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风电机组电网友好型控制技术要点及展望

日期:2020-06-02    来源:中国电机工程学报

国际风力发电网

2020
06/02
08:51
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关键词: 风电机组 风电技术 电网控制技术

项目背景

风电机组电网友好型控制是实现风电机组与电网灵活互动的重要途径。通过电压/电流的灵活给定与调节,这不仅可令风电机组以有利于电网平衡的方式运行,凸显风电机组的电网友好性特征,也是风电机组电网友好型控制的关键所在。因此,本文从功能维度、频率维度、时间维度三方面,论述风电机组电网友好型控制的典型特征。

控制结构

风电机组电网友好型控制是指在确保功率高效传输的前提下,以有利于电网平衡稳定方式运行的控制方式,主要包括惯量响应、调频功率支撑与无功电压控制、谐波电压补偿、相位同步、多频电流跟随、宽频振荡阻尼、暂态故障穿越等。

图1给出了风电机组电网友好型控制的基本架构,主要由刚性目标、柔性目标、并网控制三部分组成。刚性目标着眼于风电机组与电网间平均功率的平衡,而柔性目标则聚焦于风电机组与电网间有功、无功功率的动态平衡。并网控制承接风电机组的刚性与柔性目标,并经过变流器内部电压闭环和电流闭环处理后,输出可控制变流器PWM信号,从而实现对风电机组的有效控制。

图1  控制结构

典型特征  

风电机组PWM变流器的灵活性是实施电网友好型控制的基础,而并网控制则是确定控制目标的关键依据。根据运行目标的不同,风电机组电网友好型控制分为电压协同、电流调控两大类。   

图2 典型特征

在功能维度上,通过对风电机组电压协同和电流调控功能的集成与衔接,构建具有一机多职能力的风电机组,不仅可主动响应并网点电压动态,也可实现输出电流的高精度调控,体现了电网友好型控制从电压协同到电流调控的功能维度特征。

在频率维度上,通过对风电机组有功/无功功率的动态控制,使其具备对基频电压的惯量响应、调频功率支撑和无功电压控制以及谐波电压的电压协同支撑与治理能力,体现了电网友好型控制从基频到高频的频率维度特征。

在时间维度上,通过先进的相位同步和电流控制器的配置与应用,使其具备长时多频电流无差跟随、短时宽频振荡电流阻尼、瞬时暂态故障电流限制的电流灵活调控能力,体现了电网友好型控制从长时到短时再到瞬时的时间维度特征。

结论 

在功能维度,电网友好型风电机组不仅需要提供主动响应并网点电压动态的电压协同控制功能,还应提供面向多频目标电流的快速无差动态调控功能,以构建具有一机多职能力的多功能风电机组。

在频率维度,电网友好型风电机组不仅需要具备响应并网点电压基波动态的惯量响应与有功/无功支撑能力,还需具备并网点电压谐波畸变的主动灵活补偿能力,以提升风电机组对并网点电压的基波支撑与谐波治理能力。

在时间维度,电网友好型风电机组不仅需要具备对多频目标电流的稳态无差跟随能力,还需具备短时宽频振荡阻尼与瞬时暂态故障穿越的动态电流控制能力,以应对复杂时变电网状态对风电机组稳定控制的需求。


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