關(guān)于青海風(fēng)力發(fā)電以及雙饋感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行的淺談

1、<p>　　關(guān)于青海風(fēng)力發(fā)電以及雙饋感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行的淺談</p><p>　　摘要：青海位于青藏高原，地勢(shì)高亢，地形開闊，適合建立大型風(fēng)電站。新建風(fēng)電場(chǎng)大多采用雙饋感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，并且實(shí)際運(yùn)行中均采用功率因數(shù)cos=1的恒定方式運(yùn)行，而沒(méi)有根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行要求來(lái)發(fā)揮其自身的無(wú)功調(diào)控潛能。受風(fēng)速變動(dòng)、電網(wǎng)運(yùn)行方式變化等諸多因素影響，接入點(diǎn)電壓往往波動(dòng)很大，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)影響風(fēng)電機(jī)組的持續(xù)聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行。本文

2、從理論上分析了雙饋感應(yīng)風(fēng)電機(jī)組的無(wú)功功率調(diào)控范圍，構(gòu)建了面向電網(wǎng)運(yùn)行要求的風(fēng)電機(jī)組無(wú)功功率調(diào)控策略 </p><p>　　關(guān)鍵詞：青海風(fēng)力發(fā)電，聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行，雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)，無(wú)功調(diào)節(jié) </p><p>　　中圖分類號(hào)：F407.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A </p><p><b>　　0 引言 </b></p><p>　　風(fēng)力發(fā)

3、電是風(fēng)能大規(guī)模利用的有效途徑，對(duì)改善能源結(jié)構(gòu)、保護(hù)環(huán)境、促進(jìn)能源可持續(xù)供應(yīng)是有重要作用，因此近幾年得到迅速發(fā)展。青海風(fēng)能豐富區(qū)大都地處戈壁荒漠區(qū)域，開發(fā)成本小，氣象災(zāi)害較少，運(yùn)行保障成本較低，資源優(yōu)勢(shì)獨(dú)特，開發(fā)潛力巨大。 青海大部分地區(qū)平均風(fēng)速比較大；甚至有的地方，一年三分之一以上的時(shí)間都是大風(fēng)天。在這些地區(qū)，發(fā)展風(fēng)力發(fā)電是很有前途的。 </p><p>　　離網(wǎng)型小型風(fēng)力機(jī)是解決高山、牧民用電的重要手段之一。盡

4、管它不會(huì)產(chǎn)生較大的經(jīng)濟(jì)效益，但會(huì)帶來(lái)較大的社會(huì)效益，對(duì)減少貧困、發(fā)展經(jīng)濟(jì)、和諧社會(huì)大有益處，因此風(fēng)力發(fā)電在青海省仍然有著較廣的發(fā)展前景。相對(duì)如此優(yōu)勢(shì)的自然環(huán)境中要發(fā)展風(fēng)力發(fā)電，對(duì)風(fēng)電機(jī)組的設(shè)計(jì)、制造要有更高的要求。大規(guī)模的風(fēng)電開發(fā)必須要破解技術(shù)瓶頸。 但是由于風(fēng)電機(jī)組的輸出功率取決于風(fēng)速而具有間歇性，而且風(fēng)電場(chǎng)通常位于電網(wǎng)末端，當(dāng)風(fēng)電接入容量達(dá)到一定規(guī)模時(shí)，風(fēng)電場(chǎng)輸出功率的隨機(jī)波動(dòng)將給電網(wǎng)運(yùn)行帶來(lái)諸多不利影響，尤其是當(dāng)風(fēng)速劇變時(shí)，風(fēng)電場(chǎng)

5、輸出功率隨著風(fēng)速的劇變大幅度波動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)還可能會(huì)導(dǎo)致接入點(diǎn)電壓水平越限，不但影響供電質(zhì)量，而且還會(huì)危及風(fēng)電機(jī)組的持續(xù)聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行。 </p><p>　　雙饋感應(yīng)風(fēng)電機(jī)組控制靈活，通過(guò)控制使得其轉(zhuǎn)速能夠跟蹤風(fēng)速變化而作相應(yīng)調(diào)節(jié)，在很大風(fēng)速范圍內(nèi)都能有較高的風(fēng)能捕獲效率，并且無(wú)需額外提供勵(lì)磁，本身具有一定的無(wú)功功率調(diào)控能力。而相對(duì)于永磁同步發(fā)電機(jī)，雙饋感應(yīng)電機(jī)所需配置變流器的容量?jī)H為風(fēng)電機(jī)組額定容量的30％左右，成本相

6、對(duì)較低。雙饋感應(yīng)電機(jī)已成為目前主流的風(fēng)力發(fā)電機(jī)型。 </p><p>　　目前雙饋感應(yīng)風(fēng)電機(jī)組大多是基于cos=1的恒定功率因數(shù)方式運(yùn)行，而未能根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行要求進(jìn)行必要的無(wú)功功率調(diào)節(jié)。如何充分利用雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)的靈活調(diào)控能力來(lái)改善其接入條件已成為雙饋感應(yīng)電機(jī)聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行控制研究領(lǐng)域的重要研究?jī)?nèi)容。本文從理論上分析了雙饋感應(yīng)電機(jī)的無(wú)功調(diào)節(jié)范圍，構(gòu)建了面向電網(wǎng)運(yùn)行要求的雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)的無(wú)功調(diào)控策略。 </p>

7、<p>　　1 雙饋感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的數(shù)學(xué)模型 </p><p>　　雙饋感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主要包括風(fēng)力機(jī)、雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)和四象限變流器等，圖1是其結(jié)構(gòu)示意圖 </p><p>　　圖1風(fēng)力發(fā)電機(jī)模型結(jié)構(gòu)示意圖 </p><p>　　風(fēng)速為V0時(shí)，風(fēng)力機(jī)所捕獲的能量為： </p><p>　　式中：Pw為風(fēng)能；為空氣密度；A1=R

8、2為風(fēng)力機(jī)葉片掃過(guò)面積（R為葉輪半徑）；Cp為風(fēng)能捕獲系數(shù)，是表征風(fēng)力機(jī)捕獲風(fēng)能大小的一個(gè)量，與風(fēng)力機(jī)的轉(zhuǎn)速()、風(fēng)力機(jī)的槳距角()等因素有關(guān)，其理論最大極限值為0.59。 </p><p>　　雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)組的等效電路圖。 </p><p>　　圖2雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)等效電路圖 </p><p>　　由此可知，由于雙饋感應(yīng)電機(jī)的無(wú)功調(diào)節(jié)能力隨著風(fēng)速的增大而減少。 &

9、lt;/p><p>　　2 雙饋感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的無(wú)功控制策略 </p><p>　　從定子功率方程可知控制發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電流交、直軸分量的大小可以控制定子有功、無(wú)功的大小。 </p><p>　　傳統(tǒng)的雙饋電機(jī)一般以cos＝1.0的恒定方式運(yùn)行，即Qref＝0。為了充分挖掘雙饋感應(yīng)電機(jī)的無(wú)功調(diào)節(jié)能力，可根據(jù)電網(wǎng)的需求來(lái)確定Qref。 </p><p>

10、;　　一般Qref是以功率因數(shù)和端電壓為控制目標(biāo)來(lái)確定。以功率因數(shù)為控制目標(biāo)時(shí)，根據(jù)雙饋感應(yīng)電機(jī)發(fā)出的有功再求出Qref，即Qref＝Pouttan。 </p><p>　　當(dāng)以端電壓為控制目標(biāo)時(shí)，給定一個(gè)電壓參考值Usref，通過(guò)一個(gè)PI控制求出Qref。Qref經(jīng)過(guò)一個(gè)限幅環(huán)節(jié)，再通過(guò)一個(gè)PI控制求出Irdref。其中限幅環(huán)節(jié)原理圖如圖3所示 </p><p>　　圖3雙饋感應(yīng)電機(jī)無(wú)功

11、控制原理圖 </p><p>　　3 風(fēng)速變化時(shí)恒電壓控制 </p><p>　　由風(fēng)力機(jī)風(fēng)速-功率特性可知，風(fēng)電機(jī)組轉(zhuǎn)速能夠跟蹤風(fēng)速變化，按指定的參考轉(zhuǎn)速運(yùn)行，輸出功率基本上在參考功率附近。雙饋感應(yīng)電機(jī)在有功輸出的同時(shí)還有一定的無(wú)功調(diào)控能力。 </p><p>　　分析風(fēng)速波動(dòng)時(shí)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)出口電壓的影響，風(fēng)速上升時(shí)風(fēng)電機(jī)發(fā)出的有功增大，風(fēng)電場(chǎng)就地平衡了線路的有功，減

12、少了系統(tǒng)中交流線有功傳輸，降低了線路的壓降，電壓逐漸上升。當(dāng)雙饋電機(jī)采用恒電壓為控制目標(biāo)（Uref＝1.0p.u.），，由于風(fēng)速的增加，雙饋電機(jī)的無(wú)功調(diào)節(jié)能力減少，系統(tǒng)需求的無(wú)功大于雙饋電機(jī)的無(wú)功調(diào)節(jié)能力，不能滿足系統(tǒng)需求，此時(shí)電壓略有上升。 </p><p>　　4 電網(wǎng)運(yùn)行方式變化時(shí)恒電壓控制仿真 </p><p>　　下面分析電網(wǎng)運(yùn)行方式變化對(duì)接入點(diǎn)電壓影響，通過(guò)改變系統(tǒng)負(fù)荷大小來(lái)模

13、擬電網(wǎng)運(yùn)行方式的變化，對(duì)算例系統(tǒng)輕載進(jìn)行仿真，仿真風(fēng)速t=40s之前為10m/s，t=40s之后為14 m/s；雙饋感應(yīng)電機(jī)在t=5s之前采用cos=1.0的恒定方式運(yùn)行，t=5s之后采用恒電壓控制。 </p><p>　　圖4為機(jī)端電壓波形，圖5為風(fēng)電場(chǎng)有功、無(wú)功、無(wú)功調(diào)節(jié)范圍波形。由圖可知系統(tǒng)輕載時(shí)電壓達(dá)到1.126（標(biāo)幺值），t＝5s時(shí)風(fēng)電機(jī)組采用恒電壓控制，電壓參考值設(shè)為1.0。從圖5可以知風(fēng)電機(jī)組迅速吸

14、收無(wú)功，電壓降到參考值附近，t＝40s之后，由于風(fēng)速增大，風(fēng)電機(jī)組發(fā)出的有功增大，無(wú)功調(diào)節(jié)范圍減小，此時(shí)系統(tǒng)要求風(fēng)機(jī)吸收的無(wú)功大于風(fēng)電機(jī)組最大的無(wú)功調(diào)節(jié)能力，風(fēng)電機(jī)組吸收的無(wú)功為風(fēng)電機(jī)組的無(wú)功極限，所以機(jī)端電壓略有升高。 </p><p>　　圖4風(fēng)電場(chǎng)機(jī)端電壓波形 </p><p>　　圖5風(fēng)電場(chǎng)有功、無(wú)功波形（Sb=100MVA) </p><p><b&

15、gt;　　5結(jié)論 </b></p><p>　　基于青海的特殊地理位置以及對(duì)雙饋感應(yīng)風(fēng)電機(jī)組無(wú)功調(diào)控能力的研究，結(jié)論如下： </p><p>　　1）風(fēng)力發(fā)電在青海有著廣闊的前景，同時(shí)對(duì)風(fēng)電機(jī)組的設(shè)計(jì)、制造要有更高的要求。大規(guī)模的風(fēng)電開發(fā)必須要破解技術(shù)瓶頸； </p><p>　　2）滿足變流器安全運(yùn)行和雙饋電機(jī)的容量約束下的風(fēng)電機(jī)組無(wú)功調(diào)控能力由隨著風(fēng)

16、速的增加而減??； </p><p>　　3）所構(gòu)建的雙饋感應(yīng)風(fēng)電機(jī)組無(wú)功功率控制策略對(duì)風(fēng)速變化和系統(tǒng)運(yùn)行方式改變引起的電壓波動(dòng)起到了很好的抑制作用。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　朱俊生．中國(guó)新能源和可再生能源發(fā)展?fàn)顩r[J]．可再生能源，2003，2：3-8． </p><p>　

17、　申 洪，王偉勝，戴慧珠．變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的無(wú)功功率極限[J]．電網(wǎng)技術(shù)，200３，27(11):60-63． </p><p>　　嚴(yán)干貴，陳濤，穆鋼，等．輕型高壓直流輸電系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)建模及其非線性解耦控制[J]．電網(wǎng)技術(shù)，2007,31(6):45-50 </p><p>　　吳國(guó)祥，馬煒，陳國(guó)呈，俞俊杰．雙饋?zhàn)兯俸泐l風(fēng)力發(fā)電空載并網(wǎng)控制策略[J]．電工技術(shù)學(xué)報(bào)．2007，22(11