【摘要】：風電系統(tǒng)中的電壓源型變流器儲能系統(tǒng)得到廣泛應用,文章分析以超級電容器為儲能元件,采用雙向DC/DC變流器控制的儲能系統(tǒng)對直驅(qū)式風機的影響,提出一種基于超級電容器儲能的直驅(qū)式風力發(fā)電機無功控制策略。通過儲能系統(tǒng)和風機變流器協(xié)調(diào)控制,維持直流電壓恒定,提高直驅(qū)式風電系統(tǒng)的無功輸出能力。最后基于3種無功控制方案的算例進行仿真,仿真結(jié)果驗證了文章控制策略的可行性和有效性。
【圖文】：

劍?），（6）可得：PESS=-1.5pψfisqωe-ugdigd=UESSiESS（10）式中：UESS，iESS為儲能系統(tǒng)等效電壓、電流。發(fā)電機側(cè)、電網(wǎng)側(cè)變流器及儲能系統(tǒng)電流關系表示為iESS=k1isq-k2igd（11）式中：k1，k2為電流比例系數(shù)。由式（9），（11）可知：儲能系統(tǒng)保持直流電壓恒定的同時也使得變流器兩側(cè)的電流保持平衡。當儲能系統(tǒng)響應速度較快時，即使電網(wǎng)側(cè)變流器有功電流為零，直流電壓仍能保持恒定。GSC電流及其有功無功分量隨系統(tǒng)無功需求變化曲線如圖2所示。圖中igd，igq分別為網(wǎng)側(cè)變流器d軸和q軸電圖2無功需求增大時GSC電流變化圖Fig.2CharacteristicsofGSCcurrentwhenreactivepowerchanges圖1直驅(qū)式風力發(fā)電機系統(tǒng)結(jié)構圖Fig.1Diagramofdirectdrivenwindturbine00.20.40.60.81.01.00.80.60.40.20電流/up無功功率/puigdigqigPMSGudcPsPgESSPESSGSCRSC

浚滬?e為發(fā)電機轉(zhuǎn)速；Rs為定子電阻；Ld，Lq分別為d軸和q軸電感；ψf為永磁磁鏈。在直驅(qū)永磁發(fā)電機中，永磁體磁鏈和定子極對數(shù)都是固定不變的，且對于徑向式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構有Ld=Lq，因此電磁轉(zhuǎn)矩不受isd的影響，發(fā)電機的電磁轉(zhuǎn)矩方程為Te=1.5pψfisq=-Ps/ωr（3）式中：Ps為發(fā)電機側(cè)有功功率；p為電極對數(shù)；ωr為轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)電角速度。發(fā)電機機械運動方程為Tm-Te=Jpdωedt（4）式中：J為轉(zhuǎn)動慣量。2理論分析直驅(qū)式風力發(fā)電機結(jié)構如圖1所示。不考慮儲能系統(tǒng)時，系統(tǒng)功率平衡方程為Pc=Cudcdudcdt=Ps-Pg（5）式中：Pc，Ps，Pg分別為流過直流鏈節(jié)電容、發(fā)電機側(cè)、電網(wǎng)側(cè)的有功功率。電網(wǎng)電壓定向矢量控制模式下，電網(wǎng)側(cè)變流器（GSC）注入電網(wǎng)功率為Pg=ugdigdQg=-ugdigq%（6）由式（6），（7）有：Pc=Cudcdudcdt=Ps-ugdigd=ΔP（7）式中：ΔP為發(fā)電機側(cè)和電網(wǎng)側(cè)功率差，當ΔP=0時，直流鏈節(jié)電壓即可保持恒定。當電網(wǎng)發(fā)生短路故障或無功支持能力不足時，電網(wǎng)側(cè)電壓ugd下降，而由于電網(wǎng)側(cè)電流igd受到變流器電流極限的限制，所以電網(wǎng)側(cè)功率Pg很校如果發(fā)電側(cè)有功功率很大，系統(tǒng)中的不平衡功率會惡化系統(tǒng)動態(tài)特性，導致直流電容電壓不穩(wěn)定。因此，必須采取有效控制措施，消除系統(tǒng)非正常運行狀態(tài)下的不平衡功率。加入儲能后，式（5）關系為Pc=Cudcdudcdt=Ps-PESS-Pg（8）式中：PESS為儲能系統(tǒng)吸收的有功功率。當儲能系統(tǒng)吸收功率和變流器功率差額相等時，直流電壓保持恒定，功率平衡可表示為PESS=Ps
【作者單位】： 武漢大學電氣工程學院;安徽省電力公司合肥供電公司;
【分類號】：TM315

【參考文獻】

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本文編號：2546094