Matlab风电机组平滑功率控制的设计与实现(2)
1.2 风力发电功率控制技术研究现状 传统的MPPT 控制策略比较简单，输出的功率随风速波动变化也较大，不利于风电并网。在MPPT控制策略的基础上，也发展了一些其它的功率控制策略。 目前发展的功率控制策略主要分为四种。 第一种是通过储能元件来抑制输出功率波动。如文献[4]提出利用电力电子技术和储能元件使风电机组平滑的输出功率，然而所提的方法则需对风电机组进行硬件部分的改动，同时也提高了发电成本以及维护的难度。 第二种是通过变桨技术来控制输出功率波动。 本文中将其称为传统的限功率控制策略。文献[5]通过改变桨距角来抑制输出功率的波动，然而当风速变化较快时，由于风力机的风轮转动惯量较大，执行起来会有时间延迟，仅仅通过改变桨距角来控制风电机组平滑输出功率不会达到很好的效果。 文献[6,7]讨论的变速变桨风电机组（variable speed variable pitch wind turbine generator, VSVP WTG）限功率控制均以调节桨距角来降低风能利用系数，从而实现限功率控制的目标。 第三种是通过转速控制技术控制功率平滑输出。文献[8]通过控制发电机转子转速，以此来调节风能的捕获，能使输出功率较好的跟踪给定值，但是却容易使转子转速超过额定值。 第四种则是通过转速控制和变桨控制相结合来控制功率输出。文献[9]将变速变桨风电机组的全风速限功率控制（wind power curtailment control, WPCC）分为高风速区的桨距角控制、中间风速区的转速自由运行控制、低风速区的修正的线性斜率控制等3种模式。高风速的桨距角控制是在风速过高，转子转速已达到无法调节的时候采用改变桨距角的控制模式。中风速的转速自由运行控制，与其他控制略有不同， 通过转速控制使得转子转速在固定的范围内不断变换来调整输出频率为固定的参考值。文献[10]主要阐述了正常功率控制（ordinary power control， OPC）、传统限功率控制（traditional wind power curtailment control, T-WPCC） 和新型的限功率控制（novel wind power curtailment control, T-WPCC）三种功率控制方法。根据风速的 Weibull 分布曲线，风力机对应的功率输出大部分时间都处于较低水平[11]。T-WPCC 在中低风速下限功率控制是以优先桨距角控制来限制功率的转速是被动拉低，这种方法会频繁变动桨距；在高速风下，主要采用变桨距的方式来限功率。N-WPCC 是优先主动提升转速来降低风能的捕获， 当转速达到额定转速或改变转速起的作用很小的时候才开始采用桨距角控制。 文献[12]提出了一种基于约束因子的限功率控制策略，策略的主要实现是通过改变不同情况下约束因子的大小，给定风力机不同的功率参考值，通过转速控制和桨距角控制的相结合，使输出功率能够有效的达到设定值，如若在高风速与中低风速时给定相同的参考值，则会比较平滑的输出功率。
1.3 本文研究的主要内容 由于风速的不可预测性、随机性使得风电机组的输出功率产生波动,这种波动给风电并网带来了极大的影响,为了能够平滑的输出功率,已经产生了变速控制、变桨控制、储能控制等多种功率控制方法, 本文的主要研究内容是分别实现传统变桨控制的限功率和改进的优化变桨动作限功率控制,源Z自L吹冰W文~论`文]网[www.chuibin.com，在 Matlab/simulink 环境下建模仿真，并且对二者在相同限功率条件下的表现进行了比较。 第一章引言部分，阐述了风力发电的背景和现状，以及风力发电功率控制技术的研究现状。 第二部分风力发电系统模型，阐述风电机组的数学模型，包括空气动力学模型、传动链模型。 第三部分风力机限功率控制部分，阐述了正常功率控制策略，为限功率控制打下基础。分析了传统限功率控制策略与本文实现的优化变桨动作的限功率控制策略的具体内容，并且就两者的控制策略，设计相应的控制器 simulink 模型。 第四部分风力机限功率控制的建模与仿真部分，分别对传统与优化变桨动作的限功率控制系统进行了仿真，并且对二者的仿真结果进行了分析、对比。仿真的结果与理论分析的结果符合，验证了优化变桨动作的限功率控制策略的确可以减少变桨动作的幅度与频率，同时输出的功率也更加平滑。