CN104578148A - 一种永磁直驱式风电***模式切换控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种永磁直驱式风电***模式切换控制方法,本发明涉及风电技术领域,特别是涉及永磁直驱式风电***,且带有超级电容器储能装置,储能装置运行采用模式切换控制方法。该***由风力机、永磁直驱式同步发电机、机侧变流器、网侧变流器、超级电容器储能***和电网接口组成。超级电容器储能***采用模式切换控制方法运行,当电网正常时,工作于模式1状态,对风电功率进行调节补偿,实现风电功率的平滑输出;当电网出现故障(电压跌落)时,工作于模式2状态,此时超级电容器储能***进行直流侧电压稳定,保持风电***不脱网运行,提高***的低电压故障穿越能力。
Description
技术领域
本发明涉及风力发电技术领域,具体涉及一种永磁直驱式风电***模式切换控制方法。
背景技术
风能是一种清洁友好的可再生能源,风力发电已成为可再生能源发电技术中最具前景的发电方式之一。随着风电穿透功率不断提高,风电与电网之间的影响也越来越大,风电***输出功率的波动性、随机性对电网电能质量的影响也随之增大。永磁直驱式风电***采用永磁同步发电机作为动力源,省去了复杂的齿轮箱机构,提高了风力发电机组的运行可靠性和风能利用率,减少了风力发电机组的运行维护成本,因而得到广泛应用。风力发电机与电网接口采用全功率变流器,见笑了电网故障对风力发电机的损害,增强了风电输出功率的可控性和灵活性。在并网风电***中增加储能装置,可以有效平滑风电功率波动,改善风电并网稳定性和电能质量,提高风电***的低电压故障穿越能力。超级电容器是一种新兴储能元件,存储容量比普通电容器高很多,同时具有响应时间短、释放能力快等特点,在风电***储能领域具有很好的应用前景。有鉴于此,本发明提出一种应用于永磁直驱式风电***的超级电容器储能***模式切换控制方法,根据电网正常运行和电网故障两种情况,进行模式切换,从而平滑风电功率波动,并在一定程度上保持电网不脱网运行。
发明内容
本发明的目的在于提供一种超级储能电容器的模式切换控制方法,可以应用于带有储能装置的风电***中,通过电网正常运行和故障两种状态,采用不同的控制策略,一方面实现风电功率的平滑输出,解决风电本身的波动性和随机性;另一方面,提高***的低电压故障穿越能力,保持电网不脱网运行。
一种永磁直驱式风电***模式切换控制方法,***有机侧变流器、 网侧变流器、超级电容器储能***、永磁直驱式风力发电机和电网接口组成;
其中,***由风力机,用于将风能转化为机械能;
永磁直驱式同步发电机,用于将机械能转化为电能输出;
一机侧变流器,机侧变流器由三相不可控整流器、滤波电容和Boost变换器构成,用于将交流电转换为直流电用以实现对风力发电机的有功功率控制;
网侧变流器,由IGBT构成三相全控逆变桥,用于把直流电转化为交流电,进行风电并网;
超级电容器,用于通过采用不同模式运行,进行风电功率平滑和提高低电压。
电网正常状况下运行,此时超级电容器储能***进行功率平滑调节,调制信号是通过将并网平均有功功率参考值P*和并网平均有功功率PAV进行比较,将其偏差ΔP送入功率调节器(比例积分调节器),得到双向DC/DC变换器的调制电流参考信号iref:参考电流信号iref与超级电容器输出电流iC进行比较,将其通过电流调节器(比例积分调节器),得到双向DC/DC变换器的占空比反馈控制量
在电网电压严重跌落时运行,此时超级电容器储能***吸收直流母线上因电压跌落产生的多余能量,保持直流侧功率平衡,抑制直流侧电压继续升高,提高风电***的低电压故障穿越能力。调制信号是通过采用电压外环、电流内环双闭环控制策略得到,将网侧变流器直流侧参考电压值u* DC与反馈电压uDC进行比较,将其偏差电压送至电压调节器(比例积分调节器),得到双向DC/DC变换器的调制电流参考值:参考电流信号i′ref与超级电容器输出电流iC进行比较,将其通过电流调节器(比例积分调节器),得到双向DC/DC变换器的占空比反馈控制量 一种永磁直驱式风电***模式切换控制方法,***由风力机,用于将风能转化为机械能、永磁直驱式同步发电机——将机械能转化为电能输出;机侧变流器——由不可控整流电路和Boost电路构成,将交流电转换为直流电;网侧变流器——由IGBT构成三相全控逆变桥,把直流电转化为交流电,进行风电并网;超级电容器——通过采用不同模式运行,进行风电功率平滑和提高低电压故障穿越能力。
本发明在风电***的有益效果:
在电网电压正常情况下,风电功率经超级电容器储能***调节,注入电网的有功功率平滑度比无储能***情况下明显提高,大大克服了风电功率本身的随机性和波动性。在电网电压故障情况下,超级电容器储能***能够吸收直流母线上因电压跌落产生的多余能量,保持直流侧功率平衡,有效抑制了直流侧电压继续升高,从而保证风电***正常运行,大大提高了风电***的低电压故障穿越能力。
附图说明
图1为基于超级电容器储能的直驱式风电***结构示意图;
图2超级电容器储能***采用的模态切换控制策略结构图。
具体实施方式
为了使从事风电技术相关领域人员能更好地理解本发明方案,下面参照附图对本发明实施方式进行详细说明。
参见图1,本***提供了一个永磁直驱式同步风电***,该***包含风力机,直接和永磁同步发电机相连接,将风能转换为机械能,带动永磁同步发电机旋转;永磁同步发电机和机侧变流器连接,将机械能转化为电能输出;机侧变流器采用不可控整流电路和Boost变换器构成;网侧变换器采用全控型器件IGBT,通过逆变,将直流电转化为交流电,通过电网接口进行并网,图中变流器直流侧采用电容器作为电压支撑;超级电容器并联于网侧变流器直流侧,在电网正常运行时,平滑风电功率波动,起功率调节和补偿作用,当 电网发生故障时,可以保持风电***不脱网运行。如图1所示,该***有机侧变流器、网侧变流器、超级电容器储能***、永磁直驱式风力发电机和电网接口组成,其中机侧变流器由三相不可控整流器、滤波电容和Boost变换器构成,用以实现对风力发电机的有功功率控制;网侧变流器用以控制直流侧电压和流入电网的无功,实现有功、无功的解耦控制;超级电容器储能***并入网侧变流器的直流侧,用于实现直驱式风电***的有功控制,在电网正常运行时,可以平滑风电功率波动,起功率调节和补偿作用,当电网发生故障时,可以保持风电***不脱网运行。因而,超级电容器储能***采用模态切换控制策略,其结构如图2所示。
该***的具体原理如下:当电网电压正常时,切换开关连接至“正常”端口,超级电容器储能***按照平滑风电功率波动方式运行,***输出平滑的有功功率(模式1)。当电网电压严重跌落时,网侧变流器有功参考电流将超过限定值,直流电压控制环无法保证直流侧电压稳定,此时将切换开关连接至“故障”端口,使超级电容器储能***转至直流电压稳定控制方式运行,从而限制网侧变流器直流侧电压升高,保持直流侧功率平衡,从而保证电网故障期间风电***不脱网运行(模式2)。
模式1工作的具体原理如下:将并网平均有功功率参考值P*和并网平均有功功率PAv进行比较,将其偏差ΔP送入功率调节器(比例积分调节器),得到双向DC/DC变换器的调制电流参考信号iref:
参考电流信号iref与超级电容器输出电流iC进行比较,将其通过电流调节器(比例积分调节器),得到双向DC/DC变换器的占空比反馈控制量
模式2工作的具体原理如下:当电网电压严重跌落时,采用电压外环、电流内环双闭环控制策略,保持直流侧电压基本恒定,网侧变流器直流侧参考电压值u* DC与反馈电压uDC进行比较,将其偏差电压送至电压调节器(比例积分调节器),得到双向DC/DC变换器的调制电流参考值:
参考电流信号i′ref与超级电容器输出电流iC进行比较,将其通过电流调节器(比例积分调节器),得到双向DC/DC变换器的占空比反馈控制量
本发明在风电***的应用效果分析:
在电网电压正常情况下,风电功率经超级电容器储能***调节,注入电网的有功功率平滑度比无储能***情况下明显提高,大大克服了风电功率本身的随机性和波动性。在电网电压故障情况下,超级电容器储能***能够吸收直流母线上因电压跌落产生的多余能量,保持直流侧功率平衡,有效抑制了直流侧电压继续升高,从而保证风电***正常运行,大大提高了风电***的低电压故障穿越能力。
一种永磁直驱式风电***模式切换控制方法,***有机侧变流器、网侧变流器、超级电容器储能***、永磁直驱式风力发电机和电网接口组成;
其中,***由风力机,用于将风能转化为机械能;
永磁直驱式同步发电机,用于将机械能转化为电能输出;
一机侧变流器,机侧变流器由三相不可控整流器、滤波电容和Boost变换器构成,用于将交流电转换为直流电用以实现对风力发电机的有功功率控制;
网侧变流器,由IGBT构成三相全控逆变桥,用于把直流电转化为交流电,进行风电并网;
超级电容器,用于通过采用不同模式运行,进行风电功率平滑和提高低电压。
电网正常状况下运行,此时超级电容器储能***进行功率平滑调节,调制信号是通过将并网平均有功功率参考值P*和并网平均有功功率PAV进行比较,将其偏差ΔP送入功率调节器(比例积分调节器),得到双向DC/DC变换 器的调制电流参考信号iref:参考电流信号iref与超级电容器输出电流iC进行比较,将其通过电流调节器(比例积分调节器),得到双向DC/DC变换器的占空比反馈控制量
在电网电压严重跌落时运行,此时超级电容器储能***吸收直流母线上因电压跌落产生的多余能量,保持直流侧功率平衡,抑制直流侧电压继续升高,提高风电***的低电压故障穿越能力。调制信号是通过采用电压外环、电流内环双闭环控制策略得到,将网侧变流器直流侧参考电压值u* DC与反馈电压uDC进行比较,将其偏差电压送至电压调节器(比例积分调节器),得到双向DC/DC变换器的调制电流参考值:参考电流信号i′ref与超级电容器输出电流iC进行比较,将其通过电流调节器(比例积分调节器),得到双向DC/DC变换器的占空比反馈控制量 一种永磁直驱式风电***模式切换控制方法,***由风力机,用于将风能转化为机械能、永磁直驱式同步发电机——将机械能转化为电能输出;机侧变流器——由不可控整流电路和Boost电路构成,将交流电转换为直流电;网侧变流器——由IGBT构成三相全控逆变桥,把直流电转化为交流电,进行风电并网;超级电容器——通过采用不同模式运行,进行风电功率平滑和提高低电压故障穿越能力。
参见图2,为超级电容器储能***的模态切换控制策略,该***主要为产生双向DC/DC变换器的PWM调制信号,该信号通过切换开关进行模式1和模式2的选择。模式1代表在电网正常状况下运行,此时超级电容器储能***进行功率平滑调节,调制信号是通过将并网平均有功功率参考值P*和并网平均有功功率PAV进行比较,将其偏差ΔP送入功率调节器(比例积分调节器),得到双向DC/DC变换器的调制电流参考信号iref: 参考电流信号iref与超级电容器输出电流iC进行比较,将其通过电流调节器(比例积分调节器),得到双向DC/DC变换器的占空比反馈控制量功率调节器和电流调节器参数按照风电***运行实际状况进行调节。
模式2代表***在电网电压严重跌落时运行,此时超级电容器储能***吸收直流母线上因电压跌落产生的多余能量,保持直流侧功率平衡,抑制直流侧电压继续升高,提高风电***的低电压故障穿越能力。调制信号是通过采用电压外环、电流内环双闭环控制策略得到,将网侧变流器直流侧参考电压值u* DC与反馈电压uDC进行比较,将其偏差电压送至电压调节器(比例积分调节器),得到双向DC/DC变换器的调制电流参考值: 参考电流信号i′ref与超级电容器输出电流iC进行比较,将其通过电流调节器(比例积分调节器),得到双向DC/DC变换器的占空比反馈控制量电压调节器和电流调节器参数按照风电***运行实际状况进行调节。
以上内容是结合优选技术方案对本发明所做的详细说明,不能认定发明的具体实施仅限于这些,对于在不脱离本发明思想前提下做出的简单推演及替换,都应当视为本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种永磁直驱式风电***模式切换控制方法,其特征在于:***有机侧变流器、网侧变流器、超级电容器储能***、永磁直驱式风力发电机和电网接口组成;
其中,***由风力机,用于将风能转化为机械能;
永磁直驱式同步发电机,用于将机械能转化为电能输出;
一机侧变流器,机侧变流器由三相不可控整流器、滤波电容和Boost变换器构成,用于将交流电转换为直流电用以实现对风力发电机的有功功率控制;
网侧变流器,由IGBT构成三相全控逆变桥,用于把直流电转化为交流电,进行风电并网;
超级电容器,用于通过采用不同模式运行,进行风电功率平滑和提高低电压。
2.按照权利要求1所述的永磁直驱式风电***模式切换控制方法,其特征在于:
电网正常状况下运行,此时超级电容器储能***进行功率平滑调节,调制信号是通过将并网平均有功功率参考值P*和并网平均有功功率PAV进行比较,将其偏差ΔP送入功率调节器(比例积分调节器),得到双向DC/DC变换器的调制电流参考信号iref:参考电流信号iref与超级电容器输出电流ic进行比较,将其通过电流调节器(比例积分调节器),得到双向DC/DC变换器的占空比反馈控制量
3.按照权利要求1所述的永磁直驱式风电***模式切换控制方法,其特征在于:在电网电压严重跌落时运行,此时超级电容器储能***吸收直流母线上因电压跌落产生的多余能量,保持直流侧功率平衡,抑制直流侧电压继续升高,提高风电***的低电压故障穿越能力。调制信号是通过采用电压外环、电流内环双闭环控制策略得到,将网侧变流器直流侧参考电压值u* DC与反馈电压uDC进行比较,将其偏差电压送至电压调节器(比例积分调节器),得到双向DC/DC变换器的调制电流参考值:参考电流信号i′ref与超级电容器输出电流ic进行比较,将其通过电流调节器(比例积分调节器),得到双向DC/DC变换器的占空比反馈控制量
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