一种风力发电系统中抑制输入电网功率波动的控制方法

摘要

本发明涉及风力发电系统领域，尤其公开一种风力发电系统中抑制输入电网功率波动的控制方法，该方法基于具有变流器和直流侧电容器的风力发电系统，其控制步骤如下：步骤一计算直流侧电容器的输入功率P_in；步骤二计算直流侧电容器的输出功率P_out；步骤三求取直流侧电容电压的计算值u_dcj；步骤四利用直流侧电容电压计算值u_dcj作为直流侧电压指令值来控制PWM逆变器，保证在直流侧电容电压u_dc为直流侧电容器额定电压u_dce的85％～110％内，即可抑制输入电网的功率波动。本发明利用了直流侧电容器的储能作用，通过对直流侧电压的适当调节来抑制因风能所对应的功率波动而引起输出功率的波动，无需额外的辅助装置，可以广泛应用于风力发电系统。

主权项

1.一种风力发电系统中抑制输入电网功率波动的控制方法，该方法基于具有电压源型变流器的风力发电系统，该风力发电系统包括风力机，该风力机与同步发电机同轴连接，同步发电机的三相输出端与整流器、PWM逆变器和电网依次串联，所述整流器输出端与PWM逆变器输入端之间并接有电容器，其电容量为C，额定电压为udce，直流侧输入功率为Pin，直流侧输出功率为Pout，其特征在于，控制步骤如下：步骤一计算直流侧电容器的输入功率Pin，Pin＝Tm×ωm-Rs×1.5×ig 2，其中Tm，ωm为同步发电机转矩及机械转速，Rs为同步发电机的定子电阻，ig为经过Park变换后同步发电机的定子转矩电流；步骤二计算直流侧电容器的输出功率Pout，$P_{\mathrm{out}}=\frac{1}{2}{C}_p\mathrm{\rho A}{V_{\_\mathrm{wind}\_\mathrm{average}}}^3,$Cp为风能利用系数，ρ为空气密度，A为风轮扫掠面积，V_wind_average为风力发电装置的统计平均风速；步骤三求取直流侧电容器的电压计算值udcj，根据ΔP＝Pin-Pout和$\underset{0}{\overset{t}{\int }}{u}_{\mathrm{dcj}}\times C\times \frac{{\mathrm{du}}_{\mathrm{dcj}}}{\mathrm{d\tau }}\times \mathrm{d\tau }=\underset{0}{\overset{t}{\int }}\mathrm{\Delta P}\times \mathrm{d\tau },$其中t为积分时间，τ为积分变量，ΔP为直流侧的瞬时功率，可得$u_{\mathrm{dcj}}=\sqrt{\frac{2}{C}\times \underset{0}{\overset{t}{\int }}(P_{\mathrm{in}}-P_{\mathrm{out}})\times \mathrm{d\tau }+{u_{\mathrm{dce}}}^2},$其中，udce为积分的初始值，也就是直流侧电压额定值；步骤四利用直流侧电压计算值udcj作为直流侧电压指令值来控制PWM逆变器，保证在直流侧电容电压udc为85％udce～110％udce内，即可抑制输入电网的功率波动。