关键字 |
| 风能,UPQC、电压波动、弱电网 |
介绍 |
| 风能发电设施的位置是由风能资源可用性,通常远离高压(高压)输电网格和主要消费中心[1]。 |
| 设施与媒介权力的评级,WF连接通过中压(MV)分布的头条新闻。这样的情况常见方案是发电与电网的传输功率容量的WF连接,也称为弱电网连接。这种类型的连接的主要特征是增加电压调节灵敏度变化负载[2]。系统的能力来调节电压的电气系统公共连接点(PCC)是一个关键因素的WF的成功操作 |
| 同时,众所周知,由于风力资源的随机性质,WF生成电力波动。这些波动对电力系统的稳定和powerquality产生负面影响。[3] |
| 此外,在利用风力资源,涡轮机使用鼠笼式感应发电机(SCIG)开始以来已经使用。SCIG的操作要求的无功功率,通常提供电源和/或由当地一代的电容器银行[4],[5]。如果发生在其机械速度变化,即由于风扰动,因此将WF活跃(反应)(要求)注入电网,导致WF终端电压,因为系统阻抗的变化。这种力量干扰传播进入电力系统,可以产生一种现象被称为“闪烁”,由照明水平的波动引起的电压变化。此外,正常运行WF受损是由于这样的干扰。尤其是“弱电网”的情况下,影响甚至更大。 |
| 为了减少电压波动,可能会导致“闪烁”,并改善WF终端电压调节,提出了解决方案。最常见的一个是toUpgrade电网,增加短路功率在PCC共同耦合点,从而减少功率波动和电压调节的影响问题[5]。 |
| 近年来,高功率电子设备的技术发展导致电子设备适合电力系统的实现,与快速响应comparedto频率。这些活跃的compensatorsallowgreat灵活性:a)控制功率流在传输系统使用灵活交流输电系统(事实)设备,和b)提高配电系统的电能质量采用定制电力系统(杯)设备[6][9]。这些积极的使用补偿器来提高集成风能的弱电网采用这项工作的方法。 |
| 在本文中,我们提出和分析补偿策略使用一个UPQC SCIG-based WF的情况下,连接到一个weakdistribution电网。这个系统istaken从真实的案例[7]。 |
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| 图一:研究情况下电力系统 |
| UPQC的控制调节WF终端电压,并减轻电压波动在公共连接点(PCC),造成的系统负载变化和脉动WF生成能力,分别。在WF终端进行电压调整使用UPQC系列变频器,通过电压注入“阶段”PCC电压。 |
| 另一方面,并联变换器用于过滤WF生成,防止电压波动,需要积极和无功功率处理能力。共享之间的有功功率转换器通过通用直流链管理。进行了模拟验证了该补偿方法的有效性。 |
系统描述和建模 |
答:系统描述 |
| 图1描述了电力系统在考虑在这个研究。WF是由36个风力涡轮机使用鼠笼式感应发电机,添加21.6兆瓦的电力。每个涡轮机连接固定无功补偿电容器银行(175千乏),并连接到电网通过630 kva 0.69/33 kv变压器。这个系统是来自[7],代表了一个真实的案例。 |
| 比例之间的短路功率和额定WF的力量,给我们一个想法的“连接的弱点”。因此考虑到短路的价值力量MV6 SSC是¢120 mv这一比率可以计算: |
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| 值r < 20视为“弱电网”连接[2]。 |
b .涡轮转子和相关干扰模型 |
| 的权力,可以从风力涡轮机是由以下表达式: |
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| 空气密度ρ,R扫掠面积的半径,风速v, CP的功率系数。认为涡轮机(600千瓦)的值R = 31.2米,= 1.225公斤/立方米和CP计算来自[8]。然后,一个完整的模型WF是通过涡轮聚合;这意味着整个WF可以modelledby只有一个等价的风力涡轮机,其权力是由每个涡轮机发电的arithmeticsum根据以下方程: |
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| 此外,风速v(1)可以改变其averagevalue由于风的扰动流。这样disturbancescan分为确定性和随机的。在风中firstsare由不对称引起的流“看到”以涡轮叶片由于“塔影”和/或由于对大气边界层,而后者是randomchanges称为“动荡”。为我们分析,风flowdisturbance由于支撑结构(塔)被认为是由正弦调制andmodelled叠加的meanvalue诉的频率调制是£3»Nrotor三叶的风力涡轮机,而其幅度取决于塔的几何。在我们的例子中,我们已经考虑平均风速12米/秒,15%的调幅。 |
| 边界层的影响相比可以忽略由塔的阴影效果在大多数情况下[3]。应该注意的是,虽然arithmeticsum ofperturbations发生只有当所有涡轮机操作同步阶段,这种情况下对电网的影响最大(最坏情况),自powerPulsation最大振幅。所以,涡轮聚合方法是有效的。 |
c异步发电机模型 |
| 为鼠笼式异步发电机模型在Matlab / Simulink SimPower使用系统库。它由一个四阶状态空间电气模型和二阶机械模型[5]。 |
d .动态补偿器模型 |
| 的动态补偿电压的变化是由注入电压串联和MV6 active-reactive力量(PCC)母线;这是通过usingan统一型补偿器UPQC [9]。在图2我们看到这个补偿器的基本轮廓;汇流和阻抗编号图1。 |
| 操作是基于三相电压的产生,使用电子转换器或电压源型(VSI-Voltage源逆变器)或电流源型(CSI-Current源逆变器)。VSI转换器是首选,因为较低的直流环节损失和更快的响应systemthan CSI [9]。UPQC的并联变换器在PCC负责注入电流,而系列转换器产生电压PCC - U1,见图3的相量图。这种补偿器的一个重要特性是VSI转换器的操作(系列和分流)共享相同的直流母线,使它们之间的有功功率交换。 |
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| 图二:UPQC的框图 |
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| 图三:UPQC的相量图 |
| 我们开发了UPQC的仿真模型的基础上,创意取自[10]。由于开关控制转换器已经超出了本文的范围,并考虑到高阶谐波产生的VSI转换器带宽之外的意义在仿真研究中,转换器建模用理想电压源控制。图4显示了采用模型UPQC的权力的一面。 |
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| 图四:功率级补偿器模型、交流 |
| UPQC的控制,将会实现在一个旋转坐标系dq0使用公园的转换(eq.3-4) |
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| Wherefi = a、b crepresents相电压或电流,和fi = d, q, 0代表dqo大小改变的空间。 |
| 这个转换允许一个旋转参考系的对齐PCC的正序电压空间矢量。为此,角同步PCC的引用基本正序电压空间矢量计算使用锁相环(PLL)系统。在这项工作中,一个“基于瞬时功率理论”锁相环实现[11]。 |
| 在稳态平衡条件下,电压和电流在这个同步referenceframe constantquantities向量。这个特性是有用的分析与解耦控制。 |
UPQC的控制策略 |
| 维持WFterminal UPQC串行转换器控制的电压在标称值(见U1汇流排视图),从而补偿了PCC电压变化。这样,来自电网电压扰动不能扩散到WF设施。作为一个副作用,这种控制作用可能增加低压骑——通过(LVRT)能力在发生电压跌落的WF终端[4],[9]。 |
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| 图五:串联补偿器控制器 |
| 图5显示了一个框图的系列转换器控制器。获得的注入电压减去PCC电压与参考电压,并且phase-aligned与PCC电压(见图3)。另一方面,UPQC的并联变换器用于筛选活跃和WF产生的无功功率脉动。因此,注入电网的WF从脉动补偿器集将是免费的,这是电压波动的起源,可以传播到系统中。这个任务是通过适当的电currentsinjection PCC。同时,直流母线电压的调节已被分配给这个转换器。 |
| 图7显示了一个框图的并联变换器控制器。这个控制器生成两个电压命令Ed shuC *和Eq shuC *基于功率波动ΔPΔQ,分别。这种偏差计算减去平均功率从PCC的瞬时功率测量。 |
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| 图六:并联补偿控制器 |
| 活动和无功功率的平均值得到低通滤波,和这种滤波器的带宽选择功率波动组件选择forcompensation,落入闪烁乐队所IEC61000 - 4-15标准。 |
| 反过来,Ed shuC *还包含theDC-bus电压回路的控制作用。这个控制回路不会互动与波动功率补偿,因为它比flicker-band componentsare低频率。权力PshuC和QshuC rotatingreference帧,计算如下: |
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| 考虑在并联变换器基于逆变器,我们需要生成足够的电压来获得当前在(6),这是通过使用VSI模型提出了[10],导致generatedpower和控制器电压之间的线性关系。由此产生的方程 |
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| P和Q控制回路组成比例控制器,直流母线回路,一个PI控制器。 |
| 总之,提出的策略可以“UPQC的“缓冲区”,平整的力量注入电力系统电网。图7展示了一个概念图的thismode操作。 |
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| Fig7。权力缓冲区的概念 |
| 必须说,缺乏外部DCsource UPQC的巴士,部队维持零- averagepower存储元件安装在公共汽车。这是通过一个合适的直流电压控制器的设计。 |
| 同时,需要注意的是,提出的策略不能实现使用其他杯子D - Statcomor DVR等设备。缓冲区的概念可能implementedusing DStatcom,但不是使用DVR。另一方面,在相对较大的扰动电压调节不能轻松地应对从DStatcom只使用无功功率;在这情况下,DVR设备是更合适的。 |
仿真结果和讨论 |
| 电力系统方案图1所示的模型,包括控制策略的控制器detailedin III部分,使用Matlab / Simulinksoftware实现。数值模拟进行determineand然后补偿电压波动由于风powervariation,由于suddenload连接和电压调整问题。 |
答:电压波动补偿 |
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| Fig.8与风干扰电力系统的仿真模型 |
| 仿真结果为0 < t < 4 Fig.9所示。(a, b, c)。在t = 0.5′′开始周期性脉动以塔阴影效果。正如所提到的,towershadow产生转矩的变化,因此在activeand活性WF生成的权力。名义speedcondition风的力量波动频率f = 3.4赫兹,和由此产生的电压变化的振幅在PCC,表示为一个百分比是: |
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| 这个电压波动在中间曲线Fig.8 for0.5 < t < 3。 |
| 波动值高于最大allowedby IEC61000-4-15标准[12]。这意味着即使在正常操作,WF SystemPower质量产生负面影响。 |
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| 在t = 3.0′′活跃和无功功率脉动衰减,因为P和Q控制器来采取行动。 |
| PCC减少电压波动的振幅从原始值的1.6%(无偿)这个newvalue: |
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| 这个值符合IEC标准[12],由于减少了指定允许的最大限度,0.5%在3.4赫兹。 |
| 在Fig.8曲线越低,WF终端电压的行为显示;系列转换器操作维护WF terminalvoltage不变,不管PCC电压的行为。有功功率和电压的脉动,UPQCDC-side Fig.10所示(a, b)。 |
| 可以观察到上面的曲线,操作系列converterrequires微不足道的力量,而并联converterdemands高瞬时功率从capacitorwhen补偿有功功率波动。补偿ofreactive权力没有影响直流侧功率[13]。 |
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| 图10 (a)电力电容器的直流环节(b)在直流环节电压的电容器 |
| 直流母线电压水平限制规定,VSI的操作特征。fluctuatingactive权力是由电容器,其价值需要beselected这样“脉动”的直流电压保持withina狭窄的范围。在我们的例子中,我们已经考虑电容大小C = 0.42 F。这个高值可以很容易地通过使用基于emergingtechnologies电容器,如双层电容器,也称为超级电容。 |
b .电压调整 |
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| Fig.11。电力系统与负载突然变化的仿真模型 |
| 仿真结果为0 < t < 8 Fig.12所示。(a, b, c, d), UPQC也是operatedto保持WF终端电压不变,rejectingPCC电压变化,由于事件像突然连接或断开负载,电力系统故障,等。执行suddenconnection负载在t = 5′′,通过关闭L3switch Fig.11 (SW)。这个负载额定PL3 = 9.2 mw andQL3 = 9.25兆瓦。这种负载断开连接在t = 7′′.Fig。11shows the PCC and WF terminal voltages, and seriesinjected voltage at “a” phase. In this figure is clearly seen asudden change in PCC voltage, while WF terminal voltageremains almost constant due to series converter action. |
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| 上Fig.12曲线(a, b)分流和seriesconverter有功功率的行为。平均功率注入(吸收)系列转换器isabsorbed(注射)并联变换器,由于直流voltageregulation循环操作(图7)。所以一步系列converteractive权力butopposite迹象表明并联converterpower相同。Fig.12 (c, d)也显示了直流母线电压,并clearlyseen直流控制行动。直流平均值保持参考电平,whileripple并不拒绝。 |
结论 |
| 在本文中,一个新的补偿策略implementusing UPQC型补偿器存在connectSCIG建立风力发电场弱电网分布。powerquality Theproposed赔偿方案提高了系统,充分利用直流母线之间的能量储存和activepower共享UPQC转换器,功能不是presentin DVR和D-Statcom补偿器。仿真结果显示出良好的性能在权力的拒绝fluctuationdue“塔影效应”和监管voltagedue突然加载连接。所以,演示了该补偿方法的有效性的研究情况。在未来的工作中,性能比较betweendifferent补偿器类型。 |
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