[发明专利]一种基于模糊控制的永磁直驱风力发电系统参与电网频率调节方法

说明书

技术领域

本发明涉及风力发电技术，特别是涉及一种基于模糊控制的永磁直驱风力发电系统参与电网频率调节方法，属于电力控制技术领域。

背景技术

在永磁直驱风力发电系统中，风轮机转轴直接与多级低速无刷永磁同步发电机相连，省去了变速齿轮箱、电刷和滑环，因此机械故障率更低，发电机的运行稳定性和可靠性大幅度增强。同时，基于双PWM变换器的永磁同步发电系统能实现变速恒频发电运行和有功无功独立控制，发电效率高，结构较为简单，运行稳定性好。此外，模糊控制技术以其良好的抗干扰性能、鲁棒性以及无需被控对象的精确模型，已应用于风力发电系统。由于风能为不稳定能源，风速具有不可控性、不可准确预期性和随机波动等特性，使得风力发电系统输出有功功率随风速的变化而波动。随着风电容量在电网中所占比重的增加，大规模并网风电功率的波动将会对电网的频率特性产生显著影响，造成电网频率稳定性下降，频率波动增大和频率波动恢复时间增大等问题，这无疑会恶化电网的运行特性，增加电力系统运行与控制的难度。为改善风电接入电网的电能质量，希望风电机组能够在全工况下参与系统频率调节。目前，针对含风电的电力系统频率调节技术，国内外学者已开展了相关研究工作。如已公开的下列文献：

(1)李立成，叶林.变风速下永磁直驱风电机组频率—转速协调控制策略，电力系统自动化，2011，35(17)：26-31.

(2)Juan M M,Alejandro M,Antonio G.Frequency regulation contribution through variable speed wind energy conversion systems.IEEE Transaction on Power Systems,2008,24(1):173-181.

(3)孙春顺，王耀南，李欣然.飞轮辅助的风力发电系统功率和频率综合控制.中国电机工程学报，2008，28(29)：111-116.

文献(1)、文献(2)利用风力发电系统大转动惯量所储存的动能作为调频所需有功功率来源。但是由于风电机组转速限制，该方法不具备在全工况下提供调频能力；并且由于该方法导致转子频繁加减速，降低了风能利用率且增大了机组应力。

文献(3)将飞轮储能系统应用于风电机组以辅助风电机组频率调节控制，在很大程度上提高了风电系统的频率调节能力。但是由于风速的不确定性，该方法难以准确获取通过风速计算得到的频率调节指令信号，从而限制其在实际系统中的应用。

在工程实际运用中，考虑到频率波动产生的因素较多，且电网数学模型不确定。因此，迫切需要一种新的风电机组辅助频率控制方式，能够根据电网频率状态动态调整其输出的调频功率，以提高风电机组输出电能质量，对于增强电网消纳大规模风电的能力、改善风电系统并网运行特性以及有效利用风能资源具有重要的现实意义。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种基于模糊控制的永磁直驱风力发电系统参与电网频率调节方法。本方法整个系统频率波动可以得到有效抑制，且频率波动发生后的恢复时间得到加快，提高风电系统在全工况下的调频能力。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种基于模糊控制的永磁直驱风力发电系统参与电网频率调节方法，本方法涉及对电机侧变换器的控制、电网侧变换器的控制以及飞轮储能单元侧变换器的控制，各变换器的控制策略分别为：

A)电机侧变换器的控制策略为：

电机侧变换器采用矢量控制策略，其控制电压和直流链电压u_dc通过空间矢量调制产生电机侧变换器PWM驱动信号；

B)电网侧变换器的控制策略为：

电网侧变换器采用矢量控制策略，其控制电压和直流链电压u_dc通过空间矢量调制产生电网侧变换器PWM驱动信号；

C)飞轮储能单元侧变换器的控制策略按如下步骤进行：

C1)采集飞轮电机的三相定子电流i_fa、i_fb、i_fc；

C2)检测飞轮电机转子机械角度和机械转速ω_f，根据和ω_f计算得到飞轮电机转子电角速度p_fω_f及转子电角度θ_f，p_f为飞轮电机极对数；