风储联合并网发电系统建模与运行控制

发布时间：2019-09-21 19:41

【摘要】：针对并网风力发电的随机波动,在风电场配置规模化电池储能系统,采用结构简单且控制性能良好的永磁同步风电机组,构建风储联合并网发电系统模型并实现其运行控制。基于最大功率捕获和有功无功解耦控制设计风力发电机组的控制系统,懫用定周期比控制策略和反馈线性化理论实现电池储能系统的功率传输控制。在PSCAD/EMTDC仿真软件中搭建了风储联合发电系统仿真模型,结果表明,懫用定周期比控制策略和反馈线性化理论设计电池储能单元可以快速跟踪参考控制指令,实现对风电功率波动的平抑,进而验证了所提出风储联合并网发电系统模型和控制系统的有效性。
【图文】：

结构图,永磁风力发电机

率捕获和有功无功解耦控制设计风力发电机组的控制系统，懫用定周期比控制策略和反馈线性化理论实现储能系统的功率传输控制。最后基于PSCAD/EMTDC电磁暂态软件搭建了风储联合并网发电系统仿真平台，以平抑风电功率的波动为目标设计风速突变与随机风速下的典型算例，验证了模型和控制系统的正确性和有效性。1风储联合发电系统模型与控制1．1风力发电模型与控制系统直驱永磁风力发电机具有转速可调、效率高、控制灵活等特点［17－18］，因此，基于永磁风力发电机构建风力发电系统。直驱永磁风力发电系统结构图如图1，主要包括风力机，发电机和背靠背变流器等。图1永磁风力发电机组结构Fig．1Structureofpermanentmagnetwindturbine风力机从空气中捕获的风能由下式可确定［19］Pm=12ρπＲ2v3wCp(β，λ)。(1)其中Cp(β，λ)=0．22(116λi－0．4β－5)e－12．5λi。(2)式中:ρ为空气的密度，kg/m3;Ｒ为风力机叶片半径，m;vw为风速，m/s;Cp为风能利用系数;β为叶片的桨距角;λ为风力机叶尖速比;ω为风力机的转速，rad/s。同步旋转坐标系下永磁同步发电机的电压方程［20］:Usd=－Ｒsisd－ωrψsq+dψsddt，Usq=－Ｒsisq+ωrψsd+dψsqdt}。(3)第5期李军徽等:风储联合并网发电系统建模与运行控制59

示意图,永磁风力发电机,控制系统,示意图

2d，u2q=S2qudc=Ldi2qdt+ωLi2d+Ｒi2q+e2q，，Cdudcdt=S2did+S2qiq－idc1。(5)式中:u2d、u2q为分别为变流器d、q轴输出电压的基波分量;S2d、S2q为dq坐标系下的变流器开关量;udc为直流电压;i2d、i2q为网侧dq轴电流;ω为电网角频率;L、Ｒ分别为网侧变流器与电网之间的连接电感及等值电阻;ed、eq为电网d、q轴电压，idc1为发电机侧变流器流入直流电容的直流电流。永磁风力发电系统的整体控制图如图2所示，主要由风力机的桨距角控制、发电机与网侧变流器的控制组成。发电机侧变流器控制的目标为将永磁同步发电机发出的频率和电压幅值均变化的交流电整流成直流电，控制风力机转速，实现最优风能利用;网侧变流器控制目标为将直流电逆变为与电网同频率、同幅值的交流电，维持直流侧电压恒定，并根据电网需求实现与电网间的无功交换。图2永磁风力发电机控制系统示意图Fig．2Diagramofpermanentmagnetwindgeneratorcontrolsystem风力机的桨距角控制以转速ω为反馈量，桨距角为控制对象。当风速高于额定风速时，风力机转速将上升超过额定转速，桨距角控制开始起作用，将发电机的实际转速ω与额定转速ωref比较，经PI控制器得到桨距角的控制信号，桨距角伺服系统执行后得到风力机叶片的实际桨距角;发电机侧变流器控制采用双闭环控制结构，外环根据转速－功率最优曲线，得到转速ω下有功功率参考值Pref，与经过滤波后的定子侧实际的功率值P1比较后，得到q轴电流的参考值iqref，根据发电机的运行状态得到d轴电流参考值idref，内环基于前馈解耦控制策略，得到变流器端口处dq轴分量的参考电压ud2
【作者单位】：东北电力大学电气工程学院;国网辽宁省电力有限公司;国网辽宁省电力有限公司沈阳供电公司;
【基金】：国家重点基础研究发展计划(973计划)资助项目(2013CB228201) 吉林省教育厅“十三五”科学技术研究项目(吉教科合字[2016]第88号) 国家电网公司科技项目资助(SGLNSY00FZJS1500191)
【分类号】：TM61

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