流機(jī)型，它通過(guò)電力電子變流器并網(wǎng)，使得轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與系統(tǒng)頻率解耦，因此大規(guī)模的風(fēng)電接入減小了電網(wǎng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。而且DFIG—般通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)子側(cè)變流器的控制運(yùn)行在最大風(fēng)能跟蹤模式下,當(dāng)系統(tǒng)頻率降低時(shí)，沒(méi)

5、有額外的備用功率來(lái)為系統(tǒng)頻率提供支持。近年來(lái)國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)風(fēng)電機(jī)組參與電網(wǎng)調(diào)頻的問(wèn)題做了一些研究，目前主要有兩種控制思路：備用功率控制策略：通過(guò)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)了轉(zhuǎn)速或者槳距角來(lái)改變轉(zhuǎn)速-功率曲線來(lái)獲得一部分的備用功率。當(dāng)系統(tǒng)頻率降低時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速參考值或者槳距角來(lái)增發(fā)這部分有功功率，從而為電網(wǎng)頻率提供穩(wěn)態(tài)支持,3-5

6、o但是此種方法經(jīng)濟(jì)性較差。轉(zhuǎn)子動(dòng)能控制策略：通過(guò)增加頻率控制環(huán)節(jié)來(lái)改變轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)矩或者有功功率參考値，使得變速恒頻風(fēng)電機(jī)組能夠釋放出葉片屮儲(chǔ)存的大量動(dòng)能，為電網(wǎng)頻率變化提供暫態(tài)支持?⑼。本文在國(guó)內(nèi)外學(xué)者

7、研究的基礎(chǔ)上，深入分析了DFIG轉(zhuǎn)子屮儲(chǔ)存的旋轉(zhuǎn)動(dòng)能與電網(wǎng)頻率變化的關(guān)系，在原有控制的基礎(chǔ)上增加頻率控制環(huán)節(jié)，并在資助信患：國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(NO.51207087)；上海市教委科研創(chuàng)新項(xiàng)目(12YZ134)oDigSILENT/PowerFactory平臺(tái)上搭建DFIG模型,驗(yàn)證該策略具冇對(duì)屯網(wǎng)頻率提供動(dòng)態(tài)支持的能力。2DFIG變頻器設(shè)計(jì)2.1DFIG頻率控制特性分析DFIG—般運(yùn)行在最大風(fēng)能跟蹤模式下，當(dāng)電網(wǎng)頻率降低時(shí)，原動(dòng)機(jī)不能增發(fā)冇功功率來(lái)為電網(wǎng)頻率提供支持，因此需要將電網(wǎng)頻率變化引入DFI

8、G控制系統(tǒng)，使DFIG可在電網(wǎng)頻率變化時(shí)快速釋放或吸收部分轉(zhuǎn)子動(dòng)能來(lái)為電網(wǎng)提供頻率支持。DFIG的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速一般運(yùn)行在().7?1.2的范圍內(nèi)，所以理論上DFIG可以為電網(wǎng)頻率調(diào)節(jié)提供66%的轉(zhuǎn)子動(dòng)能。而常規(guī)火電機(jī)組的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速一般運(yùn)行在0.95-1.00的范圍內(nèi)僅能提供越9.75%的轉(zhuǎn)子動(dòng)能⑴】。所以當(dāng)風(fēng)電在電網(wǎng)中滲透率較高時(shí)，這部分轉(zhuǎn)子動(dòng)能的利用對(duì)頻率調(diào)節(jié)將會(huì)有不可忽視的貢獻(xiàn)。與常規(guī)機(jī)組類似，在不考慮阻尼作用時(shí)，DFIG轉(zhuǎn)子機(jī)械部分儲(chǔ)存的動(dòng)能為：其中丿為轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，?為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。頻率變化時(shí)DFIG可釋放的動(dòng)能為

9、：dEbdcoP=—^JCD—匚dt1dt而慣性時(shí)間常數(shù)Jco2H=—2S〃其中為DF1G額定容量，為額定轉(zhuǎn)速。?>1訶轉(zhuǎn)子側(cè)變流器3494049"5489000000399S97.99781199715996⑸199949504965傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)的慣性時(shí)間常數(shù)一般為2?9s,DFIG的慣性時(shí)間常數(shù)一般為2~60°】。由此可得出，大規(guī)模雙饋風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)并未真止減小電力系統(tǒng)的慣性時(shí)間常數(shù)。山公式（2）和