一種減少風(fēng)電波動(dòng)的控制系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種風(fēng)電控制系統(tǒng)及方法，尤其設(shè)及一種減少風(fēng)電波動(dòng)的控制系統(tǒng)及 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 為了解決化石類資源的短缺W及燃煤等帶來的環(huán)境污染問題，大力發(fā)展清潔環(huán)保 的風(fēng)電等可再生能源是我國(guó)乃至世界其他國(guó)家的必然選擇。
[0003] 為實(shí)現(xiàn)低碳、環(huán)保、綠色W及可持續(xù)發(fā)展的能源戰(zhàn)略，我國(guó)近幾年大力發(fā)展可再生 能源，針對(duì)可再生能源出臺(tái)了 一系列的標(biāo)準(zhǔn)和政策，使得可再生能源得到了長(zhǎng)足發(fā)展，尤其 在風(fēng)電能源的開發(fā)與利用方面，至2014年底，風(fēng)電并網(wǎng)裝機(jī)容量已達(dá)到9637萬千瓦，占全 部發(fā)電裝機(jī)容量的7%，占全球風(fēng)電裝機(jī)容量的27%。然而我國(guó)風(fēng)能資源與經(jīng)濟(jì)發(fā)展呈逆 向分布，我國(guó)規(guī)劃的8個(gè)千萬千瓦級(jí)風(fēng)電基地，大都在經(jīng)濟(jì)落后的西北、東北地區(qū)，如新疆、 甘肅、內(nèi)蒙、吉林等，由于本地消納能力有限，風(fēng)電需要遠(yuǎn)距離外送，大容量集中接入、遠(yuǎn)距 離輸送，是我國(guó)風(fēng)電能源的特點(diǎn)。
[0004] 但是，由于風(fēng)電的隨機(jī)波動(dòng)性，大容量集中接入、遠(yuǎn)距離輸送風(fēng)電并網(wǎng)會(huì)對(duì)電網(wǎng)運(yùn) 行產(chǎn)生較大影響，且運(yùn)種影響具有不同于常規(guī)電源的特殊性。隨著風(fēng)電接入容量的增加與 接入電壓等級(jí)的提高使得電網(wǎng)受風(fēng)電的影響范圍更廣，影響程度更大。在酒泉、哈密等地區(qū) 己并網(wǎng)的風(fēng)電對(duì)電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的影響己經(jīng)凸顯，且隨著并網(wǎng)規(guī)模、容量的加大，運(yùn)種影 響將進(jìn)一步加劇。目前，為了確保電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，造成大量棄風(fēng)現(xiàn)象，據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)全 國(guó)風(fēng)電平均棄風(fēng)比例2013年為12%,2014年雖然有所降低，但仍然高達(dá)8%。
[0005] 為了解決棄風(fēng)問題，電網(wǎng)進(jìn)行大量的投資，加強(qiáng)電網(wǎng)建設(shè)、增強(qiáng)網(wǎng)架能力、增加備 用容量，但一方面投資太大，另一方面建設(shè)周期長(zhǎng)，對(duì)我國(guó)的風(fēng)電存在的問題不能馬上解 決。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于提供一種減少風(fēng)電波動(dòng)的控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)能使得在不棄風(fēng)的 同時(shí)低成本實(shí)現(xiàn)輸出風(fēng)電功率平穩(wěn)。
[0007] 本發(fā)明的另一目的在于提供一種減少風(fēng)電波動(dòng)的控制方法，該方法可基于上述系 統(tǒng)達(dá)到上述功能。
[0008] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種減少風(fēng)電波動(dòng)的控制系統(tǒng)，其與風(fēng)力發(fā)電 機(jī)連接，所述控制系統(tǒng)包括：控制單元，電力海綿，直流電壓檢測(cè)裝置，交流電流檢測(cè)裝置和 交流電壓檢測(cè)裝置，其中：
[0009] 所述電力海綿串接于電網(wǎng)和電阻負(fù)荷之間，所述電力海綿的控制端與所述控制單 元的控制信號(hào)輸出端連接；
[0010] 所述直流電壓檢測(cè)裝置，其與電力海綿的直流母線連接，W檢測(cè)電力海綿的直流 電壓Ud。，所述直流電壓檢測(cè)裝置還與控制單元的直流信號(hào)輸入端連接；
[0011] 所述交流電流檢測(cè)裝置串接于所述電力海綿和電網(wǎng)之間，W檢測(cè)輸入電力海綿的 交流電流is，所述交流電流檢測(cè)裝置還與控制單元的交流電流信號(hào)輸入端連接；
[0012]所述交流電壓檢測(cè)裝置與電網(wǎng)連接，W檢測(cè)輸入電力海綿的交流電壓Ug,所述交 流電壓檢測(cè)裝置還與控制單元的交流電壓信號(hào)輸入端連接；
[0013] 所述控制單元還與風(fēng)力發(fā)電機(jī)連接，W接收傳輸自風(fēng)力發(fā)電機(jī)的風(fēng)電功率P";所 述控制單元包括第一比例積分控制器和第二比例積分控制器；所述控制單元根據(jù)下述模型 獲得電力海綿交流電壓控制量Uq和電力海綿直流電壓控制量Ud:
[0014] Uq= kPi* (Piref-Pi)+k。* / (Piref-Pi)化 [00 巧]Ud -kp2* 化Cref-U〇c)+k。* / (UDCref-Uoc)化
[0016]式中，kpi為第一比例積分控制器的比例系數(shù)；kIi為第一比例積分控制器的積分系 數(shù)；Plre康示所述電阻負(fù)荷的功率參考值，其為風(fēng)電功率PW。和風(fēng)力發(fā)電機(jī)注入電網(wǎng)的功率 PwfW的差，所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)注入電網(wǎng)的功率Pwwf由控制單元將風(fēng)電功率P?經(jīng)一階慣性環(huán)節(jié) 得到；P康示所述電阻負(fù)荷的功率，巧蹲，其中Us是由接收自交流電壓檢 測(cè)裝置的交流電壓^得到的交流電壓幅值，L是由接收自交流電流檢測(cè)裝置的交流電流ig 得到的交流電流幅值，弊表示交流電壓與交流電流的功角；kp2為第二比例積分控制器的比 例系數(shù)，ki2為第二比例積分控制器的積分系數(shù)；UDef。,為設(shè)定的直流電壓給定值；
[0017] 所述控制單元將電力海綿交流電壓控制量Uq和電力海綿直流電壓控制量Ud進(jìn)行 dq-油C派克反變換，得到與交流=相分別對(duì)應(yīng)的電力海綿脈寬調(diào)制信號(hào)Ug、Ub、u。，控制單元 通過控制單元的控制信號(hào)輸出端將與交流S相分別對(duì)應(yīng)的電力海綿脈寬調(diào)制信號(hào)Ug、Ub、u。 傳輸給電力海綿的控制端，W控制電力海綿加在所述電阻負(fù)荷上的電壓，使得風(fēng)力發(fā)電機(jī) 注入電網(wǎng)的功率為IVw。
[0018] 本發(fā)明所述的減少風(fēng)電波動(dòng)的控制系統(tǒng)，用于平抑傳輸自風(fēng)力發(fā)電機(jī)的風(fēng)電功率 P?的波動(dòng)，使得在不棄風(fēng)的同時(shí)低成本實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)注入電網(wǎng)的功率為Pwwf,從而趨于 平穩(wěn)。具體來說，該系統(tǒng)通過電網(wǎng)和電阻負(fù)荷之間的電力海綿，W比例積分、dq/油C坐標(biāo)變 換為控制手段，控制所述電力海綿基于風(fēng)電功率P?和風(fēng)力發(fā)電機(jī)注入電網(wǎng)的功率Pwwf之 差的電阻負(fù)荷功率參考值Piuf輸出加在所述電阻負(fù)荷上的電壓Ui,使得風(fēng)電功率P,。增加 時(shí)，電壓Ui增加，電阻負(fù)荷功率P1隨之增大，從而控制電阻負(fù)荷功率P1抵消風(fēng)電功率Pw的 波動(dòng)，使得風(fēng)力發(fā)電機(jī)注入電網(wǎng)的風(fēng)電功率為IVw。
[0019] 在本發(fā)明所述的減少風(fēng)電波動(dòng)的控制系統(tǒng)中，所述將電力海綿交流電壓控制量Uq 和電力海綿直流電壓控制量Ud進(jìn)行dq-油C派克反變換的變換公式如下：
[0020]
12 式中，0為相位角，其可由接收自交流電壓檢測(cè)裝置的交流電壓U郝接收自交流 電流檢測(cè)裝置的交流電流L得到。 2 此外，在本發(fā)明所述的減少風(fēng)電波動(dòng)的控制系統(tǒng)中，所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)注入電網(wǎng)的 功率IVw可由下述一階慣性環(huán)節(jié)公式得到：
[0023]
[0024] 式中，Tl為一階慣性參數(shù)，其取值范圍為0 <T1<10,S為拉普拉斯變換算子。
[0025] 進(jìn)一步地，本發(fā)明所述的減少風(fēng)電波動(dòng)的控制系統(tǒng)中，所述控制單元為數(shù)字信號(hào) 處理器。
[00%] 進(jìn)一步地，本發(fā)明所述的減少風(fēng)電波動(dòng)的控制系統(tǒng)中，所述直流電壓檢測(cè)裝置包 括直流電壓傳感器。
[0027] 進(jìn)一步地，本發(fā)明所述的減少風(fēng)電波動(dòng)的控制系統(tǒng)中，所述交流電壓檢測(cè)裝置包 括交流電壓互感器。
[0028] 進(jìn)一步地，本發(fā)明所述的減少風(fēng)電波動(dòng)的控制系統(tǒng)中，所述交流電流檢測(cè)裝置包 括交流電流傳感器。
[0029] 優(yōu)選地，本發(fā)明所述的減少風(fēng)電波動(dòng)的控制系統(tǒng)中，所述第一比例積分控制器的 比例系數(shù)kpi的范圍取0 <kpi< 100,第一比例積分控制的積分系數(shù)kIi的范圍取0 <kIi <10。
[0030] 優(yōu)選地，本發(fā)明所述的減少風(fēng)電波動(dòng)的控制系統(tǒng)中，所述第二比例積分控制器的 比例系數(shù)kp2的范圍取0 <kP2< 100,第二比例積分控制的積分系數(shù)k12的范圍取0 <k12 <10。
[0031] 進(jìn)一步地，本發(fā)明所述的減少風(fēng)電波動(dòng)的控制系統(tǒng)中，所述電力海綿包括與交流 =相分別對(duì)應(yīng)的=個(gè)半橋結(jié)構(gòu)，其中每一個(gè)半橋結(jié)構(gòu)均包括：第一IGBT(絕緣柵雙極型晶 體管）、第二IGBTW及直流電容，其中所述第一IGBT的發(fā)射極連接所述第二IGBT的集電 極，所述第一IGBT的集電極通過所述直流電容與所述第二IGBT的發(fā)射極連接，作為電力海 綿的控制端的所述第一IGBT和第二IGBT的控制端，其與對(duì)應(yīng)相電力海綿脈寬調(diào)制信號(hào)對(duì) 應(yīng)的控制單元的控制信號(hào)輸出端相連，其中所述第一IGBT和第二IGBT的控制端的信號(hào)相 反，第二IGBT的集電極和發(fā)射極串接在對(duì)應(yīng)相的電網(wǎng)與阻性負(fù)載之間，所述直流電容兩端 的電壓為電力海綿的直流電壓Udc。
[0032] 上述方案中，由于第一IGBT的控制端和