[發明專利]一種具有并網特性的儲能型風電場控制方法

有效

• 申請號: 201110003330.2
• 申請日: 2011-01-10
• 公開（公告）號: CN102074967A
• 公開（公告）日: 2011-05-25
• 發明（設計）人: 畢大強;王思耕
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H02J3/28
• 分類號: H02J3/28;H02J3/38
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 黃家俊

技術領域

本發明屬于風力發電控制領域，尤其涉及一種具有并網特性的儲能型風電場控制方法。

背景技術

風能作為一種潔凈的可再生能源，符合環境保護計劃的要求，風力發電技術產業在世界范圍內得到飛速發展，電網中風力發電裝機容量所占的比例逐步提高。但是由于風能具有隨機性和間歇性的特點，大規模風電場對系統的穩定性造成的影響也逐漸加大。同時，由于系統負荷變化導致的頻率變化也會變得更加劇烈，容易使電網失去穩定性。

針對上述問題，現有以下控制策略用以減小風電場并網對系統的影響。

采用微電網領域中的虛擬同步發電機思想，即通過在分布式發電電源直流側配置儲能系統，并配以基于虛擬同步發電機模型的并網逆變器控制算法，使分布式電源對大電網體現同步發電機特性，為系統頻率穩定性做出貢獻。但目前研究工作并未有效體現虛擬同步發電機對頻率的調節作用。

通過將儲能系統配置于風電場出口處，可以有效平抑風電場輸出功率的波動，提高系統的穩定性，但這種控制策略仍未改變電力電子接口對電網的影響，并且當系統負荷波動時仍然會對系統的穩定性以及風機的運行產生影響。

因此，期望通過對風電場采取適當的控制策略，即能平抑風電場輸出功率的波動，又可以減弱系統負荷變化對系統穩定性的影響，有效提高風電場并網性能。

發明內容

針對上面技術背景中描述的風電場輸出功率波動、負荷變化對系統穩定性影響大等不足，本發明提出了一種具有并網特性的儲能型風電場控制方法。

本發明的技術方案是，.一種具有并網特性的儲能型風電場控制方法，用于將儲能型風電場模擬成虛擬同步發電機以達到風電場輸出功率平滑的目的，儲能型風電場包括風電場和儲能電池系統；儲能電池系統包括儲能電池和逆變器；通過控制逆變器，將風電場與儲能電池系統一起等效為一臺虛擬同步發電機；其特征是所述方法包括以下步驟：

步驟1：采集儲能型風電場輸出的無功功率、端電壓值和頻率；

步驟2：將步驟1的采集量代入虛擬同步發電機控制器，經過功頻控制器與勵磁控制器調節分別得到儲能電池功率指令值以及虛擬同步發電機勵磁電動勢值；

步驟3：采集儲能電池輸出有功功率和逆變器輸出電流；

步驟4：將儲能電池有功功率指令值、虛擬同步發電機勵磁電動勢值、儲能電池輸出有功功率和逆變器輸出電流，代入虛擬同步發電機本體建模公式，得到虛擬同步發電機的端電壓；

步驟5：將步驟4中得到虛擬同步發電機的端電壓作為合成調制波給入逆變器的空間矢量脈寬調制算法，經調制輸出具有同步發電機特性的并網電壓。

所述風電場的風能設備為直驅永磁同步發電機組，并等效為一臺風力發電機組。

所述直驅永磁同步發電機組包括風力機、永磁同步發電機、機側變流器以及網側變流器。

所述儲能電池系統連接于風電場出口處，逆變器的控制策略采用虛擬同步發電機控制算法。

所述虛擬同步發電機控制算法包括虛擬同步發電機控制器算法和虛擬同步發電機本體建模公式。

所述的虛擬同步發電機本體建模公式采用同步發電機的二階機電暫態模型，包括定子電壓方程與轉子機械方程。

上述的儲能型風電場控制方法可使儲能電池吞吐風機發出的功率波動，從而平滑風電場輸出功率；可使配置儲能電池的風電場對電網體現同步發電機特性，根據負荷波動調整自身輸出功率，維持系統穩定性。

附圖說明

圖1為本發明實施例中儲能型風電場并網系統結構圖。

圖2為本發明實施例中虛擬同步發電機控制原理圖。

圖3為本發明實施例中功頻控制器原理圖。

圖4為本發明實施例中勵磁控制器原理圖。

圖5為本發明實施例中風電場輸出功率平抑控制仿真結果圖；

圖a為風速波形圖；圖b為風電場輸出有功功率波形圖；圖c為風電場輸出功率和儲能電池吞吐功率示意圖；圖d為頻率波形圖。

圖6為本發明實施例中風電場實現同步發電機調節特性仿真結果圖；

圖a、圖b為虛擬同步發電機與電網始終按各自容量1∶4分配負荷效果圖；圖c為系統頻率趨勢圖；圖d為系統輸出電壓波形圖。

具體實施方式

下面結合附圖，對優選實施例作詳細說明。應該強調的是，下述說明僅僅是示例性的，而不是為了限制本發明的范圍及其應用。

下面結合附圖來說明本發明的原理和具體的實施方式。

如圖1所示，風電場并網系統由汽輪發電機組、配置儲能電池的風力發電機組組成。其中，汽輪發電機組由多臺同等容量的汽輪發電機組并聯，組成火力發電廠輸入電網。