一種減少風(fēng)電波動的控制系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種風(fēng)電控制系統(tǒng)及方法，尤其設(shè)及一種減少風(fēng)電波動的控制系統(tǒng)及 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 為了解決化石類資源的短缺W及燃煤等帶來的環(huán)境污染問題，大力發(fā)展清潔環(huán)保 的風(fēng)電等可再生能源是我國乃至世界其他國家的必然選擇。
[0003] 為實現(xiàn)低碳、環(huán)保、綠色W及可持續(xù)發(fā)展的能源戰(zhàn)略，我國近幾年大力發(fā)展可再生 能源，針對可再生能源出臺了 一系列的標(biāo)準(zhǔn)和政策，使得可再生能源得到了長足發(fā)展，尤其 在風(fēng)電能源的開發(fā)與利用方面，至2014年底，風(fēng)電并網(wǎng)裝機容量已達到9637萬千瓦，占全 部發(fā)電裝機容量的7%，占全球風(fēng)電裝機容量的27%。然而我國風(fēng)能資源與經(jīng)濟發(fā)展呈逆 向分布，我國規(guī)劃的8個千萬千瓦級風(fēng)電基地，大都在經(jīng)濟落后的西北、東北地區(qū)，如新疆、 甘肅、內(nèi)蒙、吉林等，由于本地消納能力有限，風(fēng)電需要遠(yuǎn)距離外送，大容量集中接入、遠(yuǎn)距 離輸送，是我國風(fēng)電能源的特點。
[0004] 但是，由于風(fēng)電的隨機波動性，大容量集中接入、遠(yuǎn)距離輸送風(fēng)電并網(wǎng)會對電網(wǎng)運 行產(chǎn)生較大影響，且運種影響具有不同于常規(guī)電源的特殊性。隨著風(fēng)電接入容量的增加與 接入電壓等級的提高使得電網(wǎng)受風(fēng)電的影響范圍更廣，影響程度更大。在酒泉、哈密等地區(qū) 己并網(wǎng)的風(fēng)電對電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的影響己經(jīng)凸顯，且隨著并網(wǎng)規(guī)模、容量的加大，運種影 響將進一步加劇。目前，為了確保電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行，造成大量棄風(fēng)現(xiàn)象，據(jù)統(tǒng)計，我國全 國風(fēng)電平均棄風(fēng)比例2013年為12%,2014年雖然有所降低，但仍然高達8%。
[0005] 為了解決棄風(fēng)問題，電網(wǎng)進行大量的投資，加強電網(wǎng)建設(shè)、增強網(wǎng)架能力、增加備 用容量，但一方面投資太大，另一方面建設(shè)周期長，對我國的風(fēng)電存在的問題不能馬上解 決。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于提供一種減少風(fēng)電波動的控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)能使得在不棄風(fēng)的 同時低成本實現(xiàn)輸出風(fēng)電功率平穩(wěn)。
[0007] 本發(fā)明的另一目的在于提供一種減少風(fēng)電波動的控制方法，該方法可基于上述系 統(tǒng)達到上述功能。
[0008] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種減少風(fēng)電波動的控制系統(tǒng)，其與風(fēng)力發(fā)電 機連接，所述控制系統(tǒng)包括：控制單元，電力海綿，直流電壓檢測裝置，交流電流檢測裝置和 交流電壓檢測裝置，其中：
[0009] 所述電力海綿串接于電網(wǎng)和電阻負(fù)荷之間，所述電力海綿的控制端與所述控制單 元的控制信號輸出端連接；
[0010] 所述直流電壓檢測裝置，其與電力海綿的直流母線連接，W檢測電力海綿的直流 電壓Ud。，所述直流電壓檢測裝置還與控制單元的直流信號輸入端連接；
[0011] 所述交流電流檢測裝置串接于所述電力海綿和電網(wǎng)之間，W檢測輸入電力海綿的 交流電流is，所述交流電流檢測裝置還與控制單元的交流電流信號輸入端連接；
[0012]所述交流電壓檢測裝置與電網(wǎng)連接，W檢測輸入電力海綿的交流電壓Ug,所述交 流電壓檢測裝置還與控制單元的交流電壓信號輸入端連接；
[0013] 所述控制單元還與風(fēng)力發(fā)電機連接，W接收傳輸自風(fēng)力發(fā)電機的風(fēng)電功率P";所 述控制單元包括第一比例積分控制器和第二比例積分控制器；所述控制單元根據(jù)下述模型 獲得電力海綿交流電壓控制量Uq和電力海綿直流電壓控制量Ud:
[0014] Uq= kPi* (Piref-Pi)+k。* / (Piref-Pi)化 [00 巧]Ud -kp2* 化Cref-U〇c)+k。* / (UDCref-Uoc)化
[0016]式中，kpi為第一比例積分控制器的比例系數(shù)；kIi為第一比例積分控制器的積分系 數(shù)；Plre康示所述電阻負(fù)荷的功率參考值，其為風(fēng)電功率PW。和風(fēng)力發(fā)電機注入電網(wǎng)的功率 PwfW的差，所述風(fēng)力發(fā)電機注入電網(wǎng)的功率Pwwf由控制單元將風(fēng)電功率P?經(jīng)一階慣性環(huán)節(jié) 得到；P康示所述電阻負(fù)荷的功率，巧蹲，其中Us是由接收自交流電壓檢 測裝置的交流電壓^得到的交流電壓幅值，L是由接收自交流電流檢測裝置的交流電流ig 得到的交流電流幅值，弊表示交流電壓與交流電流的功角；kp2為第二比例積分控制器的比 例系數(shù)，ki2為第二比例積分控制器的積分系數(shù)；UDef。,為設(shè)定的直流電壓給定值；
[0017] 所述控制單元將電力海綿交流電壓控制量Uq和電力海綿直流電壓控制量Ud進行 dq-油C派克反變換，得到與交流=相分別對應(yīng)的電力海綿脈寬調(diào)制信號Ug、Ub、u。，控制單元 通過控制單元的控制信號輸出端將與交流S相分別對應(yīng)的電力海綿脈寬調(diào)制信號Ug、Ub、u。 傳輸給電力海綿的控制端，W控制電力海綿加在所述電阻負(fù)荷上的電壓，使得風(fēng)力發(fā)電機 注入電網(wǎng)的功率為IVw。
[0018] 本發(fā)明所述的減少風(fēng)電波動的控制系統(tǒng)，用于平抑傳輸自風(fēng)力發(fā)電機的風(fēng)電功率 P?的波動，使得在不棄風(fēng)的同時低成本實現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機注入電網(wǎng)的功率為Pwwf,從而趨于 平穩(wěn)。具體來說，該系統(tǒng)通過電網(wǎng)和電阻負(fù)荷之間的電力海綿，W比例積分、dq/油C坐標(biāo)變 換為控制手段，控制所述電力海綿基于風(fēng)電功率P?和風(fēng)力發(fā)電機注入電網(wǎng)的功率Pwwf之 差的電阻負(fù)荷功率參考值Piuf輸出加在所述電阻負(fù)荷上的電壓Ui,使得風(fēng)電功率P,。增加 時，電壓Ui增加，電阻負(fù)荷功率P1隨之增大，從而控制電阻負(fù)荷功率P1抵消風(fēng)電功率Pw的 波動，使得風(fēng)力發(fā)電機注入電網(wǎng)的風(fēng)電功率為IVw。
[0019] 在本發(fā)明所述的減少風(fēng)電波動的控制系統(tǒng)中，所述將電力海綿交流電壓控制量Uq 和電力海綿直流電壓控制量Ud進行dq-油C派克反變換的變換公式如下：
[0020]
12 式中，0為相位角，其可由接收自交流電壓檢測裝置的交流電壓U郝接收自交流 電流檢測裝置的交流電流L得到。 2 此外，在本發(fā)明所述的減少風(fēng)電波動的控制系統(tǒng)中，所述風(fēng)力發(fā)電機注入電網(wǎng)的 功率IVw可由下述一階慣性環(huán)節(jié)公式得到：
[0023]
[0024] 式中，Tl為一階慣性參數(shù)，其取值范圍為0 <T1<10,S為拉普拉斯變換算子。
[0025] 進一步地，本發(fā)明所述的減少風(fēng)電波動的控制系統(tǒng)中，所述控制單元為數(shù)字信號 處理器。
[00%] 進一步地，本發(fā)明所述的減少風(fēng)電波動的控制系統(tǒng)中，所述直流電壓檢測裝置包 括直流電壓傳感器。
[0027] 進一步地，本發(fā)明所述的減少風(fēng)電波動的控制系統(tǒng)中，所述交流電壓檢測裝置包 括交流電壓互感器。
[0028] 進一步地，本發(fā)明所述的減少風(fēng)電波動的控制系統(tǒng)中，所述交流電流檢測裝置包 括交流電流傳感器。
[0029] 優(yōu)選地，本發(fā)明所述的減少風(fēng)電波動的控制系統(tǒng)中，所述第一比例積分控制器的 比例系數(shù)kpi的范圍取0 <kpi< 100,第一比例積分控制的積分系數(shù)kIi的范圍取0 <kIi <10。
[0030] 優(yōu)選地，本發(fā)明所述的減少風(fēng)電波動的控制系統(tǒng)中，所述第二比例積分控制器的 比例系數(shù)kp2的范圍取0 <kP2< 100,第二比例積分控制的積分系數(shù)k12的范圍取0 <k12 <10。
[0031] 進一步地，本發(fā)明所述的減少風(fēng)電波動的控制系統(tǒng)中，所述電力海綿包括與交流 =相分別對應(yīng)的=個半橋結(jié)構(gòu)，其中每一個半橋結(jié)構(gòu)均包括：第一IGBT(絕緣柵雙極型晶 體管）、第二IGBTW及直流電容，其中所述第一IGBT的發(fā)射極連接所述第二IGBT的集電 極，所述第一IGBT的集電極通過所述直流電容與所述第二IGBT的發(fā)射極連接，作為電力海 綿的控制端的所述第一IGBT和第二IGBT的控制端，其與對應(yīng)相電力海綿脈寬調(diào)制信號對 應(yīng)的控制單元的控制信號輸出端相連，其中所述第一IGBT和第二IGBT的控制端的信號相 反，第二IGBT的集電極和發(fā)射極串接在對應(yīng)相的電網(wǎng)與阻性負(fù)載之間，所述直流電容兩端 的電壓為電力海綿的直流電壓Udc。
[0032] 上述方案中，由于第一IGBT的控制端和