双功率流风力发电系统：变速变桨距控制策略比较

本文主要探讨了在现代电力系统中，特别是在大规模风电场并网背景下，风力发电系统的功率控制策略的重要性。基于双功率流风力发电系统的特性，作者提出了两种变速变桨距的功率控制策略：一种是功率PID变桨距及叶尖速比最大风能跟踪功率控制策略，另一种是转速PID变桨距及电流给定最大风能跟踪功率控制策略。 首先，文章从风力发电系统的工作原理和数学模型出发，强调了风电场有功功率控制的必要性，因为风能的随机性和波动性对电力系统的稳定运行构成挑战。风电场中央控制单元通过协调各风力发电机组的功率输出，确保电网需求的满足。风力发电机的功率控制主要包括桨距角和转速的调节，这两个参数直接影响到风能转换效率和功率跟踪性能。 针对额定功率控制技术，已有研究着重于在低风速时最大化风能捕获，而在高风速时防止过度吸收，确保稳定运行。文献通过线性化风力发电机组模型，设计稳定的控制系统，以及应用非线性控制方法，提升了风力发电机组在不同风速条件下的性能。然而，这些控制策略主要集中在额定功率范围内，对于非额定功率的恒功率控制，如文献中提到的双馈异步风力发电机组的功率优化、功率限制和降功率调节模式，采用了PI控制算法进行优化。 在变速风力发电机组方面，如文献［9］所述，作者采用级联结构设计了基于静态状态反馈控制的有功功率控制器，但简化了传动机构模型。为了更好地反映传动机构的柔性特性，文献［10］则引入了柔性轴模型，通过变结构滑模控制方法，进一步改进了功率控制的准确性。 通过对这两种变速变桨距控制策略的仿真分析，研究发现转速PID变桨距及电流给定最大风能跟踪功率控制策略具有控制简单、功率输出平稳的优点，更适合应用于双功率流风力发电系统。这表明，在实际的风电场中，选择合适的功率控制策略对于提高风能利用率、保证电网稳定性和减少风力发电机组的动态响应误差至关重要。 总结来说，本文的研究成果为双功率流风力发电系统的功率控制提供了新的思路和技术支持，对于风电行业的持续发展和电力系统的有效管理具有重要意义。