禚明华 王程涛
(1.兴安热电有限责任公司额尔格图风电场,内蒙古乌兰浩特 137400;2.兴安热电有限责任公司,内蒙古乌兰浩特 137400)
浅析变速恒频双馈风电机组分层分段控制策略
禚明华 王程涛
(1.兴安热电有限责任公司额尔格图风电场,内蒙古乌兰浩特 137400;2.兴安热电有限责任公司,内蒙古乌兰浩特 137400)
本文依据分层分段控制策略为基础,通过并网后变速恒频双馈风电机组与电网的协调为题以及优化运行,浅析变速恒频双馈风电机组的控制策略。按照风速分两个阶段控制风电机组。首先参照分层分段理念将风电机组电气控制部分进行跟踪控制。即,对参考值以及参考值整定控制。同时追踪控制低风速的最大风能和恒功率高风速等能。利用该阶段的控制,对某等电厂接入系统中关键节点电业以及风电机组运行特性进行仿真分析。结果表明,此控制策略能最大限度的发挥变速恒频双馈风电机组的无功调节能力,在提高并网后电压稳定性的同时,实现了变速恒频双馈风电机组的无功优化运行。
双馈风电机组 分层分段控制策略
变速恒频风力发电技术是利用双馈电机代替传统的电机，不仅单机容量不断扩大，也提升系统调节的灵活性，改善并网特的同时延长风电机组的运行时间和运行效率。但是单机容量的加大也致使并网容量不断增加。因此，为保障期安全性和稳定性，控制协调最为重要。目前，变速恒频风电机组并网控制的研究主要是控制策略的分析和设计，包括电压调节策略和频率调节策略[1，2]。
1 变速恒频双馈风电机组分段控制
为了充分利用并保证风能发电机组的安全运行，实现变速恒频双馈风电机组分层分段控制策略这一目标。变速恒频双馈风电机组最优风功率特性曲线如图1所示。
当处于高风速控制阶段时，风电机组有功输出将保持额定功率不变，参考值不变的情况下安全运行。同时，随着风速的变化调整桨距角。即，当风速均衡时，风力机械的功率大小取决于风能转换效率系数。当风速过大超过额定风速时，须太正桨距角并保持风机机械功率不变，叶片转速不变。
2 变速恒频双馈风电机组分层控制
由于风能具有不稳定性因素，因此如何利用风能来提升系统与风电机朱之间的稳定性是主要问题。变速恒频不仅能提升风电机的运行条件也能在一定范围内提成并网后的电压稳定性。因此，通过并网后变速恒频双馈风电机组与电网的协调为题以及优化运行，浅析变速恒频双馈风电机组的控制策略。按照风速分两个阶段控制风电机组。首先参照分层分段理念将风电机组电气控制部分进行跟增控制。同时追踪控制低风速的最大风能和恒功率高风速等能。其具体工作原理如下。
2.1 风电机组的有功功率特性
注入系统的总有功功率应包含双馈发电机定子侧注入系统的有功功率和发电机转子侧注入系统的有功功率两部分。在轴与定子合成磁场的方向保持一致的同时保证定子磁场旋转在坐标系下，并忽略定子电阻，利用磁链方程和电压方程计算出系统有功功率和无功功率。
2.2 风电机组的无功功率特性
通常情况下，风电机组的无功功率控制采用钉子侧恒功率因数控制模式。由电机定子侧功率因数计算出发电机转子注入系统的无功功率，以及风电机组注入系统的总无功功率。
2.3 参考值的整定
图1 为电机组最优风功率特性曲线图
为实现风电机组的并网电压稳定和优化运行。首先根据风速调节注入系统中风电机组的有功功率。其次，根据实际负荷情况以及系统运行状态，调节无功功率保证电压稳定性。本位以速恒频双馈风电机组矢量控制机构为设计基础。在设计中，整定控制的大小随着时间的变化而变化，而非保持额定电压。整定控制的变化取决于整个电网的控制目标和运行状态，变化量大小以实际操作为主。
本文从优化运行角度以实现全网无功优化运行为目标，按照全网优化运行方案下达风电机组并网点母线电压数值，并以该电压作为风电机组并网点母线电压参考值运行中将根据下达值的变化而整数值。在分层控制中是依据风电机组并网点母线电压实时值与参考值间的差距在初始给定值附近进行适时调整，以保证风电机组并网点母线电压水平、提高电压稳定性。正常运行情况下风电机组功率为0.98。分层控制中的最后控制是对风电机组中连接于发电机转子绕组和系统间的变频器进行控制。变频器采用双向流动的变频装置，其模型多采用PWM控制的理想交直交变频形式。
3 变速恒频双馈风电机组并网运行设计及仿真性
根据变速恒频双馈风电机组分层分段控制原理，力求最大功率发挥其无功调节能力实现无功优化目的，特设计总控结构。本文不考虑风电机组所处位置对风速的影响，只以某风电场的接入系统为例。设十台容量为1.5mw的同一机型变速恒频双馈风电机为发电机组。单台发电机的参数如下：发现及的转子侧电阻为0.0073pu，定子侧电阻为0.0076pu，转子漏抗为0.0884pu，定子漏抗为0.1248pu，时间常数为7.10s。变压器变比阻抗为0.105pu，额定功率为1500KW，空气密度为1.0kg/m3。对于风电机组并网运行来讲，有两方面的扰动，首先是系统侧扰动，其次是风扰动。本文以系统某节点的无功负荷突变以及风扰动为例，对风电机组的关键节点和运行特性进行仿真分析。
在算例分析中发现，在风速发生扰动时，逐步增大的渐变风为主要扰动形式。即，随着风速的提高，风电机组的有功功率会增大(初始值为0.98)。为此，须提高风电机组功率，保持母线电压在优化运行下的电压水平。由于最佳风功率决定风电机组的有功输出，因此，在风电机组分段分成控制中能实现最大风能的跟踪控制和最大功率利用的目标。
同时，风电机组由于风速扰动引起的有效功率变化也会引起母线电压的拨动，对此要平息扰动调整定子功率维持扰动前的电压、由于母线电压的波动幅度不超过额定电压的1%，因此文本提出的控制策略行之有效，不仅能平息扰动带来的电压波动，也能优化并网电压的稳定性。
4 结语
综上所述，文中提及的控制策略能最大限度的发挥变速恒频双馈风电机组的无功调节能力，在提高并网后电压稳定性的同时，实现了变速恒频双馈风电机组的无功优化运行。不仅能充分发挥变速恒频双馈风电机组的无功调节能力，也能缓解电网的无功压力，让其能在语序范围内进行无功调节，在优化运行的同时，也提升了电压的稳定性。值得注意的是，文中所提及的控制策略适用于稳定运行范围内的风电机组及其接入系统臀型情况。即，系统电压处于紧急状态时首先要恢复电压，然后实施该分段分层控制策略。
[1]刘沛灿,朱晓荣.双馈感应发电机频率控制策略的研究及对比[J].电力科学与工程.2011(11).
[2]邹贤求,吴政球,陈波,张小兵,王国民.变速恒频双馈风电机组频率控制策略的改进[J].电力系统及其自动化学报,2011(3).
