[發(fā)明專(zhuān)利]永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)參與電網(wǎng)頻率調(diào)節(jié)的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310565729.9
• 申請(qǐng)日: 2013-11-13
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103715712A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-04-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 姚駿;劉奧林;周特;曾欣
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 重慶大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H02J3/38
• 分類(lèi)號(hào): H02J3/38;H02J3/30;H02J3/24
• 代理公司: 重慶博凱知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 50212
• 代理人: 李海華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及風(fēng)能發(fā)電技術(shù)，具體涉及永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)參與電網(wǎng)頻率調(diào)節(jié)的方法，屬于新能源發(fā)電領(lǐng)域。?

背景技術(shù)

采用無(wú)刷永磁同步發(fā)電機(jī)的直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)省去了電刷、滑環(huán)和齒輪箱，因此減少了系統(tǒng)的維護(hù)費(fèi)用并提高了系統(tǒng)的可靠性。基于雙PWM變換器的永磁同步發(fā)電系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)變速恒頻發(fā)電運(yùn)行和有功無(wú)功獨(dú)立控制，發(fā)電效率高，結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，運(yùn)行穩(wěn)定性好。由于風(fēng)能為不穩(wěn)定能源，風(fēng)速具有不可控性、不可準(zhǔn)確預(yù)期性和隨機(jī)波動(dòng)等特性，使得風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)輸出有功功率隨風(fēng)速的變化而波動(dòng)。隨著風(fēng)電容量在電網(wǎng)中所占比重的增加，大規(guī)模并網(wǎng)風(fēng)電功率的波動(dòng)將會(huì)對(duì)電網(wǎng)的頻率產(chǎn)生顯著影響，造成電網(wǎng)頻率穩(wěn)定性下降，頻率波動(dòng)增大和頻率波動(dòng)恢復(fù)時(shí)間增大等問(wèn)題，這無(wú)疑會(huì)惡化電網(wǎng)的運(yùn)行特性，增加電力系統(tǒng)運(yùn)行與控制的難度。為改善風(fēng)電接入電網(wǎng)的電能質(zhì)量，希望風(fēng)電機(jī)組能夠在全工況下參與系統(tǒng)頻率調(diào)節(jié)。目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)含風(fēng)電電力系統(tǒng)頻率調(diào)節(jié)技術(shù)已開(kāi)展了相關(guān)研究工作。如已公開(kāi)的下列文獻(xiàn)：?

(1)李軍軍，吳政球.風(fēng)電參與一次調(diào)頻的小擾動(dòng)穩(wěn)定性分析.中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2011，31(13)：1-9.?

(2)李立成，葉林.變風(fēng)速下永磁直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組頻率—轉(zhuǎn)速協(xié)調(diào)控制策略，電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2011，35(17)：26-31.?

(3)孫春順，王耀南，李欣然.飛輪輔助的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)功率和頻率綜合控制.中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2008，28(29)：111-116.?

文獻(xiàn)（1）、文獻(xiàn)（2）研究了利用風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量所儲(chǔ)存的動(dòng)能作為調(diào)頻所需有功來(lái)源，但是具有不能再全工況下提供調(diào)頻能力和降低風(fēng)能利用率以及增大機(jī)組應(yīng)力等缺點(diǎn)。?

文獻(xiàn)（3）采用飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)輔助風(fēng)電機(jī)組頻率調(diào)節(jié)控制，在很大程度上提高了風(fēng)電系統(tǒng)?的頻率調(diào)節(jié)能力。但所提控制方案需利用或預(yù)測(cè)風(fēng)速來(lái)頻率調(diào)節(jié)指令信號(hào)，由于風(fēng)速的不確定性，將會(huì)使得該指令信號(hào)難以準(zhǔn)確獲取，從而限制其在實(shí)際系統(tǒng)中的應(yīng)用。?

在工程實(shí)際運(yùn)用中，考慮到頻率波動(dòng)產(chǎn)生的因素較多，因此，迫切需要一種新的、簡(jiǎn)單實(shí)用的風(fēng)電機(jī)組輔助頻率控制方式，以提高風(fēng)電機(jī)組輸出電能質(zhì)量，對(duì)于增強(qiáng)電網(wǎng)消納大規(guī)模風(fēng)電的能力、改善風(fēng)電系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行特性以及有效利用風(fēng)能資源具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。?

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有含風(fēng)電電力系統(tǒng)頻率波動(dòng)大的問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)參與電網(wǎng)頻率調(diào)節(jié)的方法，本方法使風(fēng)電機(jī)組能夠在全工況下亦能得到較為穩(wěn)定的調(diào)頻能力，改善風(fēng)電系統(tǒng)并網(wǎng)適應(yīng)性。?

本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：?

永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)參與電網(wǎng)頻率調(diào)節(jié)的方法，其特征在于，本方法同時(shí)包含對(duì)發(fā)電機(jī)側(cè)變換器的控制、電網(wǎng)側(cè)變換器的控制以及儲(chǔ)能單元側(cè)變換器的控制，各變換器的控制分別為：?

（A）發(fā)電機(jī)側(cè)變換器的控制：?

發(fā)電機(jī)側(cè)變換器采用矢量控制策略，其控制電壓和直流鏈電壓u_dc通過(guò)空間矢量調(diào)制產(chǎn)生發(fā)電機(jī)側(cè)變換器PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)；?

（B）電網(wǎng)側(cè)變換器的控制為：?

電網(wǎng)側(cè)變換器采用矢量控制策略，以功率外環(huán)控制方式穩(wěn)定直流鏈電壓，以反映飛輪側(cè)變換器瞬時(shí)功率的P_f/e_gd與反映發(fā)電機(jī)側(cè)變換器瞬時(shí)功率的P_e/e_gd兩者之和作為前饋補(bǔ)償量；?

電網(wǎng)側(cè)變換器的控制電壓和直流鏈電壓u_dc通過(guò)空間矢量調(diào)制產(chǎn)生電網(wǎng)側(cè)變換器PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)；?

（C）儲(chǔ)能單元變換器的控制步驟為：?

C1)利用電流霍爾傳感器采集永磁同步發(fā)電/電動(dòng)機(jī)的三相定子電流信號(hào)，電流信號(hào)為i_fa，i_fb，i_fc；?

C2)利用轉(zhuǎn)子位置傳感器檢測(cè)飛輪電機(jī)轉(zhuǎn)子位置及轉(zhuǎn)速ω_f，根據(jù)和ω_f計(jì)算得到永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子電角速度p_fω_f及轉(zhuǎn)子電角度p_f為永磁同步飛輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)極對(duì)數(shù)；?

C3)利用采集的三相定子電流i_fa，i_fb，i_fc和轉(zhuǎn)子位置實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)變換，將飛輪電機(jī)三相定子電流從靜止三相abc坐標(biāo)系變換到dq同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸系，采用恒功率變換得到i_fd和i_fq；?

C4)利用鎖相環(huán)PLL檢測(cè)得到電網(wǎng)頻率f；?