變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)控制仿真.pdf

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1、第30卷第2期電力科學(xué)與工程Vol_3O．No．22014年2月ElectricPowerScienceandEngineeringFeb．，2014變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)控制仿真高揚(yáng)，于會(huì)群，張浩，彭道剛(上海電力學(xué)院自動(dòng)化工程學(xué)院，上海200090)摘要：介紹了變速恒頻雙饋感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行的基本原理，分析了風(fēng)力機(jī)功率特性和風(fēng)能追蹤的控制策略，對(duì)雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)的變換器控制系統(tǒng)進(jìn)行了建模與仿真。通過控制發(fā)電機(jī)輸出有功功率來調(diào)節(jié)電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，將定子磁鏈定向的矢量變換控制技術(shù)應(yīng)用在對(duì)雙饋型異步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)變換器的控制上，獲得了發(fā)電機(jī)有功功率和無功功率的解耦控制，為追

2、蹤與捕獲最大風(fēng)能創(chuàng)造了條件。電網(wǎng)側(cè)的變換器使用電網(wǎng)電壓定向的矢量控制技術(shù)來控制直流母線電壓的恒定，調(diào)整了電網(wǎng)側(cè)的功率因數(shù)。關(guān)鍵詞：雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)；變槳距控制；變速恒頻；最大風(fēng)能追蹤控制；有功無功解耦中圖分類號(hào)：TM614文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：ADOI：10．3969／j．issn．1672—0792．2014．02．001恒頻(ConstantSpeedConstantFrequency，CSCF)0引言風(fēng)電系統(tǒng)相比，系統(tǒng)的發(fā)電效率大為提高，轉(zhuǎn)速運(yùn)行范圍也較寬，而且可靈活地調(diào)節(jié)系統(tǒng)的有功風(fēng)能作為一種可再生的清潔能源，近年來越和無功。來越受到各國的重視。風(fēng)力發(fā)電由于具有零污染、交流勵(lì)磁變速

3、恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖投資周期短、占地少等優(yōu)點(diǎn)，故裝機(jī)速度近年來如圖1所示，系統(tǒng)主要由風(fēng)力機(jī)、增速箱、雙饋迅速提升。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制技術(shù)，目前有變異步發(fā)電機(jī)、變壓器、雙PWM變頻器、濾波器、槳距調(diào)節(jié)技術(shù)、定槳距失速調(diào)節(jié)技術(shù)、主動(dòng)失速控制系統(tǒng)、槳距角控制等幾部分構(gòu)成。由交流異調(diào)節(jié)技術(shù)、變速恒頻技術(shù)4種。變速恒頻風(fēng)步發(fā)電機(jī)的基本原理可得下列關(guān)系：力發(fā)電系統(tǒng)，因其具有風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率較高、可靈=±(1)活調(diào)節(jié)有功和無功等特點(diǎn)，近年來得到了廣泛應(yīng)式中：為定子電流頻率，Hz；n為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，r／用。本文就其控制策略建立模型并仿真，力求得min；P為電機(jī)極對(duì)數(shù)；fr為轉(zhuǎn)子電流頻率，Hz。出

4、具有指導(dǎo)意義的理論結(jié)果。1變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)基本原理目前，國內(nèi)外已建或新建的大型風(fēng)電場(chǎng)中的風(fēng)電機(jī)組多采用變速恒頻(VariableSpeedConstantFrequency，VSCF)風(fēng)電系統(tǒng)運(yùn)行方式。當(dāng)風(fēng)速改變時(shí)，VSCF風(fēng)電系統(tǒng)可適時(shí)地調(diào)節(jié)風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速，使之保持最佳狀態(tài)，使風(fēng)能利用系數(shù)c接近或達(dá)圖1雙饋異步發(fā)電機(jī)系統(tǒng)到最佳，可實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)能最大限度地捕獲。與恒速收稿日期：2013—09—22?；痦?xiàng)目：國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目(61034004)；上海市教育委員會(huì)科研創(chuàng)新項(xiàng)目(12YZ142)。作者簡(jiǎn)介：高揚(yáng)(1990一)，男，碩士研究生，研究方向?yàn)樾履茉窗l(fā)電與并網(wǎng)，E—ma

5、il：jjgyxky@126．COIn。電力科學(xué)與T程2014年艤饋發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)與繞線式異步電機(jī)結(jié)構(gòu)相類似，上耋行時(shí)定子繞組通過變壓器與電網(wǎng)相連，轉(zhuǎn)IJ{Ij通過雙PWM變頻器和變壓器與電網(wǎng)相連接沒定f電流產(chǎn)乍的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的同步速為n，根據(jù)饋電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的變化，雙饋發(fā)電機(jī)可有以F3種運(yùn)子t狀態(tài)：當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速凡<凡時(shí)，轉(zhuǎn)子繞卡}1J孚干Il定子繞組的相序相同，雙PWM變頻轉(zhuǎn)提供交流勵(lì)磁電流，產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)廳向L_j轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向也相同，．前取正號(hào)，圖2葉尖速比A與風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率C。關(guān)系曲線定_f二電網(wǎng)發(fā)電能；凡>幾時(shí)，轉(zhuǎn)子繞組相到這種風(fēng)速下風(fēng)力機(jī)的輸出機(jī)械功率。以風(fēng)力機(jī)序干¨定子

6、繞組的相序相反，產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋的機(jī)械角速度為橫軸，輸?shù)臋C(jī)械功率P為轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)方向也相反，前取負(fù)號(hào)，縱軸，得到如圖3所示的關(guān)系曲線。改變風(fēng)速，同時(shí)?定子和轉(zhuǎn)子向電網(wǎng)發(fā)出電能，能量在雙得到的風(fēng)力機(jī)在不同風(fēng)速時(shí)輸?shù)臋C(jī)械功率PPWM變頻器巾逆向流動(dòng)；當(dāng)n=n時(shí)，．=0，變和風(fēng)力機(jī)機(jī)械角速度O．1的關(guān)系如圖3所示。器轉(zhuǎn)子提供直流勵(lì)磁，發(fā)電機(jī)作同步發(fā)電機(jī)運(yùn)行，定f向電網(wǎng)發(fā)}H電能。由以上分析可知，、L，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速凡伴隨著風(fēng)速的改變而變化時(shí)，若通過變頻器隨時(shí)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流的幅值、頻率、卡H化，使發(fā)電機(jī)能存亞同步速、同步速、超同步速作變速恒頻運(yùn)行，這就是發(fā)電機(jī)變速恒頻運(yùn)行的本原理。。．圖

7、3風(fēng)力機(jī)輸出的機(jī)械功率和機(jī)械角速度關(guān)系曲線圖3中4，B，C3點(diǎn)分別為風(fēng)速，，，時(shí)2交流勵(lì)磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)功率特性及其風(fēng)能捕風(fēng)力機(jī)輸出的機(jī)械功率尸的最大點(diǎn)，其中<獲策略<。由圖3可以看出：(1)在相同的卡JLc0iE角速2．1功率特性度∞下，瞬時(shí)風(fēng)速越大，風(fēng)力機(jī)輸?shù)臋C(jī)械功交流勵(lì)磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)的機(jī)械功率為：率P也就越大；(2)在相同的瞬時(shí)風(fēng)速下，風(fēng)力機(jī)輸出的機(jī)械功率P在某一特定的機(jī)械角速度P=0．5p,rrRC(A，盧)(2)下存在著極大值；(3)增大瞬時(shí)風(fēng)速，風(fēng)力A=(3)機(jī)的機(jī)械功率P的最大值所對(duì)