艾 超 張 亮 陳立娟 孔祥東

1.河北省重型機(jī)械流體動(dòng)力傳輸與控制實(shí)驗(yàn)室，秦皇島，0660042.燕山大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，秦皇島，066004

?

基于壓力反饋的液壓型風(fēng)機(jī)低電壓穿越控制方法

艾 超1,2張 亮2陳立娟2孔祥東1,2

1.河北省重型機(jī)械流體動(dòng)力傳輸與控制實(shí)驗(yàn)室，秦皇島，0660042.燕山大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，秦皇島，066004

結(jié)合液壓型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組低電壓穿越的控制要求，以實(shí)現(xiàn)低電壓穿越過程中的功率快速調(diào)整為控制目標(biāo)，提出了一種基于壓力控制的低電壓穿越控制方法，即在原有低電壓穿越控制環(huán)的基礎(chǔ)上加入壓力控制環(huán)。通過AMESim和MATLAB/Simulink軟件搭建仿真平臺(tái)進(jìn)行聯(lián)合仿真，并依托30 kV·A液壓型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組半物理仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。結(jié)果表明，所提出的控制方法既可實(shí)現(xiàn)功率的快速調(diào)整，也能有效地抑制并網(wǎng)轉(zhuǎn)速的瞬態(tài)沖擊。

風(fēng)力發(fā)電；液壓傳動(dòng)；低電壓穿越；壓力控制；沖擊抑制

0 引言

隨著風(fēng)電場(chǎng)規(guī)模與裝機(jī)功率的不斷擴(kuò)大[1-2]，風(fēng)力發(fā)電在電網(wǎng)中所占比重也逐步增加，為確保風(fēng)電機(jī)組接入后電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性與穩(wěn)定性[3]，低電壓穿越能力成為并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組必須具備的能力之一。

針對(duì)傳統(tǒng)機(jī)型低電壓穿越控制問題，國(guó)內(nèi)外學(xué)者展開了一系列研究。針對(duì)雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，文獻(xiàn)[4]提出了一種基于Crowbar并聯(lián)動(dòng)態(tài)電阻的雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組低電壓穿越方案，通過自適應(yīng)控制策略以及動(dòng)態(tài)阻值的整定方法實(shí)現(xiàn)低電壓穿越；文獻(xiàn)[5]提出了一種基于滑膜控制的低電壓穿越控制策略，通過仿真表明該控制方法與PI控制相比可有效提高系統(tǒng)的性能。針對(duì)直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，文獻(xiàn)[6]提出了一種對(duì)有功和無功進(jìn)行協(xié)調(diào)控制的低電壓穿越控制方法，并利用風(fēng)機(jī)的慣性儲(chǔ)能來進(jìn)行低電壓穿越;文獻(xiàn)[7]提出了一種利用儲(chǔ)能系統(tǒng)和制動(dòng)斬波器的低電壓穿越控制方法，利用儲(chǔ)能系統(tǒng)控制直流母線電壓并抑制輸出功率的波動(dòng)。

液壓型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組作為一種新型機(jī)組，其傳動(dòng)形式和結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)型機(jī)組都有很大的區(qū)別，故對(duì)液壓型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的低電壓穿越控制仍需要進(jìn)一步研究。

針對(duì)液壓型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組低電壓穿越控制研究，ChapDrive公司提出通過節(jié)流發(fā)熱的方法實(shí)現(xiàn)液壓型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組低電壓穿越控制的構(gòu)想，但未對(duì)其控制特性作具體研究分析[8]。文獻(xiàn)[9]提出了一種擺角直接控制的液壓型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組低電壓穿越控制方法，通過控制變量馬達(dá)擺角直接補(bǔ)償機(jī)組輸出功率，最終實(shí)現(xiàn)低電壓穿越；但當(dāng)電網(wǎng)電壓跌落深度較大時(shí)，該方法在控制過程中對(duì)機(jī)組產(chǎn)生的瞬態(tài)沖擊較大，易導(dǎo)致變量馬達(dá)轉(zhuǎn)速失穩(wěn)。

為解決上述技術(shù)問題，本文提出了一種基于壓力控制的低電壓穿越控制方法，通過控制液壓系統(tǒng)壓力間接控制其傳輸功率，有效地抑制了低電壓穿越過程的瞬態(tài)沖擊，最終實(shí)現(xiàn)低電壓穿越過程中有功功率的快速調(diào)整。

1 液壓型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組簡(jiǎn)介

1.1 工作原理簡(jiǎn)介

液壓型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組[10-12]采用定量泵-變量馬達(dá)閉式容積液壓調(diào)速系統(tǒng)，其工作原理如圖1所示。

圖1 液壓型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組基本原理圖Fig.1 The schematic diagram of hydraulic wind turbine

機(jī)組在并網(wǎng)前，通過控制變量馬達(dá)擺角將變量馬達(dá)轉(zhuǎn)速控制在并網(wǎng)轉(zhuǎn)速要求范圍內(nèi)，在并網(wǎng)之后，控制器在風(fēng)速波動(dòng)的情況下確保馬達(dá)轉(zhuǎn)速始終維持在(1500±6)r/min，即發(fā)電頻率在(50±0.2)Hz范圍之內(nèi)，實(shí)現(xiàn)變轉(zhuǎn)速輸入-恒轉(zhuǎn)速輸出控制。

1.2 機(jī)組低電壓穿越基本要求

低電壓穿越[13-14](low voltage ride through，LVRT)是風(fēng)電機(jī)組的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，具體來說，是指風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)電壓在電網(wǎng)故障或擾動(dòng)作用下發(fā)生跌落時(shí)機(jī)組仍保持并網(wǎng)運(yùn)行，同時(shí)為電網(wǎng)提供一定的無功功率支撐，支持電網(wǎng)電壓恢復(fù)至正常，最終“穿越”整個(gè)低電壓時(shí)間。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組低電壓穿越要求如圖2所示,

圖2 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組低電壓穿越要求Fig.2 The requirements of LVRT

圖中p.u.表示標(biāo)幺值。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[15]對(duì)低電壓穿越做出了如下規(guī)定：①風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)電壓跌至20%標(biāo)稱電壓時(shí)，風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)的風(fēng)電機(jī)組應(yīng)保證不脫網(wǎng)連續(xù)運(yùn)行625 ms；②風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)電壓在發(fā)生跌落后2 s內(nèi)能夠恢復(fù)到標(biāo)稱電壓的90%，風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)的風(fēng)電機(jī)組應(yīng)保證不脫網(wǎng)連續(xù)運(yùn)行。

低電壓穿越過程中，機(jī)組在宏觀上需保證電網(wǎng)故障后的功率平衡與穩(wěn)定。電壓跌落后，發(fā)電機(jī)輸出有功功率減小，此時(shí)變量馬達(dá)瞬態(tài)液壓傳輸功率基本不變，直接導(dǎo)致發(fā)電機(jī)電流過載；其次，發(fā)電機(jī)產(chǎn)生瞬態(tài)脈振電磁轉(zhuǎn)矩，若變量馬達(dá)輸出的液壓轉(zhuǎn)矩不能做出與之相應(yīng)的實(shí)時(shí)調(diào)整，則發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速出現(xiàn)嚴(yán)重波動(dòng)，易導(dǎo)致機(jī)組脫網(wǎng)事故。

為解決上述問題，從能量平衡角度，機(jī)組需要快速調(diào)整液壓傳輸功率，盡量減小發(fā)電機(jī)過載電流；在脈振電磁轉(zhuǎn)矩干擾下，從機(jī)組穩(wěn)定角度，需控制變量馬達(dá)(發(fā)電機(jī))轉(zhuǎn)速穩(wěn)定于工頻轉(zhuǎn)速，保持并網(wǎng)運(yùn)行；最后，在電壓恢復(fù)后，快速提升注入電網(wǎng)的有功功率。

2 數(shù)學(xué)模型分析

液壓型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主傳動(dòng)系統(tǒng)由定量泵-變量馬達(dá)閉式容積回路組成，具體模型如圖3所示。

圖3 數(shù)學(xué)模型原理圖Fig.3 The schematic diagram of mathematical model

圖3中，Tp為作用在液壓泵上的驅(qū)動(dòng)力矩，N·m；Jp為液壓泵和負(fù)載(折算到液壓泵軸上)的總慣量，kg·m2；Bp為泵側(cè)黏性阻尼系數(shù)，N·s/m；θp為定量泵轉(zhuǎn)角，rad；θm為變量馬達(dá)轉(zhuǎn)角，rad;Dp、Dm分別為定量泵和變量馬達(dá)排量，rad/s；ph為高壓管路壓力，Pa；pl為低壓管路壓力，Pa；Bm為變量馬達(dá)側(cè)黏性阻尼系數(shù)，N·s/m；Qm為變量馬達(dá)的吸收流量，m3/rad；V0為定量泵變量馬達(dá)之間高壓管路總?cè)莘e，m3；Jm為變量馬達(dá)和負(fù)載的總慣量，kg·m2；Tm為電磁轉(zhuǎn)矩，N/m；Qp為定量泵的輸出流量，m3/rad。

為實(shí)現(xiàn)液壓型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組低電壓穿越控制，保證發(fā)電機(jī)穩(wěn)定工作于同步轉(zhuǎn)速保持并網(wǎng)，需要對(duì)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的功率和壓力等參量進(jìn)行快速調(diào)整，故需建立液壓傳動(dòng)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型。

基于圖3所示的數(shù)學(xué)模型原理圖，得到變量馬達(dá)角速度數(shù)學(xué)模型[16]：

(1)

式中，ωm為變量馬達(dá)角速度，rad/s；ωm0為ωm的初始值；γ為變量馬達(dá)擺角與其最大擺角比值，γ0為變量馬達(dá)擺角基準(zhǔn)值；Km為變量馬達(dá)排量梯度，m3/rad；Ct為總泄漏系數(shù)，m3/(s·Pa)；ph0為ph初始值；βe為有效體積彈性模量，Pa。

系統(tǒng)壓力對(duì)變量馬達(dá)擺角的傳遞函數(shù)為

(2)

液壓系統(tǒng)傳輸功率

P=Kmωmγph

(3)

同步發(fā)電機(jī)的功率平衡方程式為

P=PM+PFe+Pm

(4)

PM=P2+PCu

(5)

式中，PM為電磁功率，W；PFe為鐵心損耗功率，W；Pm為機(jī)械損耗功率，W；P2為有功功率，W；PCu為銅損耗功率，W。

對(duì)于大中容量的同步發(fā)電機(jī)，機(jī)械損耗功率Pm、鐵心損耗功率PFe和銅損耗功率PCu較小，一般可以近似認(rèn)為P=P2，則變量馬達(dá)輸出的液壓系統(tǒng)傳輸功率即為機(jī)組輸出的有功功率。

由式(2)和式(3)可知，系統(tǒng)壓力既是變量馬達(dá)擺角的直接作用量，也是液壓系統(tǒng)傳輸功率(有功功率)的中間變量，故可通過直接控制系統(tǒng)壓力來實(shí)現(xiàn)低電壓穿越過程中有功功率快速調(diào)整的控制需求。

3 低電壓穿越控制研究

3.1 控制方法分析

結(jié)合上述液壓系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型和低電壓穿越控制要求，提出了一種基于壓力控制的液壓型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組低電壓穿越控制方法，其控制框圖見圖4。

觀察組患者術(shù)后引流管留置時(shí)間、鎮(zhèn)痛時(shí)間及下床時(shí)間均較對(duì)照組顯著縮短，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)。見表3。

圖4 低電壓穿越控制框圖Fig.4 The control block diagram of LVRT

基于壓力控制的低電壓穿越控制方法主要包括兩個(gè)控制環(huán)節(jié)，即馬達(dá)轉(zhuǎn)速控制環(huán)和系統(tǒng)壓力控制環(huán)。

馬達(dá)轉(zhuǎn)速控制環(huán)作為機(jī)組正常并網(wǎng)運(yùn)行基礎(chǔ)，也是機(jī)組進(jìn)行低電壓穿越過程中機(jī)組維持正常運(yùn)行的基本控制環(huán)節(jié)，該控制環(huán)節(jié)主要確保變量馬達(dá)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定于(1500±6)r/min范圍內(nèi)，使機(jī)組正常并網(wǎng)運(yùn)行。

系統(tǒng)壓力控制環(huán)是機(jī)組低電壓穿越過程中的主要控制環(huán)節(jié)，主要由系統(tǒng)壓力參考值的給定部分、系統(tǒng)壓力反饋部分、比較部分和控制部分組成。系統(tǒng)的壓力給定值是根據(jù)監(jiān)控電網(wǎng)電壓的狀態(tài)，通過功率調(diào)整系數(shù)和系統(tǒng)壓力參考值計(jì)算得出的；系統(tǒng)的壓力反饋、比較部分將低電壓穿越過程中系統(tǒng)的實(shí)際壓力值實(shí)時(shí)反饋給控制系統(tǒng)的比較環(huán)節(jié)，與之前計(jì)算得到的系統(tǒng)低電壓穿越過程中的壓力給定值進(jìn)行比較，得到的偏差值經(jīng)過控制器折算作用于變量馬達(dá)擺角，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓系統(tǒng)傳輸功率的快速調(diào)整。

當(dāng)電網(wǎng)電壓大幅跌落后，迅速降低液壓系統(tǒng)的高壓壓力，增大定量泵的轉(zhuǎn)速，將剩余功率傳遞到葉輪，使葉輪加速旋轉(zhuǎn)達(dá)到將剩余功率儲(chǔ)存于葉輪的目的，這樣便使液壓系統(tǒng)傳遞給發(fā)電機(jī)的功率減小，即減小了作用在轉(zhuǎn)子上的剩余功率。

3.2 控制律研究

當(dāng)電網(wǎng)電壓跌落時(shí)，系統(tǒng)產(chǎn)生一定的剩余能量ΔP，需通過投入系統(tǒng)壓力控制環(huán)，對(duì)液壓系統(tǒng)傳輸功率進(jìn)行快速調(diào)整。由數(shù)學(xué)模型分析可知，系統(tǒng)參考?jí)毫?/p>

(6)

式中，U為同步發(fā)電機(jī)輸出電壓，V；I為同步發(fā)電機(jī)輸出電流，A；cosφ為功率因數(shù)；γ1為變量馬達(dá)擺角補(bǔ)償值。

將系統(tǒng)參考?jí)毫εc其實(shí)際壓力進(jìn)行比較，壓力偏差折算為變量馬達(dá)擺角補(bǔ)償值，則有

(7)

由上述流量平衡方程可知，變量馬達(dá)擺角基準(zhǔn)值的數(shù)學(xué)模型為

(8)

式中,ωm為定量泵角速度。

以變量馬達(dá)穩(wěn)速輸出1500 r/min為基準(zhǔn)，將轉(zhuǎn)速偏差折算為變量馬達(dá)擺角實(shí)施補(bǔ)償控制，具體數(shù)學(xué)模型可表示為

(9)

綜上所述，機(jī)組在整個(gè)低電壓穿越過程中的具體控制思想如下：首先，通過馬達(dá)轉(zhuǎn)速控制環(huán)節(jié)抑制發(fā)電機(jī)在低電壓穿越過程中的轉(zhuǎn)速波動(dòng)，保證發(fā)電機(jī)始終穩(wěn)定在并網(wǎng)轉(zhuǎn)速，這是機(jī)組可以進(jìn)行低電壓穿越的基礎(chǔ)；其次，在低電壓穿越過程中，通過系統(tǒng)壓力控制環(huán)，控制系統(tǒng)壓力對(duì)液壓系統(tǒng)傳輸功率進(jìn)行調(diào)整，并在發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)輸出無功功率支撐電網(wǎng)恢復(fù)到額定電壓的90%時(shí)，按照10%額定功率每秒的速度，增加系統(tǒng)壓力，實(shí)現(xiàn)液壓系統(tǒng)輸出功率即發(fā)電機(jī)發(fā)電功率的快速回升，最終實(shí)現(xiàn)機(jī)組低電壓穿越控制。

4 仿真與實(shí)驗(yàn)研究

依托燕山大學(xué)30 kV·A液壓型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組半物理模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)主要由風(fēng)力機(jī)模擬系統(tǒng)、液壓主傳動(dòng)系統(tǒng)、并網(wǎng)控制系統(tǒng)和控制采集系統(tǒng)四部分組成。其中，風(fēng)力機(jī)模擬系統(tǒng)中的變頻器控制變頻電機(jī)模擬風(fēng)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)情況；液壓傳動(dòng)系統(tǒng)將輸入的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為液壓能并帶動(dòng)同步發(fā)電機(jī)發(fā)電；并網(wǎng)控制系統(tǒng)中的電網(wǎng)模擬器模擬電網(wǎng)電壓跌落情況，并網(wǎng)柜控制機(jī)組順利并網(wǎng)；控制采集系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)，并協(xié)調(diào)控制機(jī)組的各變量。采用AMESim和MATLAB/Simulink軟件搭建仿真平臺(tái)，對(duì)基于壓力反饋的低電壓穿越控制方法進(jìn)行仿真和實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和仿真平臺(tái)分別見圖5和圖6，仿真參數(shù)設(shè)定見表1。

圖5 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)Fig.5 Experiment platform

圖6 低電壓穿越控制仿真平臺(tái)Fig.6 The simulation platform of LVRT

1風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(kg·m2)4002定量泵排量(mL/r)633變量馬達(dá)最大排量(mL/r)404油液體積彈性模量(Pa)743×1065總泄漏系數(shù)(m3/(s·Pa))2.8×10-116三相額定功率(V·A)313007額定母線電壓(V)4008額定發(fā)電機(jī)電流(A)43.39額定勵(lì)磁電流(A)2.710額定頻率(Hz)5011發(fā)電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(kg·m2)0.45

4.1 低電壓穿越仿真分析

在1 s時(shí)刻，仿真模型模擬電網(wǎng)電壓三相對(duì)稱跌落，跌落深度為其額定值的80%、50%和20%，持續(xù)1s，仿真結(jié)果如圖7所示。

(a)馬達(dá)轉(zhuǎn)速 (b)系統(tǒng)壓力

(c)無功功率 (d)有功功率

(e)定子電壓有效值 (f)定子電流有效值1.電壓跌落20% 2.電壓跌落50% 3.電壓跌落80%圖7 低電壓穿越仿真結(jié)果Fig.7 Simulation results of LVRT

由圖7仿真曲線可知，隨著電壓跌落深度的加大，系統(tǒng)壓力和有功功率的跌落深度也增大，對(duì)應(yīng)的同步發(fā)電機(jī)定子電壓有效值降低，定子電流有效值增大。可見隨著電網(wǎng)電壓跌落程度的增大，對(duì)液壓系統(tǒng)壓力、馬達(dá)轉(zhuǎn)速的控制要求更加苛刻。

由圖7a仿真曲線可知，當(dāng)電網(wǎng)電壓跌落時(shí)，采用基于壓力控制的低電壓穿越控制方法，可以保證變量馬達(dá)(發(fā)電機(jī))轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在(1500±6)r/min范圍內(nèi)，確保發(fā)電機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行；由圖7b～圖7d仿真曲線可知，電壓跌落時(shí)控制系統(tǒng)壓力快速下調(diào)，使得有功功率(液壓傳輸功率)下降，同時(shí)勵(lì)磁系統(tǒng)控制發(fā)電機(jī)輸出無功功率支撐電網(wǎng)恢復(fù)，在故障切除電壓恢復(fù)后，有功功率隨著控制壓力的調(diào)整逐步回升，支撐電網(wǎng)恢復(fù)至故障前狀態(tài)；由圖7e和圖7f仿真曲線可知，電網(wǎng)電壓跌落時(shí)，直接導(dǎo)致勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)定子電壓跌落，同步發(fā)電機(jī)的定子電流上升，通過對(duì)液壓系統(tǒng)壓力的快速調(diào)整，使得發(fā)電機(jī)的定子電流有效值穩(wěn)定在2p.u.以內(nèi)，基本維持在發(fā)電機(jī)過載電流承受范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)組在低電壓穿越過程中對(duì)同步發(fā)電機(jī)的有效保護(hù)。

4.2 低電壓穿越實(shí)驗(yàn)分析

針對(duì)提出的控制方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，模擬低電壓穿越過程中液壓傳輸功率快速調(diào)整過程。模擬電壓跌落深度為50%的相應(yīng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖8所示。

(a)系統(tǒng)壓力 (b)馬達(dá)轉(zhuǎn)速

(c)液壓傳輸功率 (d)定量泵轉(zhuǎn)速

(e)電網(wǎng)電壓圖8 低電壓穿越實(shí)驗(yàn)結(jié)果Fig.8 Experiment results

由圖8實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，低電壓穿越過程中，通過直接控制系統(tǒng)壓力可以實(shí)現(xiàn)液壓傳輸功率即機(jī)組有功功率的快速調(diào)整，使液壓傳輸功率1 s左右降至50%左右；同時(shí)確保馬達(dá)轉(zhuǎn)速(發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速)波動(dòng)都在±6 r/min范圍內(nèi)，保證發(fā)電機(jī)不脫網(wǎng)運(yùn)行。

為進(jìn)一步驗(yàn)證基于壓力反饋的低電壓穿越方法的有效性，實(shí)驗(yàn)過程中設(shè)定電網(wǎng)電壓跌落80%,并與直接擺角控制的低電壓穿越控制方法[9]進(jìn)行比較，如圖9所示。

(a)馬達(dá)轉(zhuǎn)速

(b)機(jī)端電流圖9 實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比圖Fig.9 Comparison between two control methods

由圖9對(duì)比分析可知，當(dāng)電壓跌落深度較大(超過60%)時(shí)，本文所采用的控制律與采用直接擺角控制[9]相比，基于壓力的補(bǔ)償控制策略有效地抑制了電壓跌落過程中變量馬達(dá)(發(fā)電機(jī))的轉(zhuǎn)速波動(dòng)，降低了機(jī)端過載電流。

5 結(jié)論

(1)基于壓力控制的低電壓穿越控制方法有效抑制了電壓跌落過程中變量馬達(dá)的轉(zhuǎn)速波動(dòng)，使發(fā)電機(jī)穩(wěn)定于同步轉(zhuǎn)速、維持機(jī)組的并網(wǎng)運(yùn)行，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了在較短時(shí)間內(nèi)對(duì)機(jī)組瞬態(tài)有功功率的調(diào)整。

(2)得出基于壓力控制的低電壓穿越方法的動(dòng)態(tài)響應(yīng)參數(shù)，所提出的方法可以維持機(jī)組在低電壓穿越過程中并網(wǎng)運(yùn)行。

[1] 中國(guó)可再生能源學(xué)會(huì)風(fēng)能專業(yè)委員會(huì)(CWEA). 2015年中國(guó)風(fēng)電裝機(jī)容量統(tǒng)計(jì)[J]. 風(fēng)能, 2016(2):48-63. Chinese Wind Energy Association (CWEA). Statistics of Wind Power Installed Capacity in China in 2015[J]. Wind Energy, 2016(2):48-63.

[2] SILVA P，GIUFFRID A，F(xiàn)ERGNANI N，et al. Performance Prediction of a Multi-MW Wind Turbine Adopting an Advanced Hydrostatic Transmission [J]. Energy，2014，64：450-461.

[3] 匡洪海，吳政球，何小寧，等. 提高多機(jī)風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定性的研究[J]. 熱能動(dòng)力工程，2011，26(2)：238-243. KUANG Honghai，WU Zhengqiu，HE Xiaoning，et al. Research on Improving the Stability of Wind Power Generation Grid Connected System[J]. Journal of Engineering for Thermal Energy and Power，2011，26(2)：238-243.

[4] 張曼，姜惠蘭. 基于撬棒并聯(lián)動(dòng)態(tài)電阻的自適應(yīng)雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)低電壓穿越[J]. 電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2014，29(2)：271-278. ZHANG Man，JIANG Huilan. Adaptive Low Voltage Ride-through of Doubly-fed Induction Generators Based on Crowbar with a Parallel Dynamic Resistor[J]. Transactions of China Electrotechnical Society，2014，29(2)：271-278.

[5] SAAD N H, SATTAR A A, MANSOUR E A M. Low Voltage Ride through of Doubly-fed Induction Generator Connected to the Grid Using Sliding Mode Control Strategy[J]. Renewable Energy, 2015,80:583-594.

[6] 李和明，董淑惠，王毅，等. 永磁直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越時(shí)的有功和無功協(xié)調(diào)控制[J]. 電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2013，28(5)：73-80. LI Heming，DONG Shuhui，WANG Yi，et al. Coordinated Control of Active and Reactive Power of PMSG-based Wind Turbines for Low Voltage Ride Through[J]. Transactions of China Electrotechnical Society，2013，28(5)：73-80.

[7] RAJKUMAR S, SUGANTHI S T. A Hybrid Control Scheme for Fault Ride-through Capability Using Line-side Converter and an Energy Storage System for PMSG Wind Turbine Systems[J]. International Electrical Engineering Journal (IEEJ), 2014,5(4):2078-2365.

[8] PETER C，MICHAEL N. A Method and System for Connecting a Wind Turbine System to an Electric Grid: EP， 2481915A1 [P].2012-08-01.

[9] 孔祥東，艾超，閆桂山，等. 液壓型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組低電壓穿越控制方法研究[J]. 中國(guó)機(jī)械工程. 2014，25(16)：2137-2142. KONG Xiangdong，AI Chao，YAN Guishan，et al. Research on Control Method of Low Voltage Ride through for Hydraulic Wind Turbine[J]. China Mechanical Engineering,2014，25(16)：2137-2142.

[10] LAGUNA A J, DIEPEVEEN N F B, WINGERDEN J W V. Dynamic Analysis of Fluid Power Drive-trains for Variable Speed Wind Turbines: a Parameter Study[J]. IET Renewable Power Generation, 2014,8(4):398-410.

[11] MORTENSEN K A，HENRIKSEN K H. Efficiency Analysis of a Radial Piston Pump Applied in a 5MW Wind Turbine with Hydraulic Transmission[D]. Aalborg, Denmark: Aalborg University,2011.

[12] 孔祥東，艾超，王靜. 液壓型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主傳動(dòng)控制系統(tǒng)綜述[J]. 液壓與氣動(dòng)，2013(1)：1-7. KONG Xiangdong，AI Chao，WANG Jing. A Summary on the Control System of Hydrostatic Drive Trian for Wind Turbines[J]. Chinese Hydraulics & Pneumatics, 2013(1)：1-7.

[13] ABDEL-BAQI O，NASIRI A. A Dynamic LVRT Solution for Doubly FED Induction Generators[J]. IEEE Transactions on Power Electronics, 2010，25(1)：193-196.

[14] HOWLADERA M, SENJYU T. A Comprehensive Review of Low Voltage Ride Through Capability Strategies for the Wind Energy Conversion Systems[J]. Renewable & Sustainable Energy Reviews, 2016,56:643-658.

[15] 全國(guó)電力監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì). 風(fēng)電場(chǎng)接入電力系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定:GB/T 19963-2011[S]. 北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2011. State Electricity Regulatory Commission. Technical Rule for Connecting Wind Farm to Power System:GB/T 19963-2011[S]. Beijing: Standards Press of China,2011.

[16] 艾超. 液壓型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速控制和功率控制研究[D]. 秦皇島：燕山大學(xué)，2012. AI Chao. Research on Speed Control and Power Control of Hydraulic Type Wind Turbine[D]. Qinhuangdao: Yanshan University, 2012.

(編輯 袁興玲)

Control Method of LVRT for Hydraulic Wind Turbines Based on Pressure Feedback

AI Chao1,2ZHANG Liang2CHEN Lijuan2KONG Xiangdong1,2

1.Hebei Heavy Machinery Fluid Power Transmission and Control Laboratory, Qinhuangdao, Hebei, 066004 2.College of Mechanical Engineering, Yanshan University, Qinhuangdao, Hebei, 066004

Combined with the control requirements of hydraulic wind turbine LVRT, in order to realize power rapid adjustment in the processes of LVRT, a control method of LVRT was proposed based on pressure control, namely adding pressure control loop in the original LVRT control loop. Simulations were carried out based on AMESim and MATLAB/Simulink, and control method was verified by the experiments on the 30 kV·A hydraulic wind turbine platform. Finally, it shows the proposed control method may realize the fast adjustments of power, and effectively restrain the grid-connected speed impacts, which lays a theoretical foundation for the engineering applications of the hydraulic wind turbines.

wind power generation; hydraulic transmission; low voltage ride through(LVRT); pressure control; impact suppression

2016-09-02

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51405423)；河北省高等學(xué)校科學(xué)技術(shù)研究重點(diǎn)項(xiàng)目(ZD2016114)；燕山大學(xué)研究生創(chuàng)新項(xiàng)目(2017XJSS008)

TH137

10.3969/j.issn.1004-132X.2017.13.005

艾 超，男，1982年生。燕山大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院副教授、博士。主要研究方向?yàn)榱黧w傳動(dòng)與控制。E-mail：aichao@ysu.edu.cn。張 亮，男，1991年生。燕山大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院碩士研究生。陳立娟，女,1989年生。燕山大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院碩士研究生?？紫闁|，男，1959年生。燕山大學(xué)副校長(zhǎng)、教授、博士研究生導(dǎo)師。