CN108092578A - 一种风力发电系统供电控制方法 - Google Patents

一种风力发电系统供电控制方法 Download PDF

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Abstract

本申请涉及一种风力发电系统供电控制方法，所述风力发电系统包括风轮机，包括如下步骤：（1）检测风力发电系统供电端的第一电流Io和第一电压Vo；（2）检测风力发电系统的风轮机输出的第二电流Ii；（3）建立供电线路的等值模型，计算第一电压Vo和第一电流Io之间的第一相位相角以及供电端的第一频率；（4）计算所述第一相位与预设的相位差值以及第一频率与预设频率的频率差值，根据所述相位差值和频率差值调整风力发电系统风轮机的输出电压和相位相角。本申请通过快速调整风轮机风叶的运行情况，调整风轮机的输出电压和相位，使风轮机能够满足电网供电稳定的需求，提升风力发电系统的并网供电的电能质量。

Description

一种风力发电系统供电控制方法
技术领域
本申请属于新能源供电技术领域，特别涉及一种风力发电系统供电控制方法。
背景技术
现有技术中，风力供电存在大量谐波，很难稳定的给电网进行并网供电，造成风力发电机虽然利用风能发电，但是无法较好的输送出去，有些现有技术中，为了能够稳定的将风力发电系统产生的电能输送到电网中，需要先将风力发电系统产生的电能通过多次变换，形成稳定的直流电，存储在电池中，然后在电网或者负载需要时，将电能从电池中输送出去，这样会造成电能多次变换，能量容易损失，同时，需要使用大量的电池，造成供电成本增加。
现有技术中，风力发电系统由于其间歇性，无法较好的直接并网，在于其无法快速的跟踪相位，频率以及存在大量谐波，会造成对电网的污染，急需一种能够快速直接并网的风力系统，能够通过快速跟踪相位、频率等以直接控制风轮机，达到快速供电的方式。
发明内容
为解决上述技术问题：本申请提出一种风力发电系统供电控制方法，所述风力发电系统包括风轮机，包括如下步骤：
（1）检测风力发电系统供电端的第一电流Io和第一电压Vo；
（2）检测风力发电系统的风轮机输出的第二电流Ii；
（3）建立供电线路的等值模型，将步骤（1）和步骤（2）中检测的电流、电压输入到所述等值模型中，计算第一电压Vo和第一电流Io之间的第一相位相角以及供电端的第一频率；
（4）计算所述第一相位与预设的相位差值以及第一频率与预设频率的频率差值，根据所述相位差值和频率差值调整风力发电系统风轮机的输出电压和相位相角。
所述的风力发电系统供电控制方法，所述步骤（4）中根据所述相位差值和频率差值调整风力发电系统风轮机的输出的电压和相位相角具体包括：根据所述频率差值调整风轮机的风叶倾斜角度、接触风的面积、转速以控制风轮机输出的电流控制风轮机输出的频率；根据所述相位差值调整锁相模块；通过调整风轮机的运行以及输出电流电压时序控制所述输出电压和相位相角。
所述的风力发电系统供电控制方法，所述供电端连接电网，所述电网与所述风轮机之间通过线缆连接。
所述的风力发电系统供电控制方法，所述等值模型包括风轮机模型、发电机以及线缆模型。
所述的风力发电系统供电控制方法，所述第一相位相角通过如下方式计算：
其中，为和之间的相角差，为Io和Vo之间的相角差，为测量的电流相位角，R为风轮机到电网之间的电阻，X为风轮机到电网之间的电抗，风轮机到电网之间的阻抗满足：Z=R+jX，Vi为风轮机输出电压。
所述的风力发电系统供电控制方法，所述相位差值、频率差值分别为：
其中，为控制并网时设定的电流和电压之间的相位，当大于5度时，且当大于1时，则相应调整锁相环模块，风轮机的风叶倾斜角度、接触风的面积、转速；当小于5度时，且当大于1时，则调整风轮机的风叶倾斜角度、接触风的面积、转速；当大于5度时，且当小于1时，则相应调整锁相环模块。
所述的风力发电系统供电控制方法，所述风轮机输出电压Vi通过如下方式控制：
其中，ef为风轮机发电效率，为风轮机最大速度的比率，为风叶倾斜角度，为空气密度，S为风轮机叶片接触风的面积，为风速，为风轮机旋转速度，为风轮机叶片半径。
所述的风力发电系统供电控制方法，根据所述确定给定的风轮机转速，将风轮机当前转速与取差值后通过PI控制器求取电流偏差值，根据所述电流偏差值调整所述风轮机风叶倾斜角度，使风轮机的输出电压Vi跟踪电网需求电压，输出相位跟踪所述相位。
本申请能够准确控制风力发电系统按照电网需求进行频率及相位跟踪，通过快速调整风轮机风叶的运行情况，调整风轮机的输出电压和相位，使风轮机能够满足电网供电稳定的需求，提升风力发电系统的并网供电的电能质量。
附图说明
图1为本申请风力发电系统供电控制方法示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本申请作进一步详细描述，有必要在此指出的是，以下具体实施方式只用于对本申请进行进一步的说明，不能理解为对本申请保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述申请内容对本申请作出一些非本质的改进和调整。
如图1所示，本申请提出一种风力发电系统供电控制方法，所述风力发电系统包括风轮机，包括如下步骤：
（1）检测风力发电系统供电端的第一电流Io和第一电压Vo；
（2）检测风力发电系统的风轮机输出的第二电流Ii；
（3）建立供电线路的等值模型，将步骤（1）和步骤（2）中检测的电流、电压输入到所述等值模型中，计算第一电压Vo和第一电流Io之间的第一相位相角以及供电端的第一频率；
（4）计算所述第一相位与预设的相位差值以及第一频率与预设频率的频率差值，根据所述相位差值和频率差值调整风力发电系统风轮机的输出电压和相位相角。
所述的风力发电系统供电控制方法，所述步骤（4）中根据所述相位差值和频率差值调整风力发电系统风轮机的输出的电压和相位相角具体包括：根据所述频率差值调整风轮机的风叶倾斜角度、接触风的面积、转速以控制风轮机输出的电流控制风轮机输出的频率；根据所述相位差值调整锁相模块；通过调整风轮机的运行以及输出电流电压时序控制所述输出电压和相位相角。
所述的风力发电系统供电控制方法，所述供电端连接电网，所述电网与所述风轮机之间通过线缆连接。
所述的风力发电系统供电控制方法，所述等值模型包括风轮机模型、发电机以及线缆模型。
所述的风力发电系统供电控制方法，所述第一相位相角通过如下方式计算：
其中，为和之间的相角差，为Io和Vo之间的相角差，为测量的电流相位角，R为风轮机到电网之间的电阻，X为风轮机到电网之间的电抗，风轮机到电网之间的阻抗满足：Z=R+jX，Vi为风轮机输出电压。
所述的风力发电系统供电控制方法，所述相位差值、频率差值分别为：
其中，为控制并网时设定的电流和电压之间的相位，当大于5度时，且当大于1时，则相应调整锁相环模块，风轮机的风叶倾斜角度、接触风的面积、转速；当小于5度时，且当大于1时，则调整风轮机的风叶倾斜角度、接触风的面积、转速；当大于5度时，且当小于1时，则相应调整锁相环模块。
所述的风力发电系统供电控制方法，所述风轮机输出电压Vi通过如下方式控制：
其中，ef为风轮机发电效率，为风轮机最大速度的比率，为风叶倾斜角度，为空气密度，S为风轮机叶片接触风的面积，为风速，为风轮机旋转速度，为风轮机叶片半径。
所述的风力发电系统供电控制方法，根据所述确定给定的风轮机转速，将风轮机当前转速与取差值后通过PI控制器求取电流偏差值，根据所述电流偏差值调整所述风轮机风叶倾斜角度，使风轮机的输出电压Vi跟踪电网需求电压，输出相位跟踪所述相位。
本申请能够准确控制风力发电系统按照电网需求进行频率及相位跟踪，通过快速调整风轮机风叶的运行情况，调整风轮机的输出电压和相位，使风轮机能够满足电网供电稳定的需求，提升风力发电系统的并网供电的电能质量。

Claims (8)

1.一种风力发电系统供电控制方法，所述风力发电系统包括风轮机，其特征在于，包括如下步骤：
（1）检测风力发电系统供电端的第一电流Io和第一电压Vo；
（2）检测风力发电系统的风轮机输出的第二电流Ii；
（3）建立供电线路的等值模型，将步骤（1）和步骤（2）中检测的电流、电压输入到所述等值模型中，计算第一电压Vo和第一电流Io之间的第一相位相角以及供电端的第一频率；
（4）计算所述第一相位与预设的相位差值以及第一频率与预设频率的频率差值，根据所述相位差值和频率差值调整风力发电系统风轮机的输出电压和相位相角。
2.如权利要求1所述的风力发电系统供电控制方法，其特征在于：所述步骤（4）中根据所述相位差值和频率差值调整风力发电系统风轮机的输出的电压和相位相角具体包括：根据所述频率差值调整风轮机的风叶倾斜角度、接触风的面积、转速以控制风轮机输出的电流控制风轮机输出的频率；根据所述相位差值调整锁相模块；通过调整风轮机的运行以及输出电流电压时序控制所述输出电压和相位相角。
3.如权利要求2所述的风力发电系统供电控制方法，其特征在于：所述供电端连接电网，所述电网与所述风轮机之间通过线缆连接。
4.如权利要求3所述的风力发电系统供电控制方法，其特征在于：所述等值模型包括风轮机模型、发电机以及线缆模型。
5.如权利要求3所述的风力发电系统供电控制方法，其特征在于：所述第一相位相角通过如下方式计算：
其中， 为 和 之间的相角差， 为Io和Vo之间的相角差， 为测量的电流相位角，R为风轮机到电网之间的电阻，X为风轮机到电网之间的电抗，风轮机到电网之间的阻抗满足：Z=R+jX，Vi为风轮机输出电压。
6.如权利要求5所述的风力发电系统供电控制方法，其特征在于：所述相位差值、频率差值分别为：
其中， 为控制并网时设定的电流和电压之间的相位，当 大于5度时，且当 大于1时，则相应调整锁相环模块，风轮机的风叶倾斜角度、接触风的面积、转速；当小于5度时，且当大于1时，则调整风轮机的风叶倾斜角度、接触风的面积、转速；当大于5度时，且当小于1时，则相应调整锁相环模块。
7.如权利要求6所述的风力发电系统供电控制方法，其特征在于：所述风轮机输出电压Vi通过如下方式控制：
其中，ef为风轮机发电效率，为风轮机最大速度的比率，为风叶倾斜角度，为空气密度，S为风轮机叶片接触风的面积，为风速，为风轮机旋转速度，为风轮机叶片半径。
8.如权利要求7所述的风力发电系统供电控制方法，其特征在于：根据所述确定给定的风轮机转速，将风轮机当前转速与取差值后通过PI控制器求取电流偏差值，根据所述电流偏差值调整所述风轮机风叶倾斜角度，使风轮机的输出电压Vi跟踪电网需求电压，输出相位跟踪所述相位。
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