變速恒頻雙饋風(fēng)電機(jī)組分段分層控制策略的研究

    摘 要：針對(duì)并網(wǎng)后變速恒頻雙饋風(fēng)電機(jī)組的優(yōu)化運(yùn)行及其與電網(wǎng)的協(xié)調(diào)問題，依據(jù)分段分層控制思想，提出了變速恒頻風(fēng)電機(jī)組的并網(wǎng)控制策略：按照風(fēng)速將風(fēng)電機(jī)組的控制分為兩個(gè)階段，即低風(fēng)速的最大風(fēng)能追蹤控制階段和高風(fēng)速的恒功率控制階段，同時(shí)依據(jù)分層思想將風(fēng)電機(jī)組電氣部分的控制分為參考值的整定和對(duì)參考值的跟蹤兩層控制。利用該分段分層控制策略，對(duì)北方某風(fēng)電場及其接入系統(tǒng)中風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行特性和接入系統(tǒng)中關(guān)鍵性節(jié)點(diǎn)的電壓特性進(jìn)行了仿真分析，結(jié)果表明該控制策略不但可以實(shí)現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組的優(yōu)化運(yùn)行，而且能較充分地發(fā)揮風(fēng)電機(jī)組中雙饋發(fā)電機(jī)的無功調(diào)節(jié)能力，提高風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)后的電壓穩(wěn)定性，保證全網(wǎng)無功優(yōu)化運(yùn)行。
    關(guān)鍵詞：變速恒頻風(fēng)電機(jī)組；分段分層控制策略；風(fēng)電場；優(yōu)化運(yùn)行
0 引言
可再生能源特別是風(fēng)能的開發(fā)利用已得到世界各國的高度重視，尤其是 20 世紀(jì)末發(fā)展起來的變速恒頻風(fēng)力發(fā)電技術(shù)，它用雙饋電機(jī)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的異步電機(jī)或同步電機(jī)，不但使風(fēng)電機(jī)組的單機(jī)容量不斷擴(kuò)大，也提高了電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)的靈活性，改善了風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)特性，從而延長了風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行時(shí)間，提高了風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行效率。 
    隨著變速恒頻風(fēng)電機(jī)組單機(jī)容量的增加，其并網(wǎng)容量也不斷增加。因此，為保證并網(wǎng)后電網(wǎng)和風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行效率、安全性和穩(wěn)定性，風(fēng)電機(jī)組與電網(wǎng)間的控制協(xié)調(diào)問題顯得尤為重要。目前，變速恒頻風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)控制的研究主要是控制策略的分析和設(shè)計(jì)，包括電壓調(diào)節(jié)策略和頻率調(diào)節(jié)策略。前者是目前的研究重點(diǎn)，其控制策略的設(shè)計(jì)依據(jù)風(fēng)電并網(wǎng)容量的大小而不同。當(dāng)風(fēng)電并網(wǎng)容量很小、風(fēng)電容量的任何波動(dòng)都不足以引起電網(wǎng)較大的調(diào)整時(shí)，控制策略一般以最大效率地吸收風(fēng)能為目標(biāo)，按照風(fēng)速大小將機(jī)組最佳運(yùn)行狀態(tài)分為啟動(dòng)階段[1]、最大風(fēng)能追蹤階段、恒功率運(yùn)行階段及切除階段并分別予以設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。風(fēng)電機(jī)組由于風(fēng)[2-5]速波動(dòng)而給電網(wǎng)帶來的電壓、頻率影響都由系統(tǒng)承擔(dān)。隨著風(fēng)電并網(wǎng)容量的不斷增加及電力電子技術(shù)的快速發(fā)展，雙饋發(fā)電機(jī)靈活的無功調(diào)節(jié)潛力開始得以充分發(fā)揮，風(fēng)電機(jī)組也開始具備一定的無功調(diào)節(jié)能力，隨之而確定的控制策略是在充分利用風(fēng)能的基礎(chǔ)上使風(fēng)電機(jī)組參與電網(wǎng)的電壓調(diào)節(jié)，在有限范圍內(nèi)分擔(dān)電網(wǎng)的無功潮流，從而提高風(fēng)電并網(wǎng)質(zhì)量和系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性。如文獻(xiàn)[6]詳細(xì)分析了不同風(fēng)速下風(fēng)電機(jī)組的無功調(diào)節(jié)裕度，并在此基礎(chǔ)上充分利用雙饋發(fā)電機(jī)的無功調(diào)節(jié)能力設(shè)計(jì)了風(fēng)電場并網(wǎng)點(diǎn)電壓調(diào)節(jié)策略。但目前關(guān)于風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)后的頻率調(diào)節(jié)問題研究較少，隨著風(fēng)電容量的不斷增加，如何有效調(diào)節(jié)風(fēng)電機(jī)組的有功[7-9]和無功功率，使風(fēng)電機(jī)組能合理參與電網(wǎng)電壓、頻率調(diào)整將是很有意義的研究方向。
    國內(nèi)關(guān)于風(fēng)電機(jī)組控制部分的研究成果主要是針對(duì)單臺(tái)風(fēng)電機(jī)組而言，并沒有考慮風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)后與電網(wǎng)的控制、協(xié)調(diào)問題。本文從這一角度出發(fā)，根據(jù)雙饋發(fā)電機(jī)靈活的無功調(diào)節(jié)特性，以實(shí)現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組優(yōu)化運(yùn)行及提高電壓穩(wěn)定性為目標(biāo)，確定風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)的分段分層控制策略。該策略中按風(fēng)速將風(fēng)電機(jī)組的控制分為 2 個(gè)階段，即低風(fēng)速的最大風(fēng)能追蹤階段和高風(fēng)速的恒功率運(yùn)行階段；在與電網(wǎng)的控制、協(xié)調(diào)中采用分層思想，首先依據(jù)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、