一种减少风电波动的控制系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种风电控制系统及方法，尤其设及一种减少风电波动的控制系统及 方法。
【背景技术】
[0002] 为了解决化石类资源的短缺W及燃煤等带来的环境污染问题，大力发展清洁环保 的风电等可再生能源是我国乃至世界其他国家的必然选择。
[0003] 为实现低碳、环保、绿色W及可持续发展的能源战略，我国近几年大力发展可再生 能源，针对可再生能源出台了 一系列的标准和政策，使得可再生能源得到了长足发展，尤其 在风电能源的开发与利用方面，至2014年底，风电并网装机容量已达到9637万千瓦，占全 部发电装机容量的7%，占全球风电装机容量的27%。然而我国风能资源与经济发展呈逆 向分布，我国规划的8个千万千瓦级风电基地，大都在经济落后的西北、东北地区，如新疆、 甘肃、内蒙、吉林等，由于本地消纳能力有限，风电需要远距离外送，大容量集中接入、远距 离输送，是我国风电能源的特点。
[0004] 但是，由于风电的随机波动性，大容量集中接入、远距离输送风电并网会对电网运 行产生较大影响，且运种影响具有不同于常规电源的特殊性。随着风电接入容量的增加与 接入电压等级的提高使得电网受风电的影响范围更广，影响程度更大。在酒泉、哈密等地区 己并网的风电对电网安全稳定运行的影响己经凸显，且随着并网规模、容量的加大，运种影 响将进一步加剧。目前，为了确保电网的安全稳定运行，造成大量弃风现象，据统计，我国全 国风电平均弃风比例2013年为12%,2014年虽然有所降低，但仍然高达8%。
[0005] 为了解决弃风问题，电网进行大量的投资，加强电网建设、增强网架能力、增加备 用容量，但一方面投资太大，另一方面建设周期长，对我国的风电存在的问题不能马上解 决。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于提供一种减少风电波动的控制系统，该系统能使得在不弃风的 同时低成本实现输出风电功率平稳。
[0007] 本发明的另一目的在于提供一种减少风电波动的控制方法，该方法可基于上述系 统达到上述功能。
[0008] 为了实现上述目的，本发明提出了一种减少风电波动的控制系统，其与风力发电 机连接，所述控制系统包括：控制单元，电力海绵，直流电压检测装置，交流电流检测装置和 交流电压检测装置，其中：
[0009] 所述电力海绵串接于电网和电阻负荷之间，所述电力海绵的控制端与所述控制单 元的控制信号输出端连接；
[0010] 所述直流电压检测装置，其与电力海绵的直流母线连接，W检测电力海绵的直流 电压Ud。，所述直流电压检测装置还与控制单元的直流信号输入端连接；
[0011] 所述交流电流检测装置串接于所述电力海绵和电网之间，W检测输入电力海绵的 交流电流is，所述交流电流检测装置还与控制单元的交流电流信号输入端连接；
[0012]所述交流电压检测装置与电网连接，W检测输入电力海绵的交流电压Ug,所述交 流电压检测装置还与控制单元的交流电压信号输入端连接；
[0013] 所述控制单元还与风力发电机连接，W接收传输自风力发电机的风电功率P";所 述控制单元包括第一比例积分控制器和第二比例积分控制器；所述控制单元根据下述模型 获得电力海绵交流电压控制量Uq和电力海绵直流电压控制量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为第一比例积分控制器的比例系数；kIi为第一比例积分控制器的积分系 数；Plre康示所述电阻负荷的功率参考值，其为风电功率PW。和风力发电机注入电网的功率 PwfW的差，所述风力发电机注入电网的功率Pwwf由控制单元将风电功率P?经一阶惯性环节 得到；P康示所述电阻负荷的功率，巧蹲，其中Us是由接收自交流电压检 测装置的交流电压^得到的交流电压幅值，L是由接收自交流电流检测装置的交流电流ig 得到的交流电流幅值，弊表示交流电压与交流电流的功角；kp2为第二比例积分控制器的比 例系数，ki2为第二比例积分控制器的积分系数；UDef。,为设定的直流电压给定值；
[0017] 所述控制单元将电力海绵交流电压控制量Uq和电力海绵直流电压控制量Ud进行 dq-油C派克反变换，得到与交流=相分别对应的电力海绵脉宽调制信号Ug、Ub、u。，控制单元 通过控制单元的控制信号输出端将与交流S相分别对应的电力海绵脉宽调制信号Ug、Ub、u。 传输给电力海绵的控制端，W控制电力海绵加在所述电阻负荷上的电压，使得风力发电机 注入电网的功率为IVw。
[0018] 本发明所述的减少风电波动的控制系统，用于平抑传输自风力发电机的风电功率 P?的波动，使得在不弃风的同时低成本实现风力发电机注入电网的功率为Pwwf,从而趋于 平稳。具体来说，该系统通过电网和电阻负荷之间的电力海绵，W比例积分、dq/油C坐标变 换为控制手段，控制所述电力海绵基于风电功率P?和风力发电机注入电网的功率Pwwf之 差的电阻负荷功率参考值Piuf输出加在所述电阻负荷上的电压Ui,使得风电功率P,。增加 时，电压Ui增加，电阻负荷功率P1随之增大，从而控制电阻负荷功率P1抵消风电功率Pw的 波动，使得风力发电机注入电网的风电功率为IVw。
[0019] 在本发明所述的减少风电波动的控制系统中，所述将电力海绵交流电压控制量Uq 和电力海绵直流电压控制量Ud进行dq-油C派克反变换的变换公式如下：
[0020]
12 式中，0为相位角，其可由接收自交流电压检测装置的交流电压U郝接收自交流 电流检测装置的交流电流L得到。 2 此外，在本发明所述的减少风电波动的控制系统中，所述风力发电机注入电网的 功率IVw可由下述一阶惯性环节公式得到：
[0023]
[0024] 式中，Tl为一阶惯性参数，其取值范围为0 <T1<10,S为拉普拉斯变换算子。
[0025] 进一步地，本发明所述的减少风电波动的控制系统中，所述控制单元为数字信号 处理器。
[00%] 进一步地，本发明所述的减少风电波动的控制系统中，所述直流电压检测装置包 括直流电压传感器。
[0027] 进一步地，本发明所述的减少风电波动的控制系统中，所述交流电压检测装置包 括交流电压互感器。
[0028] 进一步地，本发明所述的减少风电波动的控制系统中，所述交流电流检测装置包 括交流电流传感器。
[0029] 优选地，本发明所述的减少风电波动的控制系统中，所述第一比例积分控制器的 比例系数kpi的范围取0 <kpi< 100,第一比例积分控制的积分系数kIi的范围取0 <kIi <10。
[0030] 优选地，本发明所述的减少风电波动的控制系统中，所述第二比例积分控制器的 比例系数kp2的范围取0 <kP2< 100,第二比例积分控制的积分系数k12的范围取0 <k12 <10。
[0031] 进一步地，本发明所述的减少风电波动的控制系统中，所述电力海绵包括与交流 =相分别对应的=个半桥结构，其中每一个半桥结构均包括：第一IGBT(绝缘栅双极型晶 体管）、第二IGBTW及直流电容，其中所述第一IGBT的发射极连接所述第二IGBT的集电 极，所述第一IGBT的集电极通过所述直流电容与所述第二IGBT的发射极连接，作为电力海 绵的控制端的所述第一IGBT和第二IGBT的控制端，其与对应相电力海绵脉宽调制信号对 应的控制单元的控制信号输出端相连，其中所述第一IGBT和第二IGBT的控制端的信号相 反，第二IGBT的集电极和发射极串接在对应相的电网与阻性负载之间，所述直流电容两端 的电压为电力海绵的直流电压Udc。
[0032] 上述方案中，由于第一IGBT的控制端和