專利名稱：一種利用直流側(cè)飛輪儲(chǔ)能單元平滑永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)輸出有功功率的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及風(fēng)能發(fā)電技術(shù)，具體涉及一種利用直流側(cè)飛輪儲(chǔ)能單元平滑永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)輸出有功功率的方法，屬于新能源發(fā)電領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
采用無刷永磁同步發(fā)電機(jī)的直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)省去了電刷、滑環(huán)和齒輪箱，因此減少了系統(tǒng)的維護(hù)費(fèi)用并提高了系統(tǒng)的可靠性?；陔pPWM變換器的永磁同步發(fā)電系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)變速恒頻發(fā)電運(yùn)行和有功無功獨(dú)立控制，發(fā)電效率高，結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，運(yùn)行穩(wěn)定性好。 由于風(fēng)能為不穩(wěn)定能源，風(fēng)速具有不可控性、不可準(zhǔn)確預(yù)期性和隨機(jī)波動(dòng)等特性，使得風(fēng)力發(fā)電機(jī)組輸出有功功率隨風(fēng)速的變化而波動(dòng)。隨著風(fēng)電容量在電網(wǎng)中所占比重的增加，大規(guī)模并網(wǎng)風(fēng)電功率的波動(dòng)將會(huì)對(duì)電網(wǎng)電壓和頻率產(chǎn)生顯著影響，會(huì)帶來諸如系統(tǒng)電壓波動(dòng)、頻率波動(dòng)以及閃變等一系列電能質(zhì)量問題，這無疑會(huì)惡化電網(wǎng)的運(yùn)行特性，增加電力系統(tǒng)運(yùn)行與控制的難度。為改善風(fēng)電接入電網(wǎng)的電能質(zhì)量，希望風(fēng)電機(jī)組能夠在風(fēng)速波動(dòng)情況下亦能產(chǎn)生較為平滑的有功輸出，滿足系統(tǒng)調(diào)頻和調(diào)壓等運(yùn)行需求。目前，國內(nèi)外學(xué)者對(duì)風(fēng)電機(jī)組輸出功率平滑控制已開展了相關(guān)研究工作。如已公開的下列文獻(xiàn)(1)集成嵌入式儲(chǔ)能的雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)功率控制.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2010， 34(15) :80-86.(2)Application of STATCOM/BES S for wind power smoothening and hydrogen generation. Electric Power Systems Research,2009,79 (5) :365-373.(3)飛輪輔助的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)功率和頻率綜合控制.中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2008， 28(29) :111-116.文獻(xiàn)(1)、文獻(xiàn)O)以電池儲(chǔ)能系統(tǒng)與風(fēng)電機(jī)組相結(jié)合實(shí)現(xiàn)風(fēng)電系統(tǒng)輸出功率平滑，雖然電池儲(chǔ)能系統(tǒng)具有技術(shù)較為成熟的優(yōu)勢(shì)，但其也存在成本高、需定期維護(hù)以及具有環(huán)境污染性等缺點(diǎn)。文獻(xiàn)(3)采用飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)輔助風(fēng)電機(jī)組實(shí)現(xiàn)有功功率平滑控制，在很大程度上提高了風(fēng)電系統(tǒng)的并網(wǎng)電能質(zhì)量。但所提控制方案需利用或預(yù)測(cè)風(fēng)速來形成功率平滑指令信號(hào)，由于風(fēng)速的不確定性，將會(huì)使得該指令信號(hào)難以準(zhǔn)確獲取，從而限制其在實(shí)際系統(tǒng)中的應(yīng)用。在工程實(shí)際運(yùn)用中，考慮到功率波動(dòng)產(chǎn)生的因素較多，因此，迫切需要一種新的、 簡(jiǎn)單實(shí)用的功率平滑方式，以提高風(fēng)電機(jī)組輸出電能質(zhì)量，對(duì)于增強(qiáng)電網(wǎng)消納大規(guī)模風(fēng)電的能力、改善風(fēng)電系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行特性以及有效利用風(fēng)能資源而言就具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是為了解決風(fēng)力發(fā)電機(jī)組輸出有功功率隨風(fēng)速的變化而波動(dòng)的問題， 提供了一種利用直流側(cè)飛輪儲(chǔ)能單元平滑永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)輸出有功功率的方法。
本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的一種利用直流側(cè)飛輪儲(chǔ)能單元平滑永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)輸出有功功率的方法， 本方法同時(shí)包含對(duì)電機(jī)側(cè)變換器的控制、電網(wǎng)側(cè)變換器的控制以及儲(chǔ)能單元側(cè)變換器的控制，各變換器的控制分別為(A)電機(jī)側(cè)變換器的控制步驟為Al)利用電壓霍爾傳感器測(cè)量直流鏈電容電壓ud。；A2)利用電流霍爾傳感器采集永磁同步發(fā)電機(jī)的定子電流信號(hào)，永磁同步發(fā)電機(jī)的三相定子電流信號(hào)分別為isa，isb，isc ；A3)利用轉(zhuǎn)子位置傳感器檢測(cè)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置θ及轉(zhuǎn)速ω，根據(jù)θ和ω計(jì)算得到永磁同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電角速度Os = PsCO及轉(zhuǎn)子電角度θ S = Ps θ ;Ps為發(fā)電機(jī)極對(duì)數(shù)；A4)利用采集的三相定子電流和轉(zhuǎn)子位置θ實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)變換，將靜止的J 標(biāo)系變換到dq同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸系，采用恒功率變換，變換式為
權(quán)利要求
1. 一種利用直流側(cè)飛輪儲(chǔ)能單元平滑永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)輸出有功功率的方法，其特征在于，本方法同時(shí)包含對(duì)電機(jī)側(cè)變換器的控制、電網(wǎng)側(cè)變換器的控制以及儲(chǔ)能單元側(cè)變換器的控制，各變換器的控制分別為 (A)電機(jī)側(cè)變換器的控制步驟為 Al)利用電壓霍爾傳感器測(cè)量直流鏈電容電壓ud。；A2)利用電流霍爾傳感器采集永磁同步發(fā)電機(jī)的定子電流信號(hào)，永磁同步發(fā)電機(jī)的三相定子電流信號(hào)分別為isa，isb，isc ；A3)利用轉(zhuǎn)子位置傳感器檢測(cè)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置θ及轉(zhuǎn)速ω，根據(jù)θ和ω計(jì)算得到永磁同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電角速度ω3 = ρ3ω及轉(zhuǎn)子電角度es = Pse ;ps為發(fā)電機(jī)極對(duì)數(shù)；A4)利用采集的三相定子電流和轉(zhuǎn)子位置θ實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)變換，將靜止的J 變換到dq同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸系，采用恒功率變換，變換式為相abc坐標(biāo)系'sd ^sqcos優(yōu) cos(優(yōu)—120。)cos(6>s - 240°)" sin sin(軾-120。) sin(錢-240。)^sa sb ^scA5)采用功率外環(huán)的閉環(huán)控制方式，控制發(fā)電機(jī)實(shí)現(xiàn)最大風(fēng)能跟蹤； A6)采用轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向的矢量控制方式，通過d、q軸給定電流C、/Iq和恒功率變換所得的d、q軸實(shí)際電流isd、isi，采用交叉耦合控制方式得到d、q軸控制電壓Usd和Usq,其控制方程為"Sd = +1) ι -Ki)- P^lJ,sq sq[usq = [KV2^12S +1) / rl25](/;q - Zsq) + PsaLj%i + ωψ%其中Kn1、τ 、Kτ i2分別為定子d、q軸電流調(diào)節(jié)環(huán)的PI參數(shù)；Lsd、Lsq分別為定子 d、q軸電感；為轉(zhuǎn)子永磁體磁鏈；Α7)通過電壓和電流計(jì)算發(fā)電機(jī)輸出有功功率Pe，Pe = usdisd+usqisq ； A8)通過控制電壓再結(jié)合轉(zhuǎn)子位置角θ和直流鏈電壓ud。經(jīng)空間矢量調(diào)制SVM，得到電機(jī)側(cè)變換器的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)以控制發(fā)電機(jī)； (B)電網(wǎng)側(cè)變換器的控制步驟為 Bi)利用電壓霍爾傳感器測(cè)量三相電網(wǎng)電壓eg B2)利用電流霍爾傳感器采集三相電網(wǎng)電流信號(hào)i8 B3)利用采集的三相電網(wǎng)電壓信號(hào)，將靜止三相abc坐標(biāo)系變換到靜止兩相α β坐標(biāo)軸系，采用恒功率變換得到α β軸系下的電壓ea，ee，變換式為采用電網(wǎng)電壓定向得到電網(wǎng)電壓d軸分量egd和電網(wǎng)電角度θ g，此時(shí)電網(wǎng)電壓q軸分量^為零，其計(jì)算式為B4)利用采集的三相電網(wǎng)電流和計(jì)算的電網(wǎng)電角度θ g實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)變換，將靜止三相abc 坐標(biāo)系變換到dq同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸系，采用恒功率變換的變換式為
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用直流側(cè)飛輪儲(chǔ)能單元平滑永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)輸出有功功率的方法，本方法同時(shí)包含對(duì)電機(jī)側(cè)變換器的控制、電網(wǎng)側(cè)變換器的控制以及儲(chǔ)能單元側(cè)變換器的控制。通過對(duì)電機(jī)側(cè)變換器、電網(wǎng)側(cè)變換器以及儲(chǔ)能單元側(cè)變換器的協(xié)調(diào)控制，使風(fēng)電機(jī)組能夠在風(fēng)速波動(dòng)情況下亦能產(chǎn)生較為平滑的有功輸出，滿足系統(tǒng)調(diào)頻和調(diào)壓等運(yùn)行需求。其效果主要有1.在功率平滑控制的要求下，亦實(shí)現(xiàn)了最大風(fēng)能跟蹤控制。2.平滑了網(wǎng)側(cè)有功功率，提高了電能質(zhì)量，改善了風(fēng)電系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行特性。
文檔編號(hào)H02J3/38GK102332727SQ201110289529
公開日2012年1月25日 申請(qǐng)日期2011年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月26日
發(fā)明者夏先鋒, 姚駿, 廖勇, 熊倩, 陳西寅 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)