[发明专利]用于变速恒频式风力发电系统输出有功功率平滑的控制方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及新能源（风力发电）研究领域，特别涉及变速恒频风力发电系统输出有功功率平滑的控制方法。

【背景技术】

自上世纪70年代以来，能源与环保逐渐成为世界主流关注的焦点之一。随着能源消耗的不断增加及其传统能源的不断减少，新能源的发展引起了全社会的广泛关注及推动，其中风力发电因为便于大规模利用和较低的成本近年来获得了迅猛的发展。变速恒频式风力发电系统由于其有较宽的风速利用区间、可以实现最大功率跟踪、有功无功可单独控制等诸多优点成为风力发电系统中的主流选择。

然而因为变速恒频式风力发电系统在很宽的风速区间内可以实现最大风能跟踪，在风速变化时该种风力发电系统输出有功会有很大的波动，从而引起向电网注入无功的波动，进而影响电网的频率和电压。当变速恒频式风力发电系统大规模接入电网后，其输出有功的波动甚至会影响电力系统的稳定性，因此有功功率的波动会限制风电在电网中的比重，从而限制了新能源的利用率。在风场中加装储能装置可以降低输出有功功率的波动，但是现有的储能材料功率密度和能量密度都很低，而且成本很高，大规模的储能装置由于经济性问题无法得到广泛应用。

通过文献检索发现，针对有功功率平滑，除了使用额外的储能装置、制氢装置以及耗能装置外，研究人员还提出了一些基于控制的功率平滑方法：对风速进行滤波、桨距角控制以及输出功率线性控制。然而这些方法均不能实现最大功率跟踪，而且前者是单功率环控制，需要对输出功率实时监测以防止失稳情况的发生。

以下给出检索的相关文献：

[1]Tomonobu Senjyu,Ryosei Sakamoto,Naomitsu Urasaki,ToshihisaFunabashi,Hideki Fujita and Hideomi Sekine,“Output Power Leveling ofWind Turbine Generator for All Operating Regions by Pitch Angle Control,”IEEE Trans.Energy Conversion,vol.21,no.2,pp.467–475,June.2006.

[2]Wei Li,Géza Joós,and Jean Bélanger,“Real-Time Simulation of aWind Turbine Generator Coupled With a Battery Supercapacitor EnergyStorage System”,IEEE Trans.Industrial electronics,vol.57,no.4,pp.1137-1145,April 2010.

[3]Barry G.Rawn,Peter W.Lehn and Manfredi Maggiore,“ControlMethodology to Mitigate the Grid Impact of Wind Turbines”,IEEE Trans.Energy Conversion,vol.22,no.2,pp.431–438,June.2007.

【发明内容】

针对上述现有理论与技术上存在的缺陷或不足，本发明的目的在于提出一种基于风转矩前馈的用于变速恒频风场有功功率平滑的控制方法。该控制方法在不增加硬件设施的条件下施加功率平滑控制，有效地减小风场输出功率波动，降低风场对电力系统的影响。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

变速恒频式风力发电系统输出有功功率平滑的控制方法，包括以下步骤：

步骤一，实时检测风速v_w，根据风机厂家提供的数据查找相应的转速指令ω^*；

步骤二，检测风机转速ω，与转速指令ω^*做差后送入外环调节器，外环调节器输出电机加减速转矩指令

步骤三，根据实时的风速v_w和电机转速ω估算此时风转矩将电机加减速转矩指令与风转矩指令相加后得到电机转矩指令

步骤四，将电机转矩指令通过内环调节器，得到三相电压输出指令和

本发明进一步的改进方法在于：步骤二中外环调节器将输出电机加减速转矩指令折算为有功电流指令

本发明进一步的改进方法在于：步骤三中，根据实时的风速v_w和电机转速ω估算此时风转矩然后将风转矩折算为响应的有功电流值与电机加减速有功电流指令相加后得到电机有功电流指令