风电场大容量风电机组永磁直驱发电机稳态运行参数动态优化.pdf
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1、水 力 发 电第 卷第 期 年 月 .风电场大容量风电机组永磁直驱发电机稳态运行参数动态优化程云强 边晋发 陈晓星 高永军 曹 锋 马俊仁(山西大唐岚县清洁能源有限公司 山西 太原)摘 要:针对目前的风力发电机关键参数优化方法优化效果不佳的问题 提出了一种风电场大容量风电机组永磁直驱发电机()稳态运行参数动态优化方法 抓取 关键动态参数 利用 控制使电磁转矩波动在整个控制周期达到理想值 引入目标函数 对影响电压波动的动态电压带宽参数自适应调节 实现电压平稳输出 采用人工蚁群算法将经过的节点在记忆中储存 通过释放外激素实现信息传递 扩大解空间搜索范围 利用正反馈原理在最优路径上快速收敛 实现了
2、稳态运行参数的全局动态优化 通过实验验证可知 提出的 稳态运行参数动态优化策略 能够使电压的输出值始终保持在()优化后的转矩波形与标准转矩波形相比最大误差为 具有较强稳态运行可靠性关键词:风电场 大容量风电机组 稳态运行 参数动态优化 .中图分类号:文献标识码:文章编号:()收稿日期:作者简介:程云强()男 山西太原人 党委委员、总工程师 主要研究方向:长期从事于新能源安全生产管理工作.0引言风力发电是一种可持续的无污染能源 它不仅可以缓解全球能源危机 还可以实现低碳环保 在新能源的开发和应用以及能源结构的转变和转变中起着关键作用 是全球发展速度最快的一种重要能源方式 在我国陆上风电产业中 大
3、容量风电机组永磁直驱发电机已被广泛使用 由于永磁直驱发电机在并网过程中的动态随机性 使风电机组的电力输出不断变化 严重影响了发电机稳态运行 为了第 卷第 期程云强等:风电场大容量风电机组永磁直驱发电机稳态运行参数动态优化 .提高电能质量 提高发电效率 有效地保证风力发电机稳态运行已然成为研究的重点 文献设计一种灰色 控制器 通过计算风电机灰色预测值将基准值与参考值误差带入 控制器 采用调节脉冲信号实现风力发电机运行参数优化 然而该方法容易受到外部环境因素随机性的影响 无法对参数数据实时跟踪监测 导致输出电压幅值波动较大实际优化效果没有达到明显提升 文献提出非奇异端滑模控制优化方法 通过设计变结
4、构滑模面求取滑模控制率参数 针对发电机抖振扰动特性进行实时预估和数值补偿 使风电机组运行更具稳定性 然而这种方法存在较高的复杂性 收敛时间耗时较长 在实际应用中较少使用 为此 本文提出一种风电场大容量风电机组永磁直驱发电机稳态运行参数动态优化方法 提高关键参数收敛精度 从而达到风电机组最优运行状态1大容量风电机组永磁直驱发电机结构与动态参数抓取随着电力需求的增长和电力系统规模的扩大我国风力发电设备逐渐趋于大型化发展 市场对大容量风电机组永磁直驱发电机()的需求与日俱增 提高风电机组容量和发电效率等方面的市场需求将继续推动我国风电机组朝着大功率发电方向发展由于风电机组日渐大容量化 传统发电机中的
5、齿轮箱在工作过程中极易产生过载和磨损现象导致风电机组发生故障 影响系统的稳态运行 采用慢速永磁发电 免去齿轮箱等构件 通过发电机与风轮耦合直接驱动 使发电机组的运行和维护更加简化 提高了系统的稳态性能 风能永磁发电机机组结构 机组系统由风轮机、滤波器、断路器、换流器、电流控制器、永磁直驱发电控制系统等部件构成 机组结构如图 所示图 机组结构示意 风能永磁发电机关键参数抓取由于系统受到外部环境因素影响 导致电力输出波动性较大 为了保持系统的稳态运行 需要对关键参数进行抓取 并利用这些参数对风电机组运行状态进行实时跟踪分析构建 机组电压模型为 /()式中、分别为轴向电压、分别为轴向电流 为定子电阻
6、、分别为轴向磁链将式()进行离散化 得到动态参数抓取模型(/)()()式中 为定子转矩 为永磁电磁链、分别为轴向电感 关键参数的选择要综合考量直流外环的动态响应与稳态性能 影响其主要因素是电压环带宽频率值 因此本文分别对电磁转矩与电压环带宽进行控制分析 判断这两个因素对稳态耦合特性的影响2大容量 PMDDG 机组关键参数优化 基于 控制的风能永磁发电机转矩参数动态优化 控制器是一种传统的控制方式 它能通过对被控对象的误差特征进行比例、积分、微分等运算 从而获得控制参量 减小稳态偏差 使一个转矩控制周期内实际观测的电磁转矩达到理想值 控制架构如图 所示图 控制架构示意将实际转矩与基准转矩的之差输
7、入 控制器得到输出转矩 将输出转矩与转矩测量值的偏差数值输入控制系统 计算出满足消除转矩波动的基准电压 经逆变器调节驱动电机运行将电流量消除 简化后得出电磁链离散化公式()()()()()()()()()()()()()式中()、()分别表示当下时间轴向磁链()、()分别表示未来时间轴向磁链水 力 发 电 年 月 .()、()分别表示当下时间轴向电压()表示当下时间永磁体磁链 表示整个控制周期对转矩进行推算且使其离散化()()(/)()()()式中()为当下时间的电磁转矩()为未来时间的电磁转矩将式()化简得出 轴当下时间定子参考电压为()(/)()()()()()为使整个控制时间范围内转矩误
8、差得到满意控制效果 对未来时间磁链波动值进行推导()()()()得到 轴当下时间定子参考电压为()()()()基于 控制方法减少了参数计算数量 使整个控制过程更加便捷 直接求出坐标轴向参考电压 减小 在控制时间范围内的转矩偏差降低了 运行时的转矩波动 提高系统动态响应能力通过 控制可以有效实现 转矩参数动态优化 但关键参数中还包含电压带宽稳态参数因此需要引用目标函数进行进一步优化 电压带宽稳态参数优化控制函数电力系统中 用来体现优化目的性能指标被称作目标函数 为了使 稳定运行 以电压稳态输出为参数优化的目的 设立目标函数为电压幅值 影响电压幅值稳态的目标函数变量为电压带宽动态参数 传统的电压幅
9、值控制稳压策略 以在磁场定向控制为基础 引入电压值反馈 直流机侧电压额定数值与反馈数值的偏差值作为电压外环控制器的调节参数 输出为电流环的电机电流驱动信号 此外 将电压环解耦后等值为一阶惯性环节 与传统电压环中以电压命令和电压取样反馈信号的偏差数据作为控制器输入的方法相比 此处利用电压平方项的偏差数据作为调节参数 省去了控制环内的非线性环节 是电压环带宽参数整定的基础假设控制效率为 可得到发电系统额定电压控制的开环目标函数为()/()()式中 为 积 分 因 数 为 电 压 环 带 宽 为 运行时的平均功率可得到发电系统额定电压控制的闭环目标函数为/()(/)(/)/()式中 为比例因数 在电
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