变速风力发电机提供调频备用容量研究

，，，（，200030）：，。，，。（），；，；。，。：；；；；：TM712：A：1006－6047（2010）08－0075－06：2009－11－15；：2010－03－15：（07SG11）；（NCET-08-0356）ElectricPowerAutomationEquipmentVol．30No.8Aug.2010308201080，。，，，。，，、。，，。50.2Hz，40％／Hz；，、，，［1］。［2］、，，，。［3］，，，。［4］，，（）。，。，。1，（）（），。，。（VSWT），。，，VSWT，［4］。1［5］。，、、，；（），，。，，，，，；1Fig.1ControlschemeofwindfarmΔfPfOPnOn*βpitchPnOnrTinertia2HdΔf／dtTem1JSTmechPrefT*30，，，；2。：，，，1，［3-4］。Pref，，，，。。，，，（）。“”。，，PN，Pref［6-8］：Pref=τPN（1），τ。2。PMDP，（1），Pres。2，vN，；v1vN，τPNPN，；v1，。，，，v1~vN，，τ。22.1，，，。，；，，，，；、，，，，，。，，、、3。2.1.1（），，；，，，。，，。2.1.2（），，，，，VSWT；，，，。2.1.3（），VSWT，VSWT，，，VSWT（）。，；，，，。，，。2.2（），，［6］。2.2.1，，3。Popt，（）80％。3，80％2，212，2。、（）2，，（），（）。，，、，，，。，80％，。。PPmaxP0Pmin80%80%2Onmoptnmnmminn3Fig.3Generatorunloadingoperation1PoptPtPNτPNPMDPOv1vNvt2Fig.2PowerreserveofconstantpowerreferencePres，：8，，21，1，，。2，，，。。P0，±ΔP％×Popt，P0=（1-ΔP／100）Popt，Pmin=（1-2ΔP／100）Popt（2）ΔP10，。P0Pref=Pmin+Popt-Pminnmmin-nmopt（nmmin-nm）（3），Popt、nmopt，Pmin、nmmin2，Pref、nmP0，nmmin=kdelkoptkmin3姨×nmopt，kdel=1-2ΔP10000，kopt=12ρCPoptλ3optπR5，kmin=12ρCPminλ3minπR5。（3），。2.2.2，，，，，0.9PN。，（1.2p.u.）。，，4。2.3，90%；，，，（49.8Hz），；，，90%80%，（50.2Hz），80%，。，P－n，2。，。，，，，。、，，2，。，，。v，Pmax、PperPmax=12ρACPoptv3（4）Pper=12ρACPperv3（5），ρ，A。kper，kper=Pper／Pmax，：CPper=kperCPopt（6）（6）。CPper，λperCP-λ。λper2，，：Pref=kCPperλ3pern3，k=12ρAR3（7）5。，kper，（6），CPper，CP-λ，λper，（7），。3VSWT，［9］。，，，［10］。3.16（）。6（a），（MDP）、。6（b）MDP。6（c）、（0.9p.u.）。6（d），6（d），，Pe+0.9PNPIβref1+-βΔfOΔf+βref2β4Fig.4Frequencycontrolwithpitchcontroller5Fig.5UnloadingoperationaccordingtofrequencychangeΔfλperPrefnCPperλperCPper12ρAR3n3CPperλ3perλperCPperOCPoptPOf，0.1p.u.；0.9p.u.1.0p.u.，；0.9p.u.，0。6（e）6（a）、，6（f）。6（d），，，，0.1p.u.。6（d）（f），，，。3．2，VSWT，，。，VSWT。，（0），90%，，，，，。，，，。、、7。90%，，100s，，0.9p.u.（7（b））。，100s0.2p.u.0.4p.u.（7（c）），，。，VSWT，（1s），（）。，VSWT1.0~0.7p.u.，，，8。，12m／s。8，0.7p.u.，1p.u.0.7p.u.，0.450.480.45。，。，。。，。16128v／（m·s-1）50100150200t／s（a）1.00.60.2P／p.u.50100150200t／s（b）1.00.60.2P／p.u.50100150200t／s（c）0.100.050Pre／p.u.50100150200t／s（d）1.00.60.2P／p.u.50100150200t／s（e）0.100.050Pre／p.u.50100150200t／s（f）6Fig.6Simulationofoperationmode300.80.60.4P／p.u.100125175200t／s（a）0.660.630.60Pm／p.u.100125150200t／s（b）1501751074v／（m·s-1）050150200t／s（a）1.00.80.6n／p.u.050100200t／s（b）0.40.20P／p.u.50150200t／s（c）1001501007VSWTFig.7SimulationofVSWTprovidingfrequencysupportatlowwindspeed1.050.850.65n／p.u.100125175200t／s（c）1508VSWTFig.8SimulationofVSWTprovidingconstantpoweroutputatlowwindspeed0.480.470.45CP100125175200t／s（d）1500.463.3，，VSWT，，，。9，10°／s。0~100s，，0.3p.u.，8°，100s50Hz49.8Hz，，0.6p.u.。，，，VSWT。3.4。，，。10，12m／s。0~50s，2（2），CP，0.6p.u.，，，10。10（a），（b）CP，（c）。10（b），，，0.6p.u.0.65p.u.，155s。，；0.6p.u.0.63p.u.，。3.5、，，，，。，，。（0.7p.u.），，，。3．2，，。4，、，，，，。，，，；，，；，。，VSWT。1.51.31.1n／p.u.50100150200t／s（a）0.480.460.44CP50100150200t／s（b）0.80.70.5P／p.u.50100150200t／s（c）0.610VSWTFig.10SimulationofVSWTprovidingfrequencysupportatmiddlewindspeed181614v／（m·s-1）050150t／s（a）20100θ／（°）100150t／s（b）0.80P／p.u.50150t／s（c）1000.4100502002002009VSWTFig.9SimulationofVSWTprovidingfrequencysupportathighwindspeed，：8Variable-speedwindturbinesprovideprimaryreserveforfrequencycontrolXUEYingcheng，TAINengling，SONGKai，XIONGNing（ShanghaiJiaoTongUniversity，Shanghai200030，China）Abstract：Afrequencycontrolstrategyispresented，whichutilizesthefastresponsecapabilityofVSWTtoactivelyprovidetheprimaryreserve.Itunloadsthewindturbinetoensuretheprimaryreserveforalargerangeofwindspeed.Atlowwindspeed，thewindturbineoperatesasaflywheeltoutilizethekineticenergystoredintherotationalmassesforthetempactivepowersupport.Atmiddlewindspeed，thewindturbineoperatesaccordingtotheunloadingoptimalenergyconversioncurvetosetuptheactivepowerreserve.Athighwindspeed，thewindturbineoperateswithfullloadatthemodifiedrotorspeedsetpointorunderthepitchcontroltokeepanappropriateactivepowerreserve.Simulativeexperimentsindicateitseffectivenessinthepowerreservecontrolforfrequencycontrol.ThisworkissupportedbytheShanghai“Phosphor”ScienceFoundation，China（07SG11），andtheNewCenturyExcellentTalentsinUniversity（NCET-08-0356）.Keywords：windpowergeneration；VSWT；unloadingoperation；frequencyregulation；primaryreserve：［1］TSILIM，PATSIOUASC.Gridcoderequirementsforlargewindfarms［EB／OL］.［2009－11－15］.http：∥users.ntua.gr／stpapath／Paper_2.72.pdf.［2］SOLDERL.Reservemarginplanninginawind-hydro-thermalpowersystem［J］.IEEETransonPowerSystems，1993，8（2）：564-571.［3］WOBBENA.Methodforoperatingawindpowerstationandwindpowerstation：USA，Patent6891281［P］.2005-05-10.［4］MORRENTALJ.Windturbinesemulatinginertiaandsupportingprimaryfrequencycontrol［J］.IEEETransonPowerSystems，21（1）：433-434.［5］deALMEIDARG，LOPESJAP.Participationofdoublyfedinductionwindgeneratorsinsystemfrequencyregulation［J］.IEEETransonPowerSystems，2007，22（3）：944-950.［6］deALMEIDARG，CASTRONUOVOED，LOPESJAP.Opti-mumgenerationcontrolinwindparkswhencarryingoutsystemoperatorrequests［J］.IEEETransonPowerSystems，2006，21（2）：718-725.［7］EKANAYAKEJ，JENKINSN.Comparisonoftheresponseofdoublyfedandfixed-speedinductiongeneratorwindturbinestochangesinnetworkfrequency［J］.IEEETransonEnergyCon-version，2004，19（4）：800-802.［8］EKANAYAKEJ