[發(fā)明專利]一種基于變功率點跟蹤和超級電容器儲能協(xié)調(diào)控制的雙饋風(fēng)電機組一次調(diào)頻方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910659745.1
• 申請日: 2019-07-22
• 公開（公告）號: CN110336304B
• 公開（公告）日: 2023-07-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 顏湘武;宋子君
• 申請（專利權(quán)）人: 華北電力大學(xué)（保定）
• 主分類號: H02J3/24
• 分類號: H02J3/24;H02J3/32;H02J7/34;H02J3/38
• 代理公司: 北京鑫瑞森知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11961
• 代理人: 韓鳳穎

本發(fā)明公開了屬于新能源技術(shù)領(lǐng)域的一種基于變功率點跟蹤和超級電容器儲能協(xié)調(diào)控制的雙饋風(fēng)電機組一次調(diào)頻方法，使得風(fēng)機在無擾動和系統(tǒng)負(fù)荷增大下進行最大功率點跟蹤，實現(xiàn)發(fā)電效益最大化；負(fù)荷減小則一次頻率調(diào)節(jié)控制啟動，根據(jù)頻率偏差及虛擬慣性控制得到附加功率疊加到最大功率跟蹤下的輸出功率中，得到最終參考功率實現(xiàn)頻率調(diào)節(jié)；為了實現(xiàn)一次調(diào)頻時所需的備用容量供給，將超級電容器經(jīng)過雙向DC/DC變換器與雙饋風(fēng)電機組直流側(cè)母線電容相連，網(wǎng)側(cè)變流器的作用是維持直流母線電容電壓的穩(wěn)定，超級電容儲能裝置的放電功率通過網(wǎng)側(cè)變流器直接流向負(fù)荷側(cè)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于新能源技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于變功率點跟蹤和超級電容器儲能協(xié)調(diào)控制的雙饋風(fēng)電機組一次調(diào)頻方法。

背景技術(shù)

根據(jù)國際能源機構(gòu)(International?Energy?Agency，IEA)公布的數(shù)據(jù)，自2009年以來風(fēng)電在能源結(jié)構(gòu)中的占比逐年增加，平均每年增長0.44％，2017年，風(fēng)力發(fā)電占全球能源需求量的5.6％，風(fēng)電滲透率具有持續(xù)增長趨勢。雙饋風(fēng)電機組的變頻器控制策略可以實現(xiàn)將有功、無功進行解耦，且實現(xiàn)變速恒頻功能，是主流機型之一。由此帶來的問題是DFIG轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和系統(tǒng)頻率無耦合關(guān)系，風(fēng)電的大規(guī)模并網(wǎng)必會降低系統(tǒng)調(diào)頻能力。此外，DFIG通常處于最大功率點跟蹤(maximum?power?point?tracking，MPPT)運行狀態(tài)，沒有備用容量進行一次頻率調(diào)節(jié)，也進一步加劇了風(fēng)電并網(wǎng)的頻率穩(wěn)定問題。

國內(nèi)外針對風(fēng)電機組的頻率響應(yīng)開展了較多研究，提出了一些成熟控制方法以滿足電網(wǎng)友好型風(fēng)電場的建設(shè)需求。例如在MPPT的基礎(chǔ)上疊加虛擬慣性控制和下垂控制，有效增加系統(tǒng)的等效慣量和阻尼，但下垂控制并未改變DFIG捕獲的機械功率，因此只能在一定程度上緩解頻率下降速度，可能造成頻率二次下降；若預(yù)先控制DFIG減載運行，就可以留有功率裕度使風(fēng)機持續(xù)參與調(diào)頻。若直接通過槳距角調(diào)節(jié)獲得備用并參與調(diào)頻，但機械調(diào)節(jié)精度低速度遲緩，且考慮到實際運行中一般槳距角固定、不調(diào)，有利于變槳控制系統(tǒng)安全、可靠及延長壽命。還有的方法調(diào)整了最大功率跟蹤曲線，使得風(fēng)機運行在次優(yōu)功率曲線上，以此來獲得一定備用容量，但超速控制減小了頻率升高擾動下的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍，降低了頻率調(diào)節(jié)能力。并且以上兩種控制方式均未考慮到DFIG自身發(fā)電效益，降低了風(fēng)能利用率。如何合理配置風(fēng)電機組的調(diào)節(jié)機制來緩解發(fā)電效益和系統(tǒng)穩(wěn)定性之間的關(guān)系，是目前需要解決的問題。

另一方面，儲能裝置已廣泛應(yīng)用于風(fēng)電場，當(dāng)前已有方法在DFIG背靠背變流器直流母線側(cè)并聯(lián)電池和超級電容器組儲能單元以平抑風(fēng)速波動，平滑功率輸出；在直流母線并聯(lián)超導(dǎo)儲能單元以改善DFIG應(yīng)對低壓事件的動態(tài)性能，為DFIG配備儲能裝置參與系統(tǒng)調(diào)頻提供了可能性。還有在儲能技術(shù)的依托下對風(fēng)電場的虛擬慣量進行補償?shù)牟呗裕L(fēng)電機組本身不具備自主運行參與系統(tǒng)調(diào)頻能力。

發(fā)明內(nèi)容

結(jié)合上述存在的問題，有必要將雙饋風(fēng)電機組的一次頻率調(diào)節(jié)策略進行改進，本發(fā)明兼顧DFIG運行的經(jīng)濟性和系統(tǒng)頻率穩(wěn)定性，提出了基于變功率點跟蹤和超級電容器儲能協(xié)調(diào)控制的雙饋風(fēng)電機組一次調(diào)頻策略。該策略在最大功率跟蹤模式的基礎(chǔ)上進行改進，當(dāng)出現(xiàn)負(fù)荷減小的單一擾動時，其轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)深度明顯優(yōu)于傳統(tǒng)超速減載控制，可提高頻率調(diào)節(jié)能力；負(fù)荷增加擾動下則由儲能裝置為風(fēng)電場提供備用容量參與系統(tǒng)調(diào)頻，實現(xiàn)DFIG不損失發(fā)電效益的基礎(chǔ)上在全工況下均具有一次頻率調(diào)節(jié)能力；在源荷隨機波動場景下也無需槳距角調(diào)節(jié)就可以達到優(yōu)于傳統(tǒng)超速減載控制的頻率調(diào)節(jié)能力且顯著提高發(fā)電效益。