風(fēng)力發(fā)電機(jī)組及其控制系統(tǒng)(-資料下載頁(yè)

　　

【正文】 TkNJ? ?126 控制系統(tǒng)的雅克比矩陣 1212* * *3 4 r 4 r 5 6 P _ d s r r 4 q s q r q r 6* * * *4 4 3 s r r 5 6 P _ q 4 d s 4 d r d r 6* * *1 q r 1 q r 1 d r 1 d r 1 q s 1 d s 1 20 0 0 00 0 0 0( ) 0( ) ( ) 0()0000ssrrk i ik i ii i i ik? ? ?? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ????? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ??? ? ? ? ? ??JxI _ dI _ q0 0 0 00 0 0 0 0 0k?????????127 平衡點(diǎn)的雅克比矩陣 1 s 212* * *3 4 5 6 P_ d r q r 6* * * *4 3 5 6 P_ q 4 d r 6* * *1 q r 1 d r 1 2I _ dI _ q0 0 0 00 0 0 0( ) 0( ) ( ) 0()0 0 00 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0srsr s rkikiiikk? ? ?? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ????????? ? ? ? ???? ? ? ? ??? ? ???????J0128 模糊 PID控制器相當(dāng)于變參數(shù)的 PID控制器 P P 0 P 1 P 2 P 3I I 0 I 1 I 2 I 3D D 0 D 1 D 2 D 3k k E E c E E ck k E E c E E ck k E E c E E c? ? ?? ? ?? ? ?? ? ? ? ???? ? ? ? ???? ? ? ? ??模糊控制器的輸入、輸出關(guān)系可以表示為 0 1 2 3C C E E c E E c? ? ?? ? ? ? ?129 PID控制的異步化同步 發(fā)電機(jī)的穩(wěn)定性分析 ?一、發(fā)電機(jī)參數(shù)和特征根實(shí)部的關(guān)系 ?二、電流環(huán)電流給定和特征根實(shí)部的關(guān)系 ?三、 PI調(diào)節(jié)器參數(shù)對(duì)控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響 130 PI調(diào)節(jié)器參數(shù)對(duì)控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響 當(dāng) dq軸電流、調(diào)節(jié)器比例系數(shù)給定時(shí)，積分系數(shù)和各特征根的關(guān)系 131 特征根實(shí)部最大值和積分系數(shù)的關(guān)系 由圖可見(jiàn)，在一定的比例系數(shù)下，當(dāng)積分系數(shù)較大時(shí)，特征根實(shí)部最大值大于零，系統(tǒng)將失去穩(wěn)定，但并不是 Ki越小越好， Ki較小時(shí)系統(tǒng)收斂趨緩。 132 給定一組 Kp時(shí)，最大特征根和 Ki的關(guān)系 133 特征根實(shí)部最大值和 ki、 kp的關(guān)系 134 不同的 PI調(diào)節(jié)器參數(shù) ki、 kp特征根實(shí)部最大值關(guān)系的等高線圖 在給定的 kp下，當(dāng)積分項(xiàng)系數(shù) ki較大時(shí)，系統(tǒng)趨于不穩(wěn)定，甚至導(dǎo)致系統(tǒng)失去穩(wěn)定。并不是積分項(xiàng)系數(shù) ki越小系統(tǒng)的穩(wěn)定性就越好， ki較小時(shí)，系統(tǒng)雖然是穩(wěn)定的，但此時(shí)特征根實(shí)部最大值的絕對(duì)值較小，系統(tǒng)的收斂速度趨于緩慢。 從系統(tǒng)是否穩(wěn)定的角度而言，對(duì) kp的取值范圍較為寬松，但當(dāng) kp較大或較小時(shí)，特征根實(shí)部最大值的絕對(duì)值較小，系統(tǒng)的收斂速度趨于緩慢。 135 其它的研究工作 ? 雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì) ? 交流勵(lì)磁側(cè)諧波的分析與抑制 ? 定子磁鏈觀測(cè)和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的估計(jì) ? 將雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)的控制和電力系統(tǒng)其它機(jī)組的控制有機(jī)的結(jié)合 136 5 風(fēng)電并網(wǎng)的穩(wěn)定性與電網(wǎng)安全問(wèn)題 隨著風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的不斷進(jìn)步，單臺(tái)風(fēng)電機(jī)組容量越來(lái)越大。目前，世界上主流風(fēng)電機(jī)組額定容量一般為1~，單臺(tái)風(fēng)電機(jī)組的最大額定容量已經(jīng)可以達(dá)到SMW，因此風(fēng)電場(chǎng)也能夠比以往具有更大的裝機(jī)容量。隨著風(fēng)電裝機(jī)容量在各個(gè)國(guó)家電網(wǎng)中所占的比例越來(lái)越高，對(duì)電網(wǎng)的影響范圍從局部逐漸擴(kuò)大。目前，從全世界的范圍來(lái)看，風(fēng)電接入電網(wǎng)出現(xiàn)了與以往不同的特點(diǎn)，表現(xiàn)為 : 137 風(fēng)電并網(wǎng)的穩(wěn)定性與電網(wǎng)安全問(wèn)題 (1)單個(gè)風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)容量增大，目前，國(guó)內(nèi)已經(jīng)有多個(gè)規(guī)劃中容量高于 10萬(wàn) kＷ的風(fēng)電場(chǎng)，在未來(lái)數(shù)年中，甚至可能出現(xiàn) 100萬(wàn) kＷ的大型風(fēng)電基地 (2)風(fēng)電場(chǎng)接入電網(wǎng)的電壓等級(jí)更高，由以往接入配電網(wǎng)而發(fā)展為直接接入輸電網(wǎng)絡(luò)。 增加的風(fēng)電接入容量與接入更高的電壓等級(jí)使得電網(wǎng)受風(fēng)電的影響范圍更廣；另外，由于風(fēng)電機(jī)組往往采用不同于常規(guī)同步發(fā)電機(jī)的異步發(fā)電機(jī)技術(shù)，其靜態(tài)特性及電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)的暫態(tài)特性與傳統(tǒng)同步電機(jī)也有很大不同。 138 無(wú)論風(fēng)電場(chǎng)裝機(jī)容量大小、采用何種風(fēng)電機(jī)組技術(shù)，風(fēng)電接入電網(wǎng)都會(huì)對(duì)接入地區(qū)電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定性帶來(lái)不同程度的影響，而在風(fēng)電穿透功率較大的電網(wǎng)中，風(fēng)電接入除了會(huì)產(chǎn)生電壓穩(wěn)定問(wèn)題外，由于改變了電網(wǎng)原有的潮流分布、線路傳輸功率與整個(gè)系統(tǒng)的慣量，因此風(fēng)電接入后電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性、暫態(tài)穩(wěn)定性及頻率穩(wěn)定性都會(huì)發(fā)生變化。 139 另外，大量風(fēng)電的接入勢(shì)必替代電網(wǎng)中部分同步機(jī)，這部分同步機(jī)組的調(diào)頻調(diào)壓能力必須由其他同步機(jī)組或者是風(fēng)電機(jī)組來(lái)承擔(dān)，因此，國(guó)外越來(lái)越多的電網(wǎng)公司對(duì)于接入電網(wǎng)的大型風(fēng)電場(chǎng)也提出更高的要求 :例如有功功率控制能力、無(wú)功電壓調(diào)整能力及風(fēng)電機(jī)組的故障穿越能力。目前，歐洲各國(guó)及美國(guó)的風(fēng)電并網(wǎng)導(dǎo)則都有類似的要求。從這個(gè)觀點(diǎn)來(lái)看，對(duì)于以后越來(lái)越大型化的風(fēng)電場(chǎng)，己經(jīng)開(kāi)始具備了發(fā)電廠的特性 :而由于變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組技術(shù)的進(jìn)步及電力電子變頻器在風(fēng)力發(fā)電中的應(yīng)用，其電壓調(diào)整能力甚至是部分的調(diào)頻能力已經(jīng)逐步可以在風(fēng)電機(jī)組中實(shí)現(xiàn)。 140 風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定性研究（１） 對(duì)于常規(guī)的電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性研究而言，電壓失穩(wěn)或電壓崩潰的現(xiàn)象都是從受端系統(tǒng)的負(fù)荷點(diǎn)開(kāi)始的，由于負(fù)荷需求超出電力網(wǎng)絡(luò)傳輸功率的極限，系統(tǒng)已經(jīng)不能維持負(fù)荷的功率與負(fù)荷所需吸收的功率之間的平衡，系統(tǒng)喪失了平衡點(diǎn)，引起電壓失穩(wěn)現(xiàn)象的發(fā)生。而對(duì)于并網(wǎng)風(fēng)電場(chǎng)的地區(qū)電網(wǎng)而言，在風(fēng)電場(chǎng)處于高出力運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，本來(lái)是受端負(fù)荷的系統(tǒng)轉(zhuǎn)化稱為送端系統(tǒng)，但根據(jù)世界各國(guó)實(shí)際的風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，其電壓穩(wěn)定性降低的問(wèn)題仍然出現(xiàn)，這是由于風(fēng)電場(chǎng)的無(wú)功特性引起的 :風(fēng)電場(chǎng)的無(wú)功仍可以看做是一個(gè)正的無(wú)功負(fù)荷，由于電壓穩(wěn)定性與無(wú)功功率的強(qiáng)相關(guān)性，因此風(fēng)電場(chǎng)引起的電壓穩(wěn)定性降低或電壓崩潰現(xiàn)象在本質(zhì)上與常規(guī)電力系統(tǒng)電壓失穩(wěn)的機(jī)理是一致的。 141 風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定性研究（２） 國(guó)內(nèi)外有大量文獻(xiàn)對(duì)風(fēng)電并網(wǎng)的電壓穩(wěn)定性問(wèn)題進(jìn)行過(guò)研究。 采用基于普通異步發(fā)電機(jī)的恒速風(fēng)電機(jī)組接入對(duì)電網(wǎng)電壓穩(wěn)定的影響： 研究表明恒速風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行中發(fā)出有功功率的同時(shí)需吸收無(wú)功功率，整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的無(wú)功需求較大，導(dǎo)致接入風(fēng)電地區(qū)電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性降低 。并指出電壓穩(wěn)定問(wèn)題還與并網(wǎng)點(diǎn)的短路容量、送出線路的 R/X比、風(fēng)電場(chǎng)的無(wú)功補(bǔ)償措施有一定的關(guān)系。 142 （３） 基于雙饋感應(yīng)電機(jī)的變速風(fēng)電機(jī)組的交流勵(lì)磁控制技術(shù)及其對(duì)電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性的貢獻(xiàn)： 研究表明雙饋電機(jī)的有功、無(wú)功解禍控制使得變速風(fēng)電機(jī)組具有一定的無(wú)功調(diào)節(jié)能力，按照系統(tǒng)運(yùn)行方式的要求及所采用的不同控制策略，風(fēng)電機(jī)組可以吸收或發(fā)出無(wú)功功率進(jìn)行電壓控制。 143 風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定性研究（４） 進(jìn)一步研究： 分析風(fēng)速變化擾動(dòng)導(dǎo)致的電壓失穩(wěn)的機(jī)理，恒速風(fēng)電機(jī)組與變速風(fēng)電機(jī)組不同的無(wú)功特性分析風(fēng)電場(chǎng)影響電網(wǎng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定的機(jī)理。 144 由于基于普通異步發(fā)電機(jī)的恒速風(fēng)電機(jī)組的電壓穩(wěn)定問(wèn)題比較突出，且當(dāng)前恒速風(fēng)電機(jī)組仍然是絕大多數(shù)風(fēng)電場(chǎng)中的主流機(jī)型，因此對(duì)于如何改善基于恒速風(fēng)電機(jī)組風(fēng)電場(chǎng)的電壓穩(wěn)定性尤其是暫態(tài)電壓穩(wěn)定性尤為值得關(guān)注和研究。 在電力系統(tǒng)中為了改善電網(wǎng)暫態(tài)電壓穩(wěn)定性， 可以應(yīng)用 SVC、 STATCOM等動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，這些動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備同樣可以在風(fēng)電場(chǎng)中應(yīng)用，發(fā)揮其動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償?shù)淖饔弥坞妷骸? 145 （１） 在電網(wǎng)發(fā)生頻率大幅度降低事故時(shí)，系統(tǒng)的慣量對(duì)于頻率降低的變化率起到了決定作用：慣量越低，系統(tǒng)頻率降低的越快。在電力系統(tǒng)中，對(duì)于嚴(yán)重的頻率事故，系統(tǒng)慣量的降低對(duì)于電力系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定是極為不利的。 基于異步發(fā)電機(jī)的恒速風(fēng)電機(jī)組與基于雙饋感應(yīng)電機(jī)的變速風(fēng)電機(jī)組在電網(wǎng)頻率故障下的頻率響應(yīng)特性是不一樣的。研究表明： 146 風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)頻率穩(wěn)定影響究（２） 對(duì)于基于普通異步機(jī)的恒速風(fēng)電機(jī)組，由于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與系統(tǒng)頻率的耦合作用較強(qiáng)，當(dāng)電力系統(tǒng)的頻率降低時(shí)，恒速風(fēng)電機(jī)組轉(zhuǎn)速相應(yīng)降低釋放出其部分的轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能，能夠提供慣量響應(yīng) 。 而目前的變速風(fēng)電機(jī)組由于其轉(zhuǎn)速與電網(wǎng)頻率的完全解耦控制，致使在電網(wǎng)頻率發(fā)生改變時(shí)無(wú)法對(duì)電網(wǎng)提供頻率響應(yīng)，因此在電網(wǎng)頻率改變時(shí)，基于雙饋電機(jī)的變速風(fēng)電機(jī)組固有的慣量對(duì)電網(wǎng)則表現(xiàn)成為一個(gè)“隱含慣量”，無(wú)法幫助電網(wǎng)降低頻率變化的速率。 147 （ 3） 有研究表明，對(duì)于雙饋電機(jī)，可以設(shè)計(jì)一附加頻率控制環(huán)節(jié)，通過(guò)該控制環(huán)節(jié)，在系統(tǒng)損失部分發(fā)電電源后關(guān)鍵的初始幾秒鐘時(shí)間內(nèi)控制雙饋風(fēng)電機(jī)組使其釋放出風(fēng)機(jī)葉輪、轉(zhuǎn)子軸系中儲(chǔ)存的動(dòng)能以增加風(fēng)電機(jī)組發(fā)出的功率，降低電網(wǎng)頻率變化率。 引入附加頻率控制環(huán)節(jié)的變速風(fēng)電機(jī)組僅能夠在很短的一段時(shí)間內(nèi) (約 1~2s)對(duì)電網(wǎng)頻率進(jìn)行支持，降低頻率變化率，而不能從根本上對(duì)提高電網(wǎng)頻率的穩(wěn)態(tài)值起作用。 148 （４） 整個(gè)電網(wǎng)中出現(xiàn)功率缺額后，若要使電網(wǎng)頻率恢復(fù)到額定運(yùn)行頻率值，還需要部分傳統(tǒng)同步機(jī)組參與電網(wǎng)的二次調(diào)頻、發(fā)出更多的有功功率補(bǔ)償整個(gè)系統(tǒng)的功率缺額，只有所有機(jī)組多發(fā)出的有功功率能夠完全補(bǔ)償系統(tǒng)的功率缺額，電網(wǎng)的頻率才會(huì)恢復(fù)到初始的額定值。 149 風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)暫態(tài)電壓穩(wěn)定性研究的問(wèn)題 (1)大規(guī)模風(fēng)力發(fā)電接入電網(wǎng)后對(duì)原有電網(wǎng)暫態(tài)功角穩(wěn)定影響的機(jī)理、風(fēng)電接入后整個(gè)電網(wǎng)阻尼變化情況、對(duì)包含風(fēng)電的大規(guī)模電力系統(tǒng)低頻振蕩機(jī)理的研究都是后續(xù)需要重點(diǎn)研究的內(nèi)容。 (2)基于全功率變頻器驅(qū)動(dòng)的永磁多極同步發(fā)電機(jī)的變速風(fēng)電機(jī)組也是目前風(fēng)電機(jī)組的另外一個(gè)主要發(fā)展方向，其建模問(wèn)題及對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定性影響的研究也是當(dāng)前需進(jìn)行研究的工作之一。 150 風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)暫態(tài)電壓穩(wěn)定性研究的問(wèn)題 (3)國(guó)際上另一個(gè)風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)研究的熱點(diǎn)問(wèn)題是對(duì)基于 VSCHVDC輕型直流輸電的風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)方式的研究，由于 VSCHVDC同樣具有有功、無(wú)功解耦控制的能力，而且通過(guò)交直交變頻系統(tǒng)有效的隔離了風(fēng)電場(chǎng)交流系統(tǒng)與主網(wǎng)交流系統(tǒng)，因此其對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定性的影響也需深入研究。 151 Thank you all 謝 謝 ！