[01608778]大型风力发电机组并网控制关键技术研究

(1)课题来源与背景 本课题来源于甘肃省科技支撑计划项目,课题立项编号1011GKCA031。 随着社会经济的快速发展,人类对化石能源的依赖也越来越大,大气污染、水平面上升和气候变暖等问题随之出现,对人类赖以生存的地球环境造成极大伤害。发展低碳经济,将传统高污染、高耗能的经济增长方式转变为低排放、低能耗的发展模式,实现资源的合理利用及可持续性发展,已成为世界各国的共识,风力发电作为分布式发电技术中较为成熟的一种,目前正受到世界上越来越多国家的重视和政策扶持。 （2）技术原理及性能指标 风力发电技术在过去短短的几十年中得到了快速发展,大型风电机组并网发电,相继成为了全球对风能资源利用的主要形式,其中电力电子技术已被广泛运用于风力发电机组并网系统中。但是与此同时所暴露出来的问题也越来越多,主要表现在与风电场并网有关的电压、频率、有功调度、无功调节、静态稳定以及暂态稳定等方面。所以,研究大型风电场并网对系统稳定性的影响,特别是对系统电压稳定性的影响,针对这些问题采取相应的改善措施,以确保系统的安全、可靠运行具有重要的意义。 本课题研究大型并网风电场对系统电压稳定性影响及改善措施,目的是建立变速恒频双馈风力发电系统的整体动态数学模型,对于分析并网机组的特性和稳定性具有较好的适用性;开发风电机组并网控制技术;研究风力发电机组并网控制技术的检测技术;开展风电技术的仿真研究和实验研究。 （3）技术的创新性与先进性 本项目自批准立项,课题组成员精诚团结、通力合作,做了大量的工作,加之本项目立项之前我们做的前期工作,使得该项目顺利完成了预期目标,针对风力发电机组并网稳定性以及最优功率跟踪展开研究,部分解决了下述问题。 1)建立了双馈异步电机模型,各种风况下的风速模型,桨距控制模型和空气动力学模型等一些风电并网仿真所必须的模型,为实际风电场的运行提供可靠地理论依据; 2)建立了风力机、永磁同步发电机和PWM变流器的数学模型,在MATLAB/Simulink仿真平台上搭建了各自的仿真模型; 3)通过对矢量控制和 SVPWM调制策略进行深入研究,提出了机侧和网侧PWM变流器的人工智能控制方案,得出了基于前馈解耦的双闭环控制算法,实现了使交流侧功率因数可调,直流侧电压稳定的控制目标; 4)通过对发电机功率和风力机转速之间的关系研究,采用查表方法,实现了最优功率的跟踪; 5)建立了双馈风力发电机组的系统模型,应用时域仿真法和Prony信号分析算法对双馈型风电机组并网后的系统暂态稳定性进行分析; 6)最终设计并搭建了对风力机控制模拟装置,通过调节电机的转速使永磁同步发电机运行在不同的状态,能够模拟风轮机转速跟随风速的变化。通过对试验平台变流器的控制能够稳定直流侧电压、逆变器输出电流波形近似正弦波,并能控制变流器工作在单位功率因数,试验平台能完整的模拟风力发电的过程,验证了试验平台设计的正确性。 （4）技术的成熟度,适用范围和安全性 本项目通过对大型风力发电机组并网控制关键技术的研究,取得了一定的研究成果,可将该理论成果应用于甘肃省河西地区大型风电场的风力发电机组并网控制上,定能取得良好的经济效益。通过理论研究与实验室模型试验研究相结合,为大型风力发电机组并网控制新方法奠定了理论基础,也为此类新方法的推广提供了理论依据,具有广阔的应用前景。本课题组成员参与了该项目的实施以及研究工作,并取得了一定的研究成果。 （5）应用情况及存在的问题 虽然通过本项目的研究,对于大型风力发电机组并网控制关键技术的进行了详细研究,但还有一些问题需要进一步深入研究,首先是如何提高研究中涉及的各种模型的精度,找到或提出简化的控制算法以降低运算量,使新技术推广成本在合理的范围内;其次本项目设计了直驱式风力发电试验平台,实现了风力发电系统的基本功能,但试验平台系统中的参数并未进行优化,在后续工作中,可以优化系统参数,以期取得更好的效果。