并网型风力发电系统的数学模型与控制方法优化

相比其他可再生能源，风能的利用技术更加成熟、成本更低、对环境破坏更小，因而在近年得到迅速发展。并网发电是最为有效的风能利用方式之一，随着电机制造、电力电子以及自动控制技术的不断进步，并网型风电系统已得到广泛应用。然而，风能的不确定性以及电力电子装置的引入使得并网型风电系统面临两方面问题：一是在风能变化情况下，如何保证并网风电系统的输出电能质量；二是在电网故障情况下，如何保证含有电力电子装置的风电系统顺利穿越故障并向电网提供一定的无功功率支撑。本章主要讨论第一个问题，第二个问题将在本书第6章中进行讨论。为保证风电系统的输出电能质量，需对机组进行合理控制。目前，针对风电系统的多数控制方法都是基于系统模型而设计的，这是由于风电系统的机理模型较为明确，且参数获取并不困难。本章将对几种典型的并网型风电系统的数学模型和控制方法进行介绍。

并网型风力发电系统的数学模型和控制方法可从单机风电系统和风电场两个层面来讨论，两个层面所关注的重点不尽相同。单机风电系统层面更加关注风电机组自身的问题，如电力电子装置、变桨距和偏航系统的控制问题等，风电场层面则更加关注风电系统和电力系统的交互问题，如电能质量和系统的稳定性等。单机风电系统研究是风电场研究的基础，本章将首先介绍单机风电系统的数学模型和控制方法，基于此再讨论风电场的数学模型与控制方法。需要指出的是，数学模型的建立需要与所研究的具体问题相匹配。例如，在建立风电场模型时，应考虑所研究具体问题的需求：若需研究风电场及场内各台风电机组的功率控制问题，应采用详细的风电机组和风电场的功率控制模型；若需研究大规模风电接入对电力系统潮流分布的影响，则可采用风电场的静态功率模型；若需研究大规模风电接入对电力系统小信号稳定性的影响，则又需建立风电场的小信号模型。本书侧重于研究风电机组和风电场的低电压穿越方法，因此单机风电系统和风电场的数学模型，均采用其功率控制模型。(www.xing528.com)