[发明专利]永磁直驱风力发电系统参与电网频率调节的方法

说明书

技术领域

本发明涉及风能发电技术，具体涉及永磁直驱风力发电系统参与电网频率调节的方法，属于新能源发电领域。 

背景技术

采用无刷永磁同步发电机的直驱风力发电系统省去了电刷、滑环和齿轮箱，因此减少了系统的维护费用并提高了系统的可靠性。基于双PWM变换器的永磁同步发电系统能实现变速恒频发电运行和有功无功独立控制，发电效率高，结构较为简单，运行稳定性好。由于风能为不稳定能源，风速具有不可控性、不可准确预期性和随机波动等特性，使得风力发电系统输出有功功率随风速的变化而波动。随着风电容量在电网中所占比重的增加，大规模并网风电功率的波动将会对电网的频率产生显著影响，造成电网频率稳定性下降，频率波动增大和频率波动恢复时间增大等问题，这无疑会恶化电网的运行特性，增加电力系统运行与控制的难度。为改善风电接入电网的电能质量，希望风电机组能够在全工况下参与系统频率调节。目前，国内外学者对含风电电力系统频率调节技术已开展了相关研究工作。如已公开的下列文献： 

(1)李军军，吴政球.风电参与一次调频的小扰动稳定性分析.中国电机工程学报，2011，31(13)：1-9. 

(2)李立成，叶林.变风速下永磁直驱风电机组频率—转速协调控制策略，电力系统自动化，2011，35(17)：26-31. 

(3)孙春顺，王耀南，李欣然.飞轮辅助的风力发电系统功率和频率综合控制.中国电机工程学报，2008，28(29)：111-116. 

文献（1）、文献（2）研究了利用风力发电系统大转动惯量所储存的动能作为调频所需有功来源，但是具有不能再全工况下提供调频能力和降低风能利用率以及增大机组应力等缺点。 

文献（3）采用飞轮储能系统辅助风电机组频率调节控制，在很大程度上提高了风电系统 的频率调节能力。但所提控制方案需利用或预测风速来频率调节指令信号，由于风速的不确定性，将会使得该指令信号难以准确获取，从而限制其在实际系统中的应用。 

在工程实际运用中，考虑到频率波动产生的因素较多，因此，迫切需要一种新的、简单实用的风电机组辅助频率控制方式，以提高风电机组输出电能质量，对于增强电网消纳大规模风电的能力、改善风电系统并网运行特性以及有效利用风能资源具有重要的现实意义。 

发明内容

针对现有含风电电力系统频率波动大的问题，本发明的目的是提供一种永磁直驱风力发电系统参与电网频率调节的方法，本方法使风电机组能够在全工况下亦能得到较为稳定的调频能力，改善风电系统并网适应性。 

本发明的技术方案是这样实现的： 

永磁直驱风力发电系统参与电网频率调节的方法，其特征在于，本方法同时包含对发电机侧变换器的控制、电网侧变换器的控制以及储能单元侧变换器的控制，各变换器的控制分别为： 

（A）发电机侧变换器的控制： 

发电机侧变换器采用矢量控制策略，其控制电压和直流链电压u_dc通过空间矢量调制产生发电机侧变换器PWM驱动信号； 

（B）电网侧变换器的控制为： 

电网侧变换器采用矢量控制策略，以功率外环控制方式稳定直流链电压，以反映飞轮侧变换器瞬时功率的P_f/e_gd与反映发电机侧变换器瞬时功率的P_e/e_gd两者之和作为前馈补偿量； 

电网侧变换器的控制电压和直流链电压u_dc通过空间矢量调制产生电网侧变换器PWM驱动信号； 

（C）储能单元变换器的控制步骤为： 

C1)利用电流霍尔传感器采集永磁同步发电/电动机的三相定子电流信号，电流信号为i_fa，i_fb，i_fc； 

C2)利用转子位置传感器检测飞轮电机转子位置及转速ω_f，根据和ω_f计算得到永磁同步电机转子电角速度p_fω_f及转子电角度p_f为永磁同步飞轮驱动电机极对数； 

C3)利用采集的三相定子电流i_fa，i_fb，i_fc和转子位置实现坐标变换，将飞轮电机三相定子电流从静止三相abc坐标系变换到dq同步旋转坐标轴系，采用恒功率变换得到i_fd和i_fq； 

C4)利用锁相环PLL检测得到电网频率f；