【《风电频率调整控制研究概述》2200字】

II风电频率调整控制研究概述目录TOC\o"1-3"\h\u16479风电频率调整控制研究概述 191911.1风电机组参与电网频率调节的控制策略 1131511.1.1桨距角控制 111451.1.2转子转速控制 2188401.1.3下垂控制 4276861.2风电调频控制的研究方向 5大规模的风电并网给电力系统的稳定运行造成了巨大影响，为了减小这些影响，风电主动参与调频是必然选择。风电参与调频的常用方法是更新风电机组控制，使其具有与同步电机同样的频率响应特性。1.1风电机组参与电网频率调节的控制策略1.1.1桨距角控制风电机组的因风转动而发出的机械功率与风机的桨距角具有很强的相关性，而通过调整桨距角能够实现输出功率的控制[23]。因此，在风电机组稳定工作时，可以通过改变风机的桨距角，使风机工作在次功率状态，同时将桨距角的变化作为系统频率波动的响应，这种控制叫桨距角控制。图2-1风机桨距角控制图如图2-1所示，能够实现机组参与系统调频。当系统整体频率发生下降时，风机转速发生响应，控制风机桨距角减小，使得风电机组工作在MPPT状态，机械功率增加，为系统提供功率补充，达到调频的目的。然而，桨距角控制参与系统调频有着很大的弊端。风机桨距角的变换速度较为缓慢，而频率变化时间较短，使得此种方法的调频效果不明显；此种方法中风机没有工作在MPPT工况下，使得机组使用效率下降；同时需要频繁增加机械功率来提供功率支持，会造成风机机械部分损坏，寿命减短。因此，在实际工作中，一般不先采用这种控制方法，当风速超过额定风速时，可以通过改变桨距角参与系统调频。1.1.2转子转速控制转子转速控制使通过指令直接控制电机的转子转速，这样能够在保证风电机组安全稳定运行的情况下，还能够为系统提供足够的动能来参与系统调频。传统的风电机组调频的转子动能为（2-1）式中：EK—转子动能；J—转子的转动惯量；ωA—转速。在实际运行过程中，如果频率跌落时，增大机组的有功输出或者降低转子转速，相关的表达式为（2-2）式中：Ek—变化的动能；ωB—为调节后的转速。转子转速控制原理图如图2-3所示。图2-3风电机组转子转速控制示意图由图2-3分析可知，风机一开始工作在MPPT状态下即1处，当系统发生故障，调频装置开始启动，风电机组的机械功率运行曲线为1-4，电磁功率的运行曲线为1-2-3-4，最后工作在4处。在整个调频过程中，电磁功率始终大于机械功率，促使风机转速下降实现调频。为保证电能质量的稳定，则风电机组需要提供的输出功率为(2-3)但是这种方法有一个弊端，该控制策略完成后，工作在4处，长时间内机组的输出功率低于故障前的输出，对风电系统的频率稳定产生不利影响。文献[24]针对上述弊端提出了风电机组减载运行的策略，即机组在非最大功率跟踪点运行，如图2-4所示。图2-4风机减载运行示意图当机组桨距角固定时，不同的转子转速工况有时可以产生相同的有功功率。状态A为转子转速较高时的状态，风电机组的转速由于电能质量变化中的系统频率下降而迁移到状态E。曲线A-F-E为机械功率的变化情况，曲线A-B-C-D-E为电磁功率的变化情况。为保持电能质量稳定，风电机组在运行过程中机械功率小于电磁功率，其出力始终保持不变，通过释放转子动能保持系统频率运行在合理区间。而考虑到相对长时间的调频需要，风电机组在系统频率下降后可以回到最大风功率点。如图2-4所示，曲线A-F为机械功率的变化情况。曲线A-B-F则为其电磁功率的变化情况。风电机组为保证电能质量稳定，采用相关调频措施使其输出最高功率，为系统的稳定运行提供更多有功功率。1.1.3下垂控制在火电厂发电中，系统功率缺失引起频率下降，进而造成发电机组转速下降，这时机组中的调速器开始工作，增加发电机的出力补充缺失的有功功率。其中，有功功率因频率下降而增加的特性成为下垂特性。在风电场中，风速的不稳定，造成风力发电输出功率出现缺失，引起系统频率下降，这时可以构建有功功率与系统频率之间的下垂特性，以此使风电机组达到与同步发电机相同的调频目的。这种控制方法也被称为下垂控制，原理如图2-5所示。图2-5电机下垂特性曲线图在图2-5中，系统从a点的工作状态过渡到b点的工作状态，其中的频率改变量为Δƒab，功率的改变量为ΔPab。下垂控制时，风机一直工作在一个稳定的工作状态中，系统频率波动范围不应较大，所以该控制适合用于调节系统频率微小变动的情况。1.2风电调频控制的研究方向前文对风电调频措施的研究，只是单一方法的研究，而在实际应用过程中，通过单一控制方法，其调频效果将不会很明显，所以需要继续新的控制方法满足风电长的时间具有参与风电调频的良好性能目的。对于风电调频一方面，可以针对某种控制方法，采用智能算法对其进行优化分析，使其能在各种情况下达到理想的调频效果；另一方面，因为风电场是很多机组一起运行的，所以可以同时采用多种控制方法协调配合，合理的进行配置，使风电调频效果更好。当然，更重要的是对于新技术的开发，从根本上解决系统不稳定的问题，这将更好的促进风电的发展。电力系统中，存在着许多电力电子器件，而这些器件都是非线性元件，在对系统中的问题研究时难免会进行建模分析，因为非线性元件的存在导致模型很复杂，研究起来很困难。而近年来，智能算法的出现为我们对这类问题的解决提供了便利，我们可以通过编程，选取合适的智能算法，可以很快的对数据进行分析预测，或者对模型进行优化已达到最好的效果。对于风电研究的常用智能算法如表2-1所示。表2-1智能