基于储能技术的直驱式风力发电机无功控制

发布时间：2019-10-08 04:28

【摘要】：风电系统中的电压源型变流器储能系统得到广泛应用,文章分析以超级电容器为储能元件,采用双向DC/DC变流器控制的储能系统对直驱式风机的影响,提出一种基于超级电容器储能的直驱式风力发电机无功控制策略。通过储能系统和风机变流器协调控制,维持直流电压恒定,提高直驱式风电系统的无功输出能力。最后基于3种无功控制方案的算例进行仿真,仿真结果验证了文章控制策略的可行性和有效性。
【图文】：

无功需求,电流变化,储能系统,变流器

剑?），（6）可得：PESS=-1.5pψfisqωe-ugdigd=UESSiESS（10）式中：UESS，iESS为储能系统等效电压、电流。发电机侧、电网侧变流器及储能系统电流关系表示为iESS=k1isq-k2igd（11）式中：k1，k2为电流比例系数。由式（9），（11）可知：储能系统保持直流电压恒定的同时也使得变流器两侧的电流保持平衡。当储能系统响应速度较快时，即使电网侧变流器有功电流为零，直流电压仍能保持恒定。GSC电流及其有功无功分量随系统无功需求变化曲线如图2所示。图中igd，igq分别为网侧变流器d轴和q轴电图2无功需求增大时GSC电流变化图Fig.2CharacteristicsofGSCcurrentwhenreactivepowerchanges图1直驱式风力发电机系统结构图Fig.1Diagramofdirectdrivenwindturbine00.20.40.60.81.01.00.80.60.40.20电流/up无功功率/puigdigqigPMSGudcPsPgESSPESSGSCRSC

系统结构图,风力发电机,系统结构图

浚沪?e为发电机转速；Rs为定子电阻；Ld，Lq分别为d轴和q轴电感；ψf为永磁磁链。在直驱永磁发电机中，永磁体磁链和定子极对数都是固定不变的，且对于径向式转子磁路结构有Ld=Lq，因此电磁转矩不受isd的影响，发电机的电磁转矩方程为Te=1.5pψfisq=-Ps/ωr（3）式中：Ps为发电机侧有功功率；p为电极对数；ωr为转子旋转电角速度。发电机机械运动方程为Tm-Te=Jpdωedt（4）式中：J为转动惯量。2理论分析直驱式风力发电机结构如图1所示。不考虑储能系统时，系统功率平衡方程为Pc=Cudcdudcdt=Ps-Pg（5）式中：Pc，Ps，Pg分别为流过直流链节电容、发电机侧、电网侧的有功功率。电网电压定向矢量控制模式下，电网侧变流器（GSC）注入电网功率为Pg=ugdigdQg=-ugdigq%（6）由式（6），（7）有：Pc=Cudcdudcdt=Ps-ugdigd=ΔP（7）式中：ΔP为发电机侧和电网侧功率差，当ΔP=0时，直流链节电压即可保持恒定。当电网发生短路故障或无功支持能力不足时，电网侧电压ugd下降，而由于电网侧电流igd受到变流器电流极限的限制，所以电网侧功率Pg很校如果发电侧有功功率很大，系统中的不平衡功率会恶化系统动态特性，导致直流电容电压不稳定。因此，必须采取有效控制措施，消除系统非正常运行状态下的不平衡功率。加入储能后，式（5）关系为Pc=Cudcdudcdt=Ps-PESS-Pg（8）式中：PESS为储能系统吸收的有功功率。当储能系统吸收功率和变流器功率差额相等时，直流电压保持恒定，功率平衡可表示为PESS=Ps
【作者单位】：武汉大学电气工程学院;安徽省电力公司合肥供电公司;
【分类号】：TM315

【参考文献】